电力系统规划与可靠性-研究生

电力系统规划与可靠性电力系统及其自动化专业研究生主讲：赵书强2011-2012第2学期课程内容绪论

可靠性分析基础

■■电力系统可靠性分析电力系统规划的优化方法

电源规划

电网规划

■■■■绪论

概述

电力系统可靠性的概念与研究方法

电力系统规划的概念与研究方法

电力系统规划与可靠性研究的新进展

绪论—

概述

电力系统是一个复杂的大系统，虽然问题众多，但归根结底是可靠性与经济性这两类问题。可靠性与经济性是一个矛盾的两个方面，二者的对立统一决定了电力系统的基本面貌。电力系统规划问题就是研究如何在保证可靠性的前提下，最大限度地提高经济效益，降低成本。所以，电力系统规划与电力系统可靠性既是相互独立的两个研究方向，又密切相关，一般来说，可靠性是研究电力系统规划问题的基础，研究规划问题就必然涉及到可靠性问题。绪论—

概述

电力系统规划与可靠性问题内容广泛，属交叉学科，已经成为电力系统令人注目的一个研究方向。研究电力系统规划与可靠性问题需要具备扎实的数学基础，特别是概率与数理统计、规划数学、计算方法等。由于历史的原因，相对于电力系统的其它研究方向而言，电力系统规划与可靠性问题的研究相对滞后，表现为研究的人员较少、重视程度不够、还有很多问题没有突破、研究成果实际应用价值小等等。绪论

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概述

近年来，这一状况正在迅速得到改变，随着电力市场的形成，为了经济的目的，必然要最大限度地降低成本和提高系统的安全运行水平，规划与可靠性就成了不能回避的问题，其研究工作也迅速增多。尤其在城网规划和地区电网无功优化方面，人们投入了极大的热情，并随之出现了一批研究成果。为适应形式的发展，我校电力系统及其自动化专业决定开设电力系统规划与可靠性课程，并希望以此能提高人们对此课题的重视。

绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

人们在日常生活和工程技术领域常常遇到对某一事物、产品或系统可靠和不可靠的评论，这种评论是和事物、产品或系统能否达到某一预期的功能联系在一起的。例如，一台机器预期能连续工作10天，如果工作到7天或更短的时间就损坏了，那它是不可靠的，如果连续工作10天或更长时间，则它就是可靠的。这种对可靠性问题的认识，还只是停留在模糊定性认识的阶段，缺乏数量上严格和科学的计算方法，还不能称之为可靠性理论。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

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。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

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。第二次世界大战以后，可靠性理论在电子、空间技术以及其它工程技术领域得到了越来越广泛的应用和发展，并迅速成为一门独立的学科。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

关于可靠性的概念，一般是这样认识的：可靠性（Reliability）是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性涉及元件失效数据的统计和处理、系统可靠性的定量评定、可靠性和经济性的协调等多方面内容，是一门边缘学科，具有实用性、科学性和时间性三大特点。

绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

所谓实用性是指可靠性研究和工程实践紧密联系，并为工程实践服务；科学性是指可靠性研究有一套独特的科学理论和方法，而不是猜测和粗略的判断；时间性是指可靠性贯穿于产品或系统的整个设计、研制、开发、运行过程。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

把可靠性研究的一般理论和方法与电力系统的工程实际相结合，便形成电力系统可靠性。电力系统可靠性是20世纪60年代以后发展起来的一门应用科学，已渗透到了电力系统规划、设计、运行和管理的各个方面。1970年，比灵顿（R.Billinton）发表了第一部电力系统可靠性的专著——《电力系统可靠性估计》（PowerSystemReliabilityEvaluation），以后，许多关于电力系统可靠性的书刊专著相继问世。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

我国关于可靠性问题的研究大体始于20世纪70年代后期，80年代初中期出版了一些有关可靠性的专著和译著，对可靠性问题研究较多的主要是西安交通大学和清华大学，重庆大学、电力科学研究院、华北电力大学也进行了有关研究工作，如华北电力大学承担了国家“七五”攻关子课题“三峡电站接入系统的可靠性与经济性分析”，并于1989年通过了电力工业部的技术鉴定。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

与可靠性这一概念密切相关的还有可靠度和可用率（Availability）。一般设备区分为不可修复设备和可修复设备两大类，如在电力系统中，绝缘子属不可修复设备，而发电机、变压器、短路器等大多数设备属可修复设备。对于不可修复设备，其可靠性是指在预期的时间（平均寿命）内，未发生故障这一事件的概率，通常称为可靠度。

绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

对于可修复设备，由于故障后还可以修复，再投入工作，且长期经历着这种循环，所以，除计及设备发生故障的概率外，还要计及故障后修复的概率，这种情况下的可靠性指标称为可用率，它定义为：可修复设备在长期运行中，处于或准备处于工作状态的时间所占的比例。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

