第1章绪论
1.1引言
可靠、优质、经济、环保是电力系统运行的基本要求，为了更好地服务人民生活与经济生产，保证对用户连续可靠地供电成为了电力系统的最根本任务。随着现代电力系统结构的日益复杂，系统所包含的元件数量越来越多，庞大的电力系统正承受着巨大的潜在危险，任何一个微小影响都可能造成难以估计的损失，如元件停运、负荷陆然变化等，可能会引起系统功率失衡、线路潮流越限和节点电压越限等故障状态，进而导致大量的负荷切除。近些年来，全球范围内发生了不少重大电网停电事故，如2012年7月30日印度发生的大停电，直接影响6亿多人的生活，覆盖了一半以上的国土，是南亚国家11年来最严重的停电事故。这种事故很难用传统的、基于元件可靠性原理进行合理的解释，因为根据可靠性基本原理，若忽略元件故障间的相互影响，多重故障的发生满足一种“串联”效应，其概率值很小。但事实上，电力系统的灾难性事故接二连三地发生，理论和实际产生了很大差距，迫切需要考虑大电网事件随机性质和计及各种不确定性影响的新思路与新方法，来补充、完善现行的确定性准则，以提高现代电力系统的抗风险能力，促进国家电网建设和市场化改革的健康发展。电力系统可靠性评估正是因此而从电力系统规划、设计和运行等实践活动中提出的一项具有巨大经济价值和重大社会意义的前沿性课题⑴。
针对电力系统的特点，国际上普遍接受的电力系统可靠性定义是：电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户提供电力和电量的能力的量度。根据系统偶发故障的概率分布及其后果分析，对系统持续供电能力进行快速和准确的评价，为电力系统规划和运行提供决策，是电力系统可靠性评估研宄的主要内容在对电网进行规划时，通过对电网的可靠性评估，可以对电源容量及接入点进行合理规划，选择无功补偿方案，从而设计网架，使其满足不同运行方式下的潮流交换控制，调峰和调压的要求；在对年运行方式进行编制时，通过可靠性评估，可以使得电网中的薄弱环节被发现，从而对规划和基建部门提出改进网架结构的建议，并有助于调度员的调度控制参考；通过对正常检修状态下，或者特殊运行状态下的可靠性评估，可以指导发电厂的有功无功调整方案，开停机方式，使电压质量要求及线路变压器热稳定要求得到满足；在预想事故阶段，更需要对系统进行可靠性评估，分析系统的静态安全情况及作出合理的运行方式调整方案。由此可见，电力系统可靠性评估已逐步深入到了电网规划、设计、运行和管理的各个阶段中。
1.2电力系统可靠性评估的发展概况
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。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由于人们对可靠性问题认识不足，计算设备的落后，缺少统计数据、行之有效的可靠性评估技术以及等原因，可靠性研究在初期的发展相对缓慢。随着电力系统规模越来越大，不断向大容量、远距离、高电压方向发展，特别在世界范围内发生的几次大电力系统停电事故，造成了巨大的经济和社会损失后，引起了人们对可靠性研宄的普遍重视，即考虑经济性的同时，更应重视可靠性的问题。1968年美国电力可靠性协会(National Electric Reliability Council, NER_C)成立；1981 年加上加拿大和墨西哥，北美电力可靠性协会(NERC)成立；1997、1998年NERC推出《规划标准》和《执行细则》（电力系统可靠性执行标准)；西欧和俄罗斯也相继制定各自标准。在我国，从60年代起，可靠性技术逐步应用于电力工业。随着对电力系统的了解也在日愈深化，人们已经逐渐认识到，完全可靠的连续供电是一种不可能实现的期望，但有权知道风险水平的有关信息：可能遭遇到的停电事件平均发生的频率程度、持续时间以及严重程度等等。
第2章电力系统可靠性评估的基袖与方法
2.1引言
