摘要:我国电网规模伴随着工业化进程的不断推进而日渐扩大，随之而来的电力系统运行可靠性问题却也日趋严峻，为了维持电力系统的稳定运行，对电力系统可靠性运行的研究势在必行。本文首先通过比较两种可靠性研究的方法得出了可靠性运行评估法更为适用的结论，然后分别简述了电力系统可靠性运行研究的现状、数学模型以及评估指标。
关键词:电力系统；可靠性；时变模型
作为一项极具有现实意义且研究成果颇丰的课题，电力系统可靠性运行研究也在随着科学技术发展而不断地进行技术更迭和优化改良。一般进行电力系统可靠性运行的研究仅仅只是依据给定的规划方案和长期统计得到的元件可靠性参数进行的，然而众所周知这种情况下得到的元件可靠性参数都是视为不变的，且计算也采用的是期望值指标，此法往往只能以离线方式对电力系统的几种基本运行方式进行分析评价。本文在传统可靠性评估的基础之上，结合运行可靠性自身特点，建立了适合运行可靠性评估的元件时变可靠性模型。
一、电力系统可靠性运行研究方法比较
研究电力系统可靠性运行，常用的方法有传统可靠性评估和运行可靠性评估两种方法，后者是在前者的基础上改良而来的，但两者在目的、研究指标、模型上都各不相同。因为电力系统电网建设人员决定方案所依照的依据由传统可靠性评估给出，而电力系统运行方式操控人员设计方案的依据却由运行可靠性评估给出，由此可知二者的研究目的不同。传统可靠性评估的研究跨越时长较长，通常可达数年，而运行可靠性评估的研究跨越时长则较短，数分钟到数小时不等。在研究过程中，传统可靠性评估中使用的元件可靠性模型基本不变，因此其元件故障率是平稳状态概率，可用于可修复系统研究，而运行可靠性中使用的元件可靠性模型会随着运行条件的改变而改变，其元件故障率为瞬时状态概率，多用于不可修复系统。
二、电力系统可靠性运行研究现状
上个世纪九十年代末，国际大电网会议（CIGRE）提出了电力系统可靠性运行研究包括研究电力系统对于扰动事件发生的严重性、可能性的研究。此后不久，电力可靠性解决方案研究合作组织（CERTS）在广域测量系统的帮助下成功达到了实时评估研究电力系统的运行可靠性的目的。千禧年起始，美国电力科学研究院（EPRI）已将电力系统运行可靠性研究作为了重要研究课题。对电力系统的研究通常分为主要研究基于风险的电压稳定评估、安全域分析、最优潮流、暂态稳定评估的系统级和主要研究架空线路、变压器的元件级两大方向。此后，我国也逐渐意识到了电力系统运行可靠性研究的重要性，紧接着我国也启动了电力系统运行可靠性研究方向的973国家重点基础研究项目。
三、电力系统可靠性运行研究中的元件可靠性模型
在电力系统可靠性运行研究中，元件可靠性模型能表征非常多的相关因素同元件参数的联系，它是研究进行的基础。传统可靠性评估的研究跨越时长较长，因此在研究期间可设元件的参数和可靠性模型均保持不变。
修复率μ和故障率λ是元件最基本的可靠性参数，通过这两个参数可以建立元件的停运模型。而系统运行条件的改变主要是影响元件的实时故障率λ，对元件修复率μ基本上没有影响，因此在运行可靠性评估中元件修复率仍可以取统计平均值，元件的实时故障率λ则是一个随实时运行条件改变而改变的时变值，它受到线路潮流、母线电压、系统频率等实时运行条件的影响，综上所述，可建立基于运行条件的元件可靠性模型。
在运行可靠性评估中，除了要考虑运行条件对系统可靠性参数的影响外，还要考虑可靠性参数的时间相关性。这是因为在特定时段内，某些元件将根据预先制定的调度策略改变其运行状态，为了准确预报系统在该时段内的风险水平，在可靠性模型中需要计入时间的影响。
元件在T时刻的停运概率为：
由该公式可知，只要知道元件在初始时刻处于运行状态的概率PUP(0)以及元件的故障率λ就可以求得该元件在T时刻的停运概率。由以上分析可以建立元件的实时可靠性模型，如图2所示。
该模型将元件看作不可维修元件，并且考虑了可靠性参数的时间相关性，如果要计及实时运行条件对元件参数的影响，只需将公式(2)中的故障率λ换成实时故障率即可。
四、电力系统可靠性运行研究指标
在电力系统可靠性运行研究还未成熟之前，人们都只能够依照自己的工作经验来进行不精确的可靠性分析，因此那时的人们无法明确知晓电力系统运行可靠性水平。毋庸置疑，在研究中引入指标绝对是电力系统可靠性运行研究历史上里程碑式的进步，指标量化了可靠性水平，更加有利于电力系统人员进行电网建设和调度的决策。
（一）期望失负荷指标
调度人员能够通过期望失负荷指标得知短期内电力系统或许将损失的负荷量。与传统可靠性指标不同，这里系统失去的负荷不包括人为校正措施所切除的负荷，而仅仅是由于故障状态下系统形成电气孤岛或自动装置动作所失去的负荷。这是因为电力系统运行可靠性评估的目的是从概率分析的角度客观、真实地揭示系统遭遇扰动后自然暴露在危险中的后果，因此评估时不能像传统规划可靠性评估那样考虑人为的校正措施。此观点已得到到不少学者的认同，故本指标在故障后果分析中不计及人为校正措施。
（二）越限指标
调度人员能够通过越限指标得知系统状态变量或元件状态变量的越限程度。分别用系统频率过高越限量、系统频率过低越限量、节点电压过高越限量、节点电压过低越限量和线路潮流过载越限量代替上式中的即可得到系统频率过高风险指标、系统频率过低风险指标、节点电压过高风险指标、节点电压过低风险指标和线路潮流越限风险指标。
（三）系统状态指标
调度人员能够通过系统状态指标得知将来短期内电力系统处于各类运行状态的概率。本文将系统的运行状态划分为三类：正常状态；越限状态和事故状态。正常状态指系统或元件的状态变量均处于允许范围内的状态；越限状态指系统的一个或多个状态变量已超出允许范围但系统还没有失负荷或解列的状态；事故状态指造成系统失负荷或解列的状态。
五、结语
规模日趋扩大的互联电网已形成了一个复杂的、超大规模的非线性时变系统，随之而来电力系统的运行可靠性问题也日趋严峻。所以对于电力系统可靠性运行的研究迫在眉睫，文章不光阐述了研究的现状和数学模型，同时还针对研究方法之一的传统可靠性评估在实际操作中的一些不足之处。希望本文的研究能够推动可靠性运行研究在实际生产生活中的应用。
参考文献：
[1]何剑,程林,孙元章.电力系统运行可靠性最优控制[J].中国电机工程学报.2010(07)
[2]何剑,程林,孙元章.电力系统运行可靠性成本价值评估[J].电力系统自动化.2009(02)
[3]李朝顺.电力系统可靠性评估方法的分析[J].电力勘测设计.2009(05)
论文作者:刘方杰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
标签：可靠性论文; 电力系统论文; 元件论文; 系统论文; 指标论文; 状态论文; 模型论文; 《防护工程》2017年第15期论文;