关于设备的两种可靠性指标可靠度和可用率，同样适用与元件和系统。电力系统是典型的可修复系统，其中的主要元件都是可修复元件。为了便于不同场合的应用，已提出了大量电力系统可靠性的具体指标。如电力不足概率（LOLP）、电力不足频率（FLOL）、电力不足持续时间DLOL

等等。

绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

电力系统可靠性问题的研究，目的是对整个电力系统进行可靠性评估。但现代电力系统是由发电系统、输电系统、配电系统等组成的庞大复杂的大系统，目前只能是把发电系统、输电系统、配电系统人为地分割开来进行可靠性研究，所以有发电系统可靠性、输电系统可靠性、配电系统可靠性这样的称呼。

电力系统可靠性问题的研究有两个方面的目的：一是为电力系统的发展规划进行长期可靠性估计；二是为制定每天或每周运行计划而进行可靠性预测。这两类问题研究所需的数学模型和计算方法是不而对短期可靠性的预测还处于探索阶段同的，目前关于长期可靠性问题的研究已达到实用阶段，因为短期可靠性的研究需要考虑电力系统稳定性等问题，而这些问题都还不是很成熟。

绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

提高电力系统可靠性的途径，一是提高组成系统各元件的可靠性，二是增加冗余度。对于发电系统，增加冗余度意味着增加装机容量，即增大备用容量；对于输电系统，则意味着增加输电线路数或加大输电线路截面积。可见，冗余度涉及到经济问题，可靠性与经济性密切相关。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

目前研究电力系统可靠性的方法有两种：一种是解析法，另一种是模拟法。这是两种完全不同的方法，解析法是将元件或寿命的过程模型化，然后通过数学方法进行可靠性分析，计算出可靠性指标；模拟法也称为蒙特卡洛法或仿真法，它是采用计算机仿真的方法，模拟元件或系统的寿命过程，并经过规定的时间后进行统计，得出可靠性指标。绪论

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电力系统可靠性的概念与研究方法

一般来说，解析法需要建立系统的数学模型，公式推导复杂，但所得结果准确和确定，其计算时间与所关心的系统年限无关，计算速度快；模拟法不需要建立系统的数学模型，而是通过抽随机数的办法模拟实际系统寿命过程，无复杂的公式推导，但计算结果不确定，计算时间与所关心的系统年限有关，计算速度慢。

绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

在运筹学中，最优化问题又称为规划问题，例如，一个工厂，在一定的人力物力条件下，如何达到产量最高，或达到成本最低，是需要经过规划才能解决的问题。一般物理系统都可以建立以目标函数为核心，同时具有约束条件的数学模型，在满足约束条件的前提下，使目标函数取得最优值（最大值或最小值）的问题，称为规划。规划与计划不同，规划是为决策者提供参考和依据，计划是决策者的决定。绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

电力系统规划研究通常包括电源规划和电网规划。电网规划可进一步分为输电网规划即主网规划和配电网规划两类。随着国民经济的迅速发展，电力负荷迅速增长，因此就需要建设大量新的电厂、输电线和变电站。电力系统规划的目的不是对这些建设项目进行具体的设计，而是从国民经济整体、地区整体、电力系统整体出发，研究应该建设哪些项目、规模多大、各项目的基本参数（如装机容量、电压等级等等）、建设顺序、需要采取的重大技术措施等。绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

电力系统规划根据时间的长短，一般分为长期规划、中期规划和短期规划，还有远期规划、中长期规划等叫法。各种规划的时间长短并没有统一的规定，一般10年以上的规划称为长期规划，5-10年的规划称为中期规划，3-5年的规划称为短期规划。不同的规划考虑问题的角度不同，其数学模型和求解方法也有很大不同。

绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

过去，电力系统规划工作是手工完成的，考虑因素少，系统规模也不大，其结果更多地体现了政策和决策者的意志，这种方法已不能适应现代电力系统的需要。1960s以后，由于优化技术的发展和计算机的广泛应用，出现了各种各样的电力系统规划模型和设想，极大地提高了电力系统规划工作的科学性和效率，这种采用近代优化技术和计算机的电力系统规划，称之为电力系统最优规划或电力系统优化规划。绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

电力系统是一个整体，电力系统优化规划的模型应该是同时考虑整个的电力系统，但由于电力系统的复杂性，它具有规模大、变量多、离散性、非线性、随机性、不确定性、动态性等特点，从目前的技术水平看，同时对整个电力系统建模并进行优化是相当困难的，一般都是针对电力系统的某一部分或某一方面的问题建立局部模型并进行局部规划，如有功电源规划、网络规划、无功补偿规划、配电网规划等等，尤其是地区电网规划和配电网规划，已引起人们极大的兴趣。绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

