电力系统规划与可靠性

课程内容绪论可靠性分析基础■■电力系统可靠性分析电力系统规划的优化方法电源规划电网规划■■■■绪论概述电力系统可靠性的概念与研究方法电力系统规划的概念与研究方法电力系统规划与可靠性研究的新进展绪论—概述电力系统是一个复杂的大系统，虽然问题众多，但归根结底是可靠性与经济性这两类问题。可靠性与经济性是一个矛盾的两个方面，二者的对立统一决定了电力系统的基本面貌。电力系统规划问题就是研究如何在保证可靠性的前提下，最大限度地提高经济效益，降低成本。所以，电力系统规划与电力系统可靠性既是相互独立的两个研究方向，又密切相关，一般来说，可靠性是研究电力系统规划问题的基础，研究规划问题就必然涉及到可靠性问题。绪论—概述电力系统规划与可靠性问题内容广泛，属交叉学科，已经成为电力系统令人注目的一个研究方向。研究电力系统规划与可靠性问题需要具备扎实的数学基础，特别是概率与数理统计、规划数学、计算方法等。虽然在大型电力国际（国内）会议上，电力系统规划与可靠性都被列为单独的论文类别，但由于历史的原因，相对于电力系统的其它研究方向而言，电力系统规划与可靠性问题的研究相对滞后，表现为研究的人员较少、重视程度不够、还有很多问题没有突破、研究成果实际应用价值小等等。绪论—概述近年来，这一状况正在迅速得到改变，随着电力市场的形成，为了经济的目的，必然要最大限度地降低成本和提高系统的安全运行水平，规划与可靠性就成了不能回避的问题，其研究工作也迅速增多。尤其在城网规划和地区电网无功优化方面，人们投入了极大的热情，并随之出现了一批研究成果。为适应形式的发展，我校电力系统及其自动化专业决定开设电力系统规划与可靠性课程，并希望以此能提高人们对此课题的重视。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法人们在日常生活和工程技术领域常常遇到对某一事物、产品或系统可靠和不可靠的评论，这种评论是和事物、产品或系统能否达到某一预期的功能联系在一起的。例如，一台机器预期能连续工作10天，如果工作到7天或更短的时间就损坏了，那它是不可靠的，如果连续工作10天或更长时间，则它就是可靠的。这种对可靠性问题的认识，还只是停留在模糊定性认识的阶段，缺乏数量上严格和科学的计算方法，还不能称之为可靠性理论。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法可靠性理论的发展，可以追溯到第二次世界大战期间，当时德国为了对导弹的可靠性作出估计，提出了关于可靠性的一个重要理论：任一元件的故障可能导致系统（串联系统）故障，其可靠性等于各独立元件可靠性的乘积。由于独立元件的可靠性是小于1的，所以，系统的可靠性比系统中可靠性最差的一个元件还要低。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法任一元件的故障可能导致系统（串联系统）故障，其可靠性等于各独立元件可靠性的乘积。由于独立元件的可靠性是小于1的，所以，系统的可靠性比系统中可靠性最差的一个元件还要低。这种对可靠性的认识，虽然非常简单，但已经上升到了理论的高度，因而具有非常重要的意义。第二次世界大战以后，可靠性理论在电子、空间技术以及其它工程技术领域得到了越来越广泛的应用和发展，并迅速成为一门独立的学科。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法关于可靠性的概念，一般是这样认识的：可靠性（Reliability）是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性涉及元件失效数据的统计和处理、系统可靠性的定量评定、可靠性和经济性的协调等多方面内容，是一门边缘学科，具有实用性、科学性和时间性三大特点。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法可靠性和经济性的协调等多方面内容，是一门边缘学科，具有实用性、科学性和时间性三大特点。所谓实用性是指可靠性研究和工程实践紧密联系，并为工程实践服务；科学性是指可靠性研究有一套独特的科学理论和方法，而不是猜测和粗略的判断；时间性是指可靠性贯穿于产品或系统的整个设计、研制、开发、运行过程。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法把可靠性研究的一般理论和方法与电力系统的工程实际相结合，便形成电力系统可靠性。电力系统可靠性是20世纪60年代以后发展起来的一门应用科学，已渗透到了电力系统规划、设计、运行和管理的各个方面。