电力系统规划与可靠性--发电系统

1、 多类型新能源发电综合消纳的关键技术电力系统规划与可靠性电力系统规划与可靠性发电系统充裕性可靠性评估发电系统充裕性可靠性评估提供的是一个充提供的是一个充裕性总体测度指裕性总体测度指标，而不是单个标，而不是单个变电站或负荷点变电站或负荷点的指标的指标1. 发电-负荷需求系统可靠性概述发电-负荷需求系统（generation-demand system）常常被称为发电系统。评估的内容：评估统一并网运行的全部发电机组按可接受标准及期望数量来满足电力系统负荷电力和电量需求的能力的度量。量化分析发电机随机失效引起的风险。将系统所有可能状态对应的负荷削减及其发生的概率进行组合，建立起发电系统风险指标。发电

2、-负荷需求系统模型这个模型处理这个模型处理发发电和负荷两个随电和负荷两个随机变量，机变量，两者均两者均包括对应各自发包括对应各自发生概率的多级功生概率的多级功率水平率水平评价目标评价目标：确定电力系统为保证充足的电力供应所需的发电容量。 发电容量分为静态和动态；静态静态-长期长期-容量，容量，必须满足机组计划检修、非计划检修等因素。用来确定最佳的装机容量确定最佳的装机容量。动态-短时-开机方式等运行问题。系统充裕性指标系统充裕性指标：发电在额定值和电压水平限度内，扣除由机组计划和非计划停运造成的降低处理后，向用户提供总的电力和电量需求的能力。发电系统可靠性指标 确定性的：通常用来衡量系统装机容

3、量充裕度方法的是百分数备用阀或最大机组备用法，或将两者结合使用。 概率性的 电力不足概率（LOLP- Loss of load probability） 电力不足期望（LOLE- Loss of Load Expectation） 电量不足期望（EENS-Electricity Expectation Not Satisfied) 故障频率、持续时间11GLNNijijjiLOLEPP IT2.卷积法发电系统风险评估，在数学上就是对发电容量和负荷这两个随机变量进行卷积运算。卷积分析方法包括以下四步：1. 建立离散发电概率分布2. 建立负荷离散概率分布3. 两个分布之间的卷积运算0. 设定发电机

4、元件模型1）.离散发电概率分布利用状态枚举法可得出发电容量的概率分布。例一个系统有两台10 兆瓦和一台15 兆瓦容量的机组，其不可用率均为0.03。利用式(4-40)得到：11ffNNNiiiiPsQP1122NNPQPQPQ0）.发电机元件模型采用可修复、两状态模型及参数：MTTR, MTTF , , ,f枚举出这个系统的全部容量等级及其相应的概率，即发电容量的离散概率分布，示于下表5.1 中：当发电机台数很多时，发电容量的等级数呈指数增长，这个表就会变得十分冗长。有两种用于减少发电容量等级数的主要措施，如下：1. 使用某个小概率门坎值，从表中去掉概率小于这个门坎值的所有容量级别。2. 规定

5、一个合理的发电容量级差，将落入级差内的容量级别舍入到最接近的一个规定级别。2）离散负荷概率分布原始负荷曲线可用如下图（5-2）所示的多级模型来表示：负荷水平级别越多，模型越精确给定负荷水平分级后，就可将各个负荷点分配到最接近的一个级别，得到一个离散负荷概率分布。就可列于下表中：Lk 是第k级负荷水平T 是负荷曲线的时间总长度，Tk 是第k级负荷水平的时间长度若计入负荷的不确定性，可以建立一个广义负荷水平分级表。通常用正态分布来表征负荷的不确定性。以7个分段为例，每一分段用它的中点，如图5-3将表5.2和5.3进行组合，即获得如下表5.4所示的广义负荷水平分级及其概率。表中的k是标准差对第k级原

6、始负荷水平之比3）.指标计算当发电容量和负荷水平概率表建立起来以后，即可用卷积法估计发电系统的风险指标。缺电时间期望LOLE（Loss Of Load Expectation）(5-1)01ijijijLGILG其中：(5-2)单位是“小时/期间”TIPPLOLEijjN1jN1iiGL 单位是“兆瓦时/期间”电量不足期望LOEE（Loss Of Energy Expectation）11max 0,GLNNijijjiLOEEPPLGT(5-3)式中：Li 是第i级负荷水平； Pi是第i级负荷水平的概率； NL是负荷水平概率表中的负荷水平分级数； Gj是第j级发电容量； Pj 是第j级发电容

