发电系统可靠性(杨哥)

1、发电系统可靠性评估发电系统可靠性评估 导师：导师： 教授教授 学生：学生： 专业：专业： 电力系统及其自动化电力系统及其自动化 Contents Contents v1.发电系统可靠性评估的概念，目的及意义 v2.发电系统可靠性研究的背景 v3.发电系统可靠性的相关基础知识 v4.两台发电机模型的算例分析 v5.n台发电机的可靠性模型及考虑检修状态的发电 机可靠性模型 v6.大家应做的工作 一一.发电系统可靠性评估的概念，目的及意义 v 随着生产力的飞速发展, 现代社会对电力的依赖性日益增加, 这对电力系统本身的发展也提出了更高的要求。电力系统 的可靠性研究正是从电力系统规划、设计和运行等实践

2、活 动中提出来的课题。经济的发展, 使人们对供电质量的要求 越来越高, 这就迫使电力部门寻求提高供电可靠性的途径, 电力系统的可靠性也随之成为电力工程技术人员最重要的 课题。 v 电力系统的可靠性评估又可以分为发电系统可靠性评估,输 电系统可靠性评估,发输电组合系统可靠性评估,配电系统可 靠性评估等。 一一.发电系统可靠性评估的概念，目的及意义 v 发电系统的可靠性研究是电力系统可靠性研究的重要组成 部分。其概念是:统一并网运行的全部发电机组按可接受的 质量标准及期望数量来满足电力系统负荷电力和电能需求 的能力的度量。 v 其目的是: 为电力系统的规划及运行提供决策依据, 使电力 系统能够经济

3、地、连续地和保证电能质量地供应电力。 一一.发电系统可靠性评估的概念，目的及意义 基本假定基本假定 （一）认为电源和负荷之间的输电系统完全可靠 。 （二）认为电源系统的可靠性指标是相对的度量值 而不是绝对的度量值。也就是说，如果发电容量充 足，输电和配电系统可以将发电系统的电能传送到 任何负荷点，而不致由于过负荷或母线电压偏移超 过允许值等原因而出现电力不足。 二二. .发电系统可靠性研究的背景 v 正是由于发电系统可靠性评估非常重要, 国内外许多学者 对此进行了大量的研究, 从理论分析、计算方法、实际应 用各方面进行了深入讨论, 奠定了发电系统可靠性应用的 基础, 相应的工程应用工作也取得了

4、较大进展.其中, 北美国 家以故障枚举算法为主, 并采用了故障重数限制、截断概 率、故障分类等技术以减少计算量; 欧洲和南美洲倾向于 采用蒙特卡罗模拟, 并采用了重要抽样法、分层抽样法、 控制变量法等技术减少计算量。而解析法中的另一类方 法状态分解法却很少在实用程序中采用。 二二. .发电系统可靠性研究的背景 故障枚举算法故障枚举算法 故障后果分析法故障后果分析法 网络等值法网络等值法 故障扩散法故障扩散法 状态空间法状态空间法 最小割集法最小割集法 蒙特卡罗法蒙特卡罗法 重要抽样法重要抽样法 截断抽样法截断抽样法 等分散抽样法等分散抽样法 分层抽样法分层抽样法 控制变量法控制变量法 两种算法

5、两种算法 三三. .发电系统可靠性的相关基础知识 v 发电系统可靠性概述发电系统可靠性概述 发电系统可靠性是指统一并网运行的所有发电机按可接 受标准和期望数量向供应点供应电力和电能量的能力的度量。 包括充裕性和安全性两个方面。充裕性是对系统的静态特性 进行概率评价；安全性则是对系统的动态特性进行评价。 发电系统风险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。 其系统状态选择中需要考虑的问题有：系统元件的独 立停运，电站相关和其他相关停运（检修状态），气候影响， 母线负荷的不确定性和相关性，降额状态模拟，以及系

6、统的 其他约束条件等。 三三. .发电系统可靠性的相关基础知识 发电机的可靠性模型发电机的可靠性模型 发电机正常运行发电机正常运行 发电机强迫停运发电机强迫停运 考虑检修状态的发电系统考虑检修状态的发电系统 对于系统中发电机的状态，我们考虑以下三种状态：对于系统中发电机的状态，我们考虑以下三种状态： 由于系统元件故障可视为随机过程，故在计算过程中元件的模型可采由于系统元件故障可视为随机过程，故在计算过程中元件的模型可采 用马尔科夫状态分析法。用马尔科夫状态分析法。 三三. .发电系统可靠性的相关基础知识 马尔可夫方程是以状态空间图为基础，也被称为状 态空间法。这种方法的主要优点是所有状态及其相