随着电力系统三大计算，即潮流计算、短路计算和稳定计算的完善与实用化，如今，很多电力系统局部规划的数学模型已经达到实用化的水平，如电源规划、城网规划、无功优化等。由于电力系统是资金密集性工业，电力系统的发展要投入大量资金，通过科学规划，哪怕投资能节约一个较小的百分数，其绝对值也是相当大的。所以，电力系统规划问题的研究与推广应用，具有非常重要的理论意义和实用价值。

电力系统规划问题是一个十分复杂的问题，由于实际系统的整体数学模型过于复杂，变量很多，目前的规划方法和计算水平还不能胜任，所以，往往需要对系统模型进行简化处理，这样，不同的研究人员对模型的处理思想和求解方法就存在很大不同，到目前为止，还没有一个模型和求解方法不存在弱点。

绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

另外，由于电力工业与国民经济和人民生活密切相关，而且工程往往较大，随着时代的进步，一些过去不需考虑的因素，现在也必须考虑进来，或者有些问题在新时期需要作新的考虑，例如，环境保护问题，大规模新能源并网、不确定因素、电力市场化、可靠性问题等。所以，电力系统规划问题是一个不断发展和变化的问题。绪论

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电力系统规划的概念与研究方法

电力系统规划的具体方法，与具体问题有关，一般来说，任何规划方法，在电力系统都有应用，这些方法包括线性规划法、整数规划法、非线性规划法、动态规划法等，这些方法本身还有不同的分类，如非线性规划法有乘子法、剃度法等等。另外，近年来，又出现了专家系统方法、遗传算法、模拟退火算法、Tubo搜索法、蚁群算法、模糊规划法等。绪论

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电力系统可靠性与规划研究的新进展

智能电网可靠性分析可靠性方面

供电可靠性预测与规划

可靠性与经济性的协调

可靠性安全分析与风险评估

不确定性理论等在可靠性中的应用电力系统规划方面方面绪论

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电力系统可靠性与规划研究的新进展

基于GIS的电网规划

考虑新能源的电源规划

多属性决策在电网规划中应用

不确定规划

新智能算法在规划中的应用第一章

可靠性分析基础§1.3元件可靠性

§1.1可靠性分析的数学基础

§1.5可靠性分析的模拟法

§1.4可靠性分析的状态空间法

§1.2不确定理论基础

§1.1可靠性分析的数学基础可靠性研究不确定的过程、状态、结果等，不确定问题最初是用概率方法进行研究的。1。随机事件及其分类随机事件：在一定条件下，可能出现也可能不出现的事件。如：某一时刻或时段内断路器故障。目的：估计事件发生的可能性大小。一、概率基础知识简介§1.1可靠性分析的数学基础独立事件：某一事件发生不影响另一事件发生的概率。一般如果两个事件相关性不大时，即可假设为独立事件，如不同回路中的断路器故障。互斥事件：两个不可能同时发生的事件。如一台设备或一个元件处于工作和故障的两个状态。对立事件：一个事件不发生，另一个事件就必然发生。如一台设备或一个元件处于可用和不可用的两个状态。条件事件：在另外一个或多个事件发生的条件下才会发生事件。如双电源用户的停电。§1.1可靠性分析的数学基础2。概率定义概率的古典定义：如果在某一试验中，全部可能出现的结果有n个，其中对应于事件A出现的结果是m个，则事件A的概率为

P（A）=m/n概率的统计定义：设在n次重复试验中，事件A出现f次，则f/n为事件A出现的频率，当试验次数足够大时，f/n趋于稳定值，这一稳定值称为A的统计概率

§1.1可靠性分析的数学基础3。概率运算法则概率的加法：设事件A和B是两个互斥事件，则

P（A+B）=P（A）+P（B）概率的乘法：设事件A和B是两个独立开事件，则

P（AB）=P（A）P（B）条件概率：任意两个事件A和B，在A事件发生的条件下，B事件发生的概率

P（B/A）=P（AB）/P（A）§1.1可靠性分析的数学基础1。随机变量及其概率分布的概念随机变量：如果对于试验的样本空间

中的每一个样本点

，变量X都有一个确定的实数值与之对应，则变量X是样本点

的实函数，记作X()，我们称这样的变量X为随机变量。二、随机变量的概率分布及主要数字特征其他定义：从概率空间到实数集的可测函数。在一定范围内以一定的概率分布随机取值的变量。§1.1可靠性分析的数学基础离散型随机变量：