电力系统可靠性评估是一项复杂的计算，各个可靠性指标的形成需要考虑大量的系统故障状态，并对其进行分析，如通过潮流计算，判断元件是否过载，系统是否解列，负荷是否需要削减等，最后累加形成所需的可靠性指标。如图2.1所示，电力系统可靠性评估主要包括以下四个步骤：①输入系统参数和元件停运数据，确定元件停运模型；②根据所用方法，选择系统状态；③对选择的系统状态进行分析；④更新可靠性指标。
2.2可靠性评估指标
发输电系统可靠性是通过定量的可靠性指标得以体现的，发输电系统可靠性评估的目的正是求取系统的可靠性指标，本节对电力系统几个主要的可靠性评估指标进行说明。电力系统可靠性评估中，元件是指在可靠性统计、分析、评估中不需再细化并视为整体的一组器件或设备的通称，如：发电机、线路、变压器、断路器等。由于电力系统由不同元件构成，故元件停运模型是系统可靠性评估的基础。元件停运通常可分为独立停运和相关停运两类。独立停运按不同停运性质可分为强迫、半强迫和计划停运等；按失效状态可分为完全失效和部分失效。对于强迫停运一般分为可修复失效和不可修复失效。相关停运包括共因停运、元件组停运等模式。如：同塔双回架空线路由于雷击同时失效、变电站母线失效可能导致主变及多回线路停运等；前者属于共因停运，后者属于元件组停运。
第3章电力系统可靠性评估......... 28
3.1 引言......... 28
3.2分层均匀抽样法的原理......... 29
3.3算法流程图......... 35
3.4算例分析......... 36
3.4.1系统随机故障状态抽取效率比较......... 36
3.4.2对IEEE-RTS79系统进行可靠性评估......... 36
第4章基于故障集分类的电力系统......... 40
4.1引言 .........40
4.2故障集分类法的原理......... 40
4.3算例分析......... 50
4.3.1最高故障重数的选取......... 50
4.3.2故障集大小的优化分配......... 52
4.3.3采用不同方法对IEEE-RTS.........79
4.4系统进行可靠性评估......... 53
第5章总结与展望......... 57
5.1全文总结......... 57
5.2工作展望......... 58
结论
对电力系统可靠性评估模型与方法进行了研宄，取得了以下成果：
(1)给出了元件停运模型的建立方法，包括可修复强迫停运、计划停运和共因停运等模型。介绍了电力系统可靠性评估的常用方法，如解析法、故障树法和蒙特卡罗法，分析了各方法之间的差异性及应用范围。对系统状态的分析流程进行了阐述，并对最优切负荷的原理进行了说明。
(2)提出了系统随机状态抽样的高效算法，该算法所需随机数个数与系统规模无关，随着系统规模的增大，能够有效节省计算时间。
(3)常见的改进蒙特卡罗抽样方法均无法避免对系统无故障状态进行抽样，且难以对各重故障状态的抽样次数进行合理分配，导致效率低下，在高可靠性系统中容易出现退化现象。为此提出了分层均匀抽样算法，完全避免了对系统无故障状态进行抽样，且对各重故障状态的抽样次数进行优化分配，具有算法效率高，不受系统可靠性水平的影响的特点。
(4)对快速排序法进行了改进，在现有的快速排序法的基础上，简化了处理步骤，仍然确保能选取到概率较大的事件，提高了排序效率，节省时间。
(5)由于对低重故障的分析十分重要，因此解析法在处理上具有准确可靠优势；对于高重故障，蒙特卡罗法则更为高效。为结合两种算法的优势，本文提出基于故障集分类思想的高效算法，实现了对系统故障状态进行分类分层综合考虑。该算法将系统故障状态集合分割为排序故障子集合和抽样故障子集合，分别采用改进快速排序法和分层均匀抽样法择优处理，避免了以往可靠性评估中采用单一方法的不足，使效率最大化。应用该算法对IEEE-RTS79系统的发输电部分进行可靠性评估，并与常规重要抽样法和直接蒙特卡罗法进行比较，证明了算法的有效性。
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