《电力系统规划》第5章

电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院第5章电力系统规划的可靠性评价方法概述电力系统规划的可靠性评价方法电气设备可靠性分析方法发电系统规划的可靠性评价流程电网规划的可靠性分析流程电气主接线的可靠性分析流程电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院5.1概述1.电力系统可靠性概念可靠性理论是以产品的寿命特征作为主要研究对象的一门新兴的边缘学科，它涉及到基础科学、技术科学和管理科学的许多领域。其产生和发展的背景是社会的需要，与科学技术的发展，尤其与电子技术的发展是分不开的。能带来巨大的经济效益。经典定义：一个元件，一台设备或一个系统在预定时间内和规定条件下完成规定功能的能力。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院电力系统可靠性：电力系统按可接受的质量标准和所需的数量不间断地向用户提供电能的能力度量。电力系统的可靠性评价：通过一套定量指标，来度量电力供应企业向用户提供连续不断的、质量合格的电力的能力，包括对系统充裕性和安全性两方面的衡量。充裕性是指电力系统在同时考虑到设备计划检修停运及非计划停运情况下，能够保证供给用户总的电能需求量的能力。也称为静态可靠性。安全性是指电力系统经受住突然扰动并且不间断地向用户供电的能力，也称为动态可靠性。在电力系统规划阶段对规划方案通常是作静态可靠性评估。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院◎在电力系统规划和改造建设过程中，通过对系统规划设计方案的供电可靠性进行定量评估分析，并以此作为规划方案之间的比较依据，可以有效地指导电力系统规划工作。◎通过可靠性分析计算，不仅可以找出系统中存在的薄弱环节，还可以知道可能将要采取的、提高供电可靠性的措施实施的效果如何。通过对比措施实施前后系统的可靠性程度，才能为最后的决策提供更为科学的依据。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院2.电力系统可靠性评价指标：用数值大小来表示各方面性质的量。可以从成功的观点也可以从失败的观点出发。•概率指标：主要指系统正常工作或发生故障的概率。如：系统可用度，电力不足概率等。•频率指标：主要指系统在单位时间内发生故障的平均次数。•时间指标：主要指电力系统发生故障的平均持续时间。如系统首次故障的平均持续时间、两次故障之间的平均持续时间、故障平均持续时间等。•期望值指标：如电力系统在单位时间内发生故障的天数期望值，以及电力系统由于故障而减少供电量的期望值。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院3.可靠性分析计算基础数据及来源1）电力系统结构及设备电气参数。2）可靠性参数统计数据3）电力设备倒闸操作时间等4）电力系统自动化配置情况以上数据可向电力企业及管理相关部门获取。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院◎按照数据的性质可以分为：确定性数据和随机性数据。确定性数据包括：线路阻抗和导纳、载流容量、发电机组参数、系统矫正措施、负荷重要性等；随机型数据包括：各种装置的故障和维修参数等。◎按照数据的类型可以分为：电气参数、可靠性参数、系统运行性参数和经济性参数等。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院4.可靠性分析计算基础方法解析法：将各种约束条件进行简化，建立数学模型数值求解。模拟法：用统计学规律研究系统行为，利用采样实验等方法进行研究。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院电力系统可靠性评估：目的：对系统可能出现的故障进行分析，采取措施减少故障造成的影响。对可靠性投资与响应带来的经济效益进行综合分析，以确定合理的可靠性水平，并使电力系统的综合效益达到最佳。手段：确定可靠性目标，应用评估手段，确定故障准则，并对电力系统故障严重性作出估计。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院在工程实际中按照电力生产过程及结构特性，一般将电力系统分为发电、输电、配电系统等主要环节。相应地，对电力系统可靠性进行评估也可以分为发电系统可靠性、输电系统可靠性、配电系统可靠性、发电厂和变电站电气主接线可靠性等方面。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院规划系统的可靠性评估主要工作任务：1.对未来的电力系统和电能电量进行预测，收集设备的技术经济数据；2.制定可靠性准则和设计标准，依据标准评估系统性能，识别系统的薄弱环节；3.选择优化方案。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院5.2电气设备可靠性分析方法1.设备故障特性及有关指标1）设备故障率λ(t)定义如下：设备偶发故障期的故障率λ，一般为常数设备运行的总时间设备的故障次数tTttTtPttUUt1lim)(0电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院2）设备可靠度定义如下：3）设备不可靠度及其概率密度函数定义如下：4）设备平均持续工作时间MTTFtTPtRU)(tetR)(tTPtFUU)(dttdFttTtPttfUUtU)(1lim)(0001)(dtetdtttfMTTFtU电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院2.设备的修复特性及其指标1）设备修复率µ(t)2）设备未修复度3）设备平均修复时间设备修复度tTttTtPttDDt1lim)(0设备维修的总时间设备的修复次数tDDetTPtM)()(tDDetTPtF1)(1MTTR电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院3.设备的状态概率在可靠性评估中，人们往往更加关注设备或系统在稳态时的可靠性状况。根据实际需要，建立的设备状态模型有二状态模型：只考虑工作和故障两种状态。三状态模型：工作、故障和计划检修三种状态。举例：例5-1电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院•马尔科夫过程是一种典型的随机过程。