1970年，比灵顿（R.Billinton）发表了第一部电力系统可靠性的专著——《电力系统可靠性估计》（PowerSystemReliabilityEvaluation），以后，许多关于电力系统可靠性的书刊专著相继问世。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法我国关于可靠性问题的研究大体始于20世纪70年代后期，80年代初中期出版了一些有关可靠性的专著和译著，对可靠性问题研究较多的主要是西安交通大学和清华大学，重庆大学、电力科学研究院、华北电力大学也进行了有关研究工作，如华北电力大学承担了国家“七五”攻关子课题“三峡电站接入系统的可靠性与经济性分析”，并于1989年通过了电力工业部的技术鉴定。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法与可靠性这一概念密切相关的还有可靠度和可用率（Availability）。一般设备区分为不可修复设备和可修复设备两大类，如在电力系统中，绝缘子属不可修复设备，而发电机、变压器、短路器等大多数设备属可修复设备。对于不可修复设备，其可靠性是指在预期的时间（平均寿命）内，未发生故障这一事件的概率，通常称为可靠度。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法对于可修复设备，由于故障后还可以修复，再投入工作，且长期经历着这种循环，所以，除计及设备发生故障的概率外，还要计及故障后修复的概率，这种情况下的可靠性指标称为可用率，它定义为：可修复设备在长期运行中，处于或准备处于工作状态的时间所占的比例。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法关于设备的两种可靠性指标可靠度和可用率，同样适用与元件和系统。电力系统是典型的可修复系统，其中的主要元件都是可修复元件。为了便于不同场合的应用，已提出了大量电力系统可靠性的具体指标。如电力不足概率（LOLP）、电力不足频率（FLOL）、电力不足持续时间DLOL等等。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法电力系统可靠性问题的研究，目的是对整个电力系统进行可靠性评估。但现代电力系统是由发电系统、输电系统、配电系统等组成的庞大复杂的大系统，目前只能是把发电系统、输电系统、配电系统人为地分割开来进行可靠性研究，所以有发电系统可靠性、输电系统可靠性、配电系统可靠性这样的称呼。电力系统可靠性问题的研究有两个方面的目的：一是为电力系统的发展规划进行长期可靠性估计；二是为制定每天或每周运行计划而进行可靠性预测。这两类问题研究所需的数学模型和计算方法是不而对短期可靠性的预测还处于探索阶段同的，目前关于长期可靠性问题的研究已达到实用阶段，因为短期可靠性的研究需要考虑电力系统稳定性等问题，而这些问题都还不是很成熟。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法提高电力系统可靠性的途径，一是提高组成系统各元件的可靠性，二是增加冗余度。对于发电系统，增加冗余度意味着增加装机容量，即增大备用容量；对于输电系统，则意味着增加输电线路数或加大输电线路截面积。可见，冗余度涉及到经济问题，可靠性与经济性密切相关。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法目前研究电力系统可靠性的方法有两种：一种是解析法，另一种是模拟法。这是两种完全不同的方法，解析法是将元件或寿命的过程模型化，然后通过数学方法进行可靠性分析，计算出可靠性指标；模拟法也称为蒙特卡洛法或仿真法，它是采用计算机仿真的方法，模拟元件或系统的寿命过程，并经过规定的时间后进行统计，得出可靠性指标。绪论—电力系统可靠性的概念与研究方法一般来说，解析法需要建立系统的数学模型，公式推导复杂，但所得结果准确和确定，其计算时间与所关心的系统年限无关，计算速度快；模拟法不需要建立系统的数学模型，而是通过抽随机数的办法模拟实际系统寿命过程，无复杂的公式推导，但计算结果不确定，计算时间与所关心的系统年限有关，计算速度慢。绪论—电力系统规划的概念与研究方法在运筹学中，最优化问题又称为规划问题，例如，一个工厂，在一定的人力物力条件下，如何达到产量最高，或达到成本最低，是需要经过规划才能解决的问题。一般物理系统都可以建立以目标函数为核心，同时具有约束条件的数学模型，在满足约束条件的前提下，使目标函数取得最优值（最大值或最小值）的问题，称为规划。规划与计划不同，规划是为决策者提供参考和依据，计划是决策者的决定。