[科普中国]-电力系统可靠性评估

电力系统可靠性评估是指对电力系统设施或网架结构的静态或动态性能，或各种性能改进措施的效果是否满足规定的可靠性准则进行分析、预计和认定的系列工作。电力系统正逐渐发展成为超大规模的复杂系统，具有容量上超大规模、空间上广域分布、扰动传播范围大等特征。

简介电力系统正逐渐发展成为超大规模的复杂系统，具有容量上超大规模、空间上广域分布、扰动传播范围大等特征。电力系统越来越趋于复杂化，这种飞速发展给其稳定运行和控制带来了严峻挑战。另外，随着电力市场的发展，电力系统各供应商更注重电网长期效益，即在一定的可靠性下维持较低的运行成本，而迄今为止，尚未在系统层次形成一整套完整的可靠性评估体系。

由于电力系统复杂性，在现有的计算能力和精度要求条件下，对包括发电、输电和配电在内的整个系统进行可靠性评估是不现实的1。

电力系统可靠性评估的发展阶段国内外对于电力系统可靠性评估的研究由来已久，从上个世纪60年代起，大致经历了3个阶段，分别为确定性评估、概率评估和风险评估。确定性方法只重视最严重的事故如“N-1”事故检测，其确定的系统运行点显得过于保守。概率评估方法考虑了事故发生的概率，但并未考虑事故造成的经济损失，没有很好地协调安全与经济二者的关系。风险评估方法的优势在于将事故发生的概率与产生的后果(如经济损失等)相结合，将风险与效益联系起来，定量地反映了系统的经济安全指标。

系统可靠性的评估通常分为充裕度和安全度的评估.充裕度是指电力系统在系统内发、输、变电设施额定容量和电压波动容许限度内，考虑元件的计划和非计划停运以及运行约束条件下连续地向用户提供电力和电能量需求的能力。安全性是指电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力的能力，突然扰动包括突然短路和失去非计划停运的系统元件等情况。

传统的电力系统可靠性评估是将充裕度与安全度分开进行研究的，随着分析方法的发展和对问题讨论的深入，出现了将两者结合起来趋势。

发电系统的可靠性评估发电一负荷需求系统(generation}}emand sys-tem)常常被称为发电系统.由于忽略发电与负荷之间的电网部分，发电系统的可靠性评估内容相对简单，专门针对发电系统的可靠性评估文献也相对较少，主要是针对发电系统备用容量的评估。

电力系统可靠性与备用容量紧密相关，可通过评估可靠性水平与调整备用容量以满足可靠性的要求.评估发电系统备用容量的方法主要可分为确定性评估方法和概率性评估方法两类。确定性备用容量评估方法，不能反映系统当前机组的数量、性能、出力变化以及负荷的不确定性等因素，同时也没有明确的指标衡量备用水平.因此，近年来主要采用概率性评估方法.概率法能较全面地反映系统的状况，而且在国外已经有成熟的实际运行经验。

各国经过长期实践，大都制订了相对成熟的发电系统备用容量评估方法及标准。美国有PJM电力市场系统，澳大利亚有国家电力市场管理公司(NEMMCO)。在我国，关于发电系统可靠性评估方面的研究相对较少，周家启教授等人提出过一种多元件备用系统可靠性分析。该评估方法把多元件备用系统分为不可修复系统和可修复系统两种，可修复系统的可靠性分析采用泊松分布，不可修复系统采用马尔可夫随机模型。然而，元件失效概率采用泊松分布来描述尚缺统分的理论依据，因此，该文通过泊松随机过程解决多元件可修复备用系统的可靠性问题还有待检验2。

发输电系统的可靠性评估由于输电系统受发电系统的种种约束和限制，单独评估输电系统是不合理的.因此，输电系统可靠性评估实际上往往是发输电系统可靠性评估，也是电力系统可靠性评估中最复杂的一个问题。

发输电系统中的发电机和负荷位于不同地点，并通过输电网连接。在这种系统中，即使发电机全部可用，仍有可能要削减负荷。其原因在于多重线路失效可能引起一个或多个母线从系统分离，并且一些失效事件还可能引起线路过载或电压越限而强迫削减负荷.换句话说，发输电系统可靠性评估的系统分析并非是简单的连通性问题，它涉及到潮流计算、故障分析以及诸如消除过载、发电重新调度、负荷削减和切换操作等校正措施。系统状态选择中许多问题的考虑也导致了评估更复杂。发输电系统可靠性评估的方法大致可以分为解析法和蒙特卡罗模拟法。

配电系统的可靠性评估配电系统的可靠性评估起步较早、发展较快。由于配电系统直接面对用户，研究范围相对较小，研究方法也比较通用，已有大量的文献针对配电系统(包括辐射状配电系统和环网配电系统)进行了可靠性评估等方面的研究。

对于配电系统，可靠性评估常用的解析法和蒙特卡罗法是可以通用的.多年来，解析法已在配电系统可靠性评估中获得广泛应用，国内外大部分文献采用的是解析法，使用这种方法计算负荷点和系统的平均性能指标十分方便.蒙特卡罗法与应用于发输电系统的可靠性评估相似，均是对系统每一元件出现的状态的概率进行抽样来确定失效概率及频率等风险指标。

另外，由于蒙特卡罗法的抽样复杂性等不可避免的缺点，也有学者提出将解析法与蒙特卡罗法结合起来应用的混合法.例如，任震等人提出先用解析法将网络等值简化成简单的主馈线系统，然后用蒙特卡罗法求解各可靠性指标，解决了复杂配电网模拟过程中在故障点遍历搜索麻烦的难题。其他学者也在简化故障遍历状态方面作出了努力，例如李志民等人提出故障模式与后果分析法(FMEA)，该算法根据配电系统的结构特点，将树的先根优先遍历和后根优先遍历技术分别用于配电网潮流的功率前推和回代计算，充分利用了配电网自身的结构特点，使潮流计算很好地潜入到了可靠性评估算法中。别朝红等人提出了一种将最小路径法与等值法相结合的配电网可靠性评估算法，该算法首先通过对网络的分层处理，应用可靠性等值原理将复杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网，再应用最小路径方法计算系统的可靠性指标，从而提高了评估效率3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所