7、量的概率； NG是发电容量分级表中的发电容量分级数； T 是负荷持续曲线时间总长度；注意不可能使用卷积方法来计算频率和持续时间指标2.状态抽样法-非贯序蒙特卡洛基本思路：使用状态抽样技术选择发电机的状态，而负荷曲线仍然利用多级水平模型。对每台发电机和示于图多级负荷模型中相应的每一级负荷水平，在0，1区间抽取均匀分布随机数Rj。第j台发电机的状态为： 0120jjjjjjjjjjRPPPFsPPRPPPFRPP运 行停 运降 额(5-4)式中：PFj 是停运状态的概率（即不可用率）；PPj 是降额状态的概率。按照发电机的状态确定每台机组的可用容量，从而可获得系统总的发电容量。对某一给定的负荷水平

8、，在第k次抽样中的电力不足DNS (Demand Not Supplied)计算如下： 1max 0,mkijkjDNSLG(5-5)式中：Li是第i级水平的负荷；Gjk 是第j台发电机在第k次抽样中的可用容量；m是系统中的发电机台数。 考虑负荷不确定性计算电力不足时，只要将式(5.5)中的Li 应换成Li 即可。负荷水平Li 是具有不确定性的负荷之均值，其不确定性用标准差 i (Li的百分比)表示。用近似逆变换法建立标准正态分布随机数Xk ，则第k次抽样的抽样值如下：1ikiiLXL(5-6)指标计算11iLNNikkikiTLOLEIDNSN(5-7)1. 缺电时间期望：其中：0001kk

9、kkDNSIDNSDNS(5-8)2.电量不足期望：11iLNNikikiTLOEEDNSN(5-9)式中：NL 是图5-2所示多级负荷模型中的负荷水平分级数；Ti是第i级负荷水平的时间长度；Ni 是第i 级负荷水平的抽样数。每一负荷水平的抽样数有时相同，有时不同。一般来说，为了有相同的精度，较低负荷水平需要更多的抽样。状态抽样法不可能提供频率和持续时间指标。注意3.状态持续时间抽样法-贯序蒙特卡洛在状态持续时间抽样法中，需要建立一个虚拟的系统发电容量曲线，并在时序负荷曲线上叠加得到模拟的运行过程。第一步：获取发电机组失效前时间和修复前时间的抽样值，从而生成每台发电机的运行循环。组合全部发电机

10、的运行循环即可得到系统发电容量曲线。如下图：第二步：在时序的小时负荷曲线上叠加系统发电容量曲线，从而得到一个系统可用裕度模型。负裕度表明必须削减系统负荷。叠加过程如下图。如果需要计入负荷不确定性，则必须用式(5-6)对负荷曲线按小时逐点修改负荷值，来修改负荷曲线。但是但是如果在该小时点的系统可用容量大于原始小时负荷加三倍标准差，则这个点被跳过去，负荷曲线上大多数负荷点都属这种情况。使用正态分布抽样时，需要修改的大多数负荷点应当靠近修正前的负荷削减点，如上图5-5 中标有ENS的位置。第三步：通过对叠加裕度模型的观察，可直接得到每一抽样年i中发生的缺电次数LLOi (Loss of Load O

11、ccurrence)；以小时计的缺电持续时间LLDi (Loss of Load Duration)；以及以兆瓦时计的电量不足ENSi (Energy Not Supplied) 。计算风险指标所以对应于N 个抽样年的风险指标可以下公式估计： 1.缺电时间期望LOLE (Loss Of Load Expectation，小时/年) 11NiiLOLELLDN(5-10)2.电量不足期望 LOEE (Loss Of Energy Expectation，兆瓦时/年) 11NiiLOEEENSN(5-11)3.缺电频率LOLF (Loss Of Load Frequency，次/年) 11NiiLOLFLLON(5-12)4.缺电持续时间 LOLD (Loss Of Load