该过程是研究一个系统（如一个地区、一个工厂）的状态及其转移的理论。它是通过对不同状态的初始概率及状态之间的转移概率的研究，来确定状态的变化趋势，从而达到对未来进行预测的目的。也称为“无后效性随机过程”•马尔科夫过程有两个基本特征：一是“无后效性”，即事物将来的状态及其出现的概率的大小，只取决于该事物现在所处的状态，而与以前时间的状态无关；二是“遍历性”，是指不管事物现在处于什么状态，在较长时间内，马尔科夫过程逐渐趋于稳定状况，而且与初始状况无关。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院5.3发电系统规划的可靠性评价流程一、基本概念1.发电系统可靠性，是指评估统一并网运行的全部发电机组，按可接受的标准及期望数量，满足电力系统负荷需求的能力的度量。2.研究发电系统可靠性的主要目标确定电力系统为保证充足的电力供应所需的发电容量。发电容量分为：静态容量——指对系统所需容量的长期估计，可考虑为装机容量。运行容量——为满足一定负荷水平所需实际容量的短期估计。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院3.孤立系统孤立系统又称单母线系统或单地区系统。研究时采用单母线模型，即假定任一电源的可用发电容量都能够不受限制地供到任一负荷点上，线路是完全可靠的，如同所有发电机和所有负荷都接在同一母线上。4.孤立系统的发电可靠性估计基本步骤①建立机组停运容量的概率模型——容量模型；②建立负荷的概率模型——负荷模型；③合并机组容量模型与负荷模型，（找出容量与负荷的差距）得到电力系统容量适应性的概率模型，求电力系统的可靠性指标。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院二、发电系统规划的可靠性评价指标1.电力不足时间概率LOLP：定义为一天(或一年)内由于发电设备故障造成电力系统发电量不能满足负荷需求量的时间概率。发电机容量模型可确定停运容量的概率，而负荷模型可确定不同停电容量导致的负荷停电时间。如负荷模型采用的是日最大负荷曲线，取的是一天中的最大负荷，则电力不足概率单位为“天/天”。如负荷模型采用的是年最大负荷持续曲线，取的是每天的最大负荷，则电力不足概率单位为“天/年”。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院2.电力时间不足期望值LOLE（天/年）：表示某一时间内(如一年)，由于发电设备故障造成发电系统发电量小于负荷需求量的天数期望值。3.电量不足期望值EENS（MWh/年）：负荷停电的停电量期望值，它是计算发电系统停电损失的一个重要指标。3.频率指标（次/天或次/年）——某段时间内负荷停电的平均次数。4.时间指标(小时/次)——负荷每次停电的平均持续时间。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院选择用于评价发电系统发展规划方案可靠性的指标确定规划的发电系统需要满足的可靠性指标水平建立待评价方案的发电系统容量模型和负荷模型规划期间是否考虑机组检修计划？修正发电系统的负荷模型计算待评价的发电系统的可靠性指标是否满足规定的指标水平？找出薄弱环节，分析原因所有规划方案评价完否？输出各方案可靠性指标比较结果NNYY发电系统规划方案的可靠性评价流程电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院5.4电网规划的可靠性评价方法1.概念：电网包括输电系统和配电系统。输电系统可靠性是指发电厂和高压输电网络，但不包括负荷点在内的整个输电系统及设备按照可接受标准及期望值满足用户电力及电能需求能力的度量。配电系统可靠性是指从供电点到用户，包括变电所、高低压线路及接户线在内的整个配电系统及设备按照可接受标准及期望值满足用户电力及电能需求能力的度量。输配电系统可靠性评价中主要评估充裕度（静态可靠性），它通过可靠性指标来体现。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院2.判别准则：主要是以电网能否将发电系统发出的电能安全可靠地送到电力用户作为可靠性准则。在对电网规划的静态可靠性进行评价时，判别准则如下：(1)一条线路或变压器故障停运时，电网没有发生故障停电的情况。(2)两条线路或两台变压器同时发生故障或相继停运时,电网没有发生负荷停电的情况。(3)一条线路或一台变压器处于计划检修状态的同时，另外一条线路或变压器发生故障停运时，电网没有发生负荷停电的情况。(4)一条母线故障停运时，电网没有发生负荷停电的情况。(5)一台发电机故障停运时，电网没有发生负荷停电的情况。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院3.电网规划可靠性评价指标1）电力不足时间概率LOLP(单位：天/天)定义为：电网某日在某一负荷水平下由于电网结构不合理，或设备检修及故障停运，而引起供电能力不足造成用户停电的概率。2）平均供电可靠率ASAI定义为研究期间由电网供电的用户的可用小时数与总的要求的供电小时数之比。3）电力时间不足期望值LOLE(单位：天/期间)定义为：研究期间内，电网在不同负荷水平下由于电网结构不合理或设备检修及故障停运而引起供电不足造成用户停电时间的平均值。电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院4）电力不足频率LOLF（单位：次/期间）——研究期间内，由于供电不足造成用户停电的平均次数。5）电力不足持续时间LOLD（单位为:天/次）——研究期间内，每次停电的平均时间。6）电网的电量不足期望值EENS（单位：kW·h/期间）——使用户得不到供电的缺电量的平均值.电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院选择用于评价电网规划的可靠性指标选择待评价的电网规划方案选定电网运行方式选定电网可靠性评估准则设备N-1故障停运仿真一母线或变电站故障停运仿真一个电源点停运仿真电网潮流计算有无负荷停电或潮流过载负荷转移仿真或切负荷优化仿真引起负荷停电的故障事件集合电网供电可靠性指标计算结束NY电网规划的可靠性评价流程电力系统规划第5章湖南工业大学电气与信息工程学院5.5变电站电气主接线可靠性评价◎发电厂和变电所的电气主接线系统一般包括以下电力元件：母线、变压器、断路器、电压互感器、隔离开关以及继电保护和自动装置等辅助设备。◎发电厂和变电所的电气主接线可靠性是指：在组成主接线系统的元件可靠性指标已知和可靠性准则给定的条件下，整个主接线系统按可靠性准则满足供电点电力和电量需求能力的度量