7、 互转移有着很清晰的图形表示；缺点是对大系统的 应用相当困难。对于由N个两状态（运行和停运） 元件组成的系统，其系统状态数为2N。当N较大时， 状态空间图的建立几乎是不可能的。 三三. .发电系统可靠性的相关基础知识 元件的可靠性参数元件的可靠性参数 根据系统中元件的使用情况，我们可将其分为两大类： 1.不可修复元件2.可修复元件。 不可修复元件是指元件在投入使用后一旦损毁就不可再 修复或者就算可以修复，其高昂的成本也是企业不可负担的， 可修复元件是指元件在投入使用后即使损坏，仍然可以恢复 原有的功能并再次投入使用，因此其寿命是由运行状态和修 复状态交替组成。但在电力系统中，大部分元件都是可修

8、复 的，因此本文主要考虑可修复元件的可靠性问题。 三三. .发电系统可靠性的相关基础知识 v1.故障率 故障率是指元件在t时刻前工作正常，在t时刻后发生故障的条件概率密度。 v2.修复率 元件在时刻以前未被修复，在时刻以后单位时间内被修复的条件概率密度 。 v3.平均无故障运行时间MTTF 平均无故障运行时间与故障率成反比。 v4.平均修复时间MTTR MTTR也是一个常数，且为修复率的倒数。 v5.可用度 A )(t )(t 11 1 MTTRMTTF MTTF A 11 1 1 MTTRMTTF MTTR AA 三三. .发电系统可靠性的相关基础知识 元件状态转移图 四四. .两台发电机模

9、型的算例分析 v 两台发电机的模型两台发电机的模型 v 如果系统中的两台发电机在不计检修的前提下并 列运行，其状态空间图如下图所示。其中发电机A 和发电机B的参数如下： 1.发电机容量分别为 2.发电机故障率分别为 3.发电机修复率分别为 1 c 2 c 1 2 1 2 四四. .两台发电机模型的算例分析 两机状态概率与转移频率图 四四. .两台发电机模型的算例分析 则可以由上面的公式推导出发电机的正常运行概率则可以由上面的公式推导出发电机的正常运行概率 和强迫停运率：和强迫停运率： 11 1 1 p 11 1 1 q 22 2 2 p 22 2 2 q 四四. .两台发电机模型的算例分析 v

10、 当系统中存在两台发电机时，系统可能会有4种容 量状态，即 、 、 及0，则可以得出各个状态 的概率为： 21 cc 1 c 2 c 212111 )(ppccPp 21110 )(qpcPp 21201 )(pqcPp 2100 )0(qqPp v 累积状态概率为： 001 pP 01002 ppP 1001003 pppP 1 4 P 四四. .两台发电机模型的算例分析 v各个状态的确切频率为： 累积状态频率为： )( 211111 pf)( 211010 pf )( 210101 pf)( 210000 pf )( 21001 pf 2011002 ppf 1012103 ppf 0 4

11、 f 四四. .两台发电机模型的算例分析 v累积状态频率的推导过程：累积状态频率的推导过程： kkknn pff * 1 * k 为状态为状态 向增大可用容量的转移率；向增大可用容量的转移率；k 为状态为状态 向减小可用容量的转移率。向减小可用容量的转移率。 k k 0 * 4 1210 * 2101210 * 3 2101 * 1101100 * 2 002100 * 1 f pfppf pfppf fpf 四四. .两台发电机模型的算例分析 两台发电机组的概率、频率如下表所示： 五.考虑检修状态的发电机可靠性模型 vn n台发电机模型台发电机模型 在上两章节中，我们介绍了一台发电机和两台发电 机模型的计算步骤以及方法。而当系统中有台发电 机时，其容量状态将会成指数增大。其计算公式总 结如下： 确切状态概率 累积状态概率 nkiqpp D k U ii n i ii pp 1 确切状态频率 )( iii ji ijii ppf 累积状态频率 )( 1 kkkii pFF 五.考虑检修状态的发电机可靠性模型 v减少机组时停运容量模型减少机组时停运容量模型 在实际运行时，发电系统中的机组必然要进行计划检查 或检修。在计划检修期间，相应的机组将退出运行，因此在 进行系统可靠性研究时，应当减去这些机组，重新形成停运 容量概率及频率表。但是一般可以不必从头计算，而是从已 形成的