X所有可能值（有限、无限）是可以一、一列举的。如：一个元件或一台设备在一年内的故障次数。连续性随机变量：X所有可能值是内的一个区间。如：一个元件或一台设备的寿命。§1.1可靠性分析的数学基础概率分布函数：设X为一个随机变量，对任意实数

x，称F(x)=P(X

x)为

X的分布函数。其他定义：随机变量取不大于某一数值的概率。2。随机变量的主要数字特征数学期望方差§1.1可靠性分析的数学基础三、几种常见的概率分布1。离散性随机变量的概率分布二项分布：（1）试验次数是n是一定的；（2）每次试验的结果只有两种，“成功”或“失败”，成功的概率为p，失败的概率为q；（3）每次试验成功和失败的概率相同，即p、q为常数。在上述假设下，随机变量X的二项分布概率分布函数可表示为§1.1可靠性分析的数学基础三、几种常见的概率分布1。离散性随机变量的概率分布泊松分布：随着k的增大，二项分布的计算会变的复杂，工程上把泊松分布作为二项分布的近似。随机变量X的泊松分布概率分布函数为§1.1可靠性分析的数学基础三、几种常见的概率分布2。连续随机变量的概率分布概率密度函数：设随机变量X的分布函数为F(x),若存在非负可积函数p(x)，满足称p(x)为概率密度函数，简称密度函数.均匀分布：正态分布（又称高斯分布）：记为X~N(

,

2)其中

>0，

是任意实数

是位置参数

是尺度参数yxOμ指数分布：指数分布具有无忆性，即：P(X>s+t|X>s)=P(X>t)四、马尔科夫(Markov)过程§1.1可靠性分析的数学基础

马尔科夫过程是一个典型的随机过程。设X(t)是一随机过程，当过程在时刻t0所处的状态为已知时，时刻t(t>t0)所处的状态与过程在t0时刻之前的状态无关，这个特性成为无后效性。无后效的随机过程称为马尔科夫过程。马尔科夫过程中的时间和状态既可以是连续的，又可以是离散的。我们称时间离散、状态离散的马尔科夫过程为马尔科夫链。马尔科夫链中，各个时刻的状态的转变由一个状态转移的概率矩阵控制。§1.2不确定理论基础一、不确定理论概述随机性：偶然性的一种形式，具有某一概率的事件集合中的各个事件所表现出来的不确定性。随机性的特点；①事件可以在基本相同的条件下重复进行，只有单一的偶然过程而无法判定它的可重复性则不称为随机事件；②在基本相同条件下某事件可能以多种方式表现出来，事先不能确定它以何种特定方式发生，只有唯一可能性的过程不是随机事件。③事先可以预见该事件以各种方式出现的所有可能性，预见它以某种特定方式出现的概率，即在重复过程中出现的频率，在重复发生时没有确定概率的现象不是同一过程的随机事件。§1.2不确定理论基础模糊性：由于事物类属划分的不分明而引起的判断上的不确定性。例如，健康人与不健康的人之间没有明确的划分，当判断某人是否属于“健康人”的时候，便可能没有确定的答案，这就是模糊性的一种表现。当一个概念不能用一个分明的集合来表达其外延的时候，便有某些对象在概念的正反两面之间处于亦此亦彼的形态，它们的类属划分便不分明了，呈现出模糊性，所以模糊性也就是概念外延的不分明性、事物对概念归属的亦此亦彼性。模糊性是与随即性不同的另一种不确定性，研究工具是模糊数学。§1.2不确定理论基础灰色系统：如果一个系统具有层次、结构关系的模糊性，动态变化的随机性，指标数据的不完备或不确定性，则称这些特为灰色性。具有灰色性的系统称为灰色系统。信息完全明确的系统称为白色系统；信息完全不明确的系统称为黑色系统；部分信息明确、部分信息不明确的系统称为灰色系统。

§1.2不确定理论基础未确知信息：纯主观的认识上的不确性信息可以称为未确知信息。这种信息既无随机性，又无模糊性，是决策者纯粹由于条件限制而认识不清，也就是说，所掌握的信息不足以确定事物真实状态的数量关系。§1.2不确定理论基础二、处理不确定性的一些数学方法盲数理论：随机性、模糊性、未确知性和灰色性，同时具有上述两种以上不确定性的较为复杂的信息，称之为“盲信息”。盲数理论简称盲数论，是表达和处理盲信息的一种数学工具。对于具有不确定性的对象，其实际值并不总是可能落在某个点上，而更应是该点附近的某个区域。以区间数x来描述这个区域，a属于[0,1]为落入该区间的可信度，则多个区间数序列xi形成的区间分布及其可信度序列ai构成盲数。所以盲数的实质可认为是区间分布的可信度函数。§1.2不确定理论基础联系数理论：集对分析的核心思想是把不确定性与确定性作为一个系统来进行数学处理和辩证分析，引进既确定又不确定的联系数来系统地处理由随机、模糊、不确知等不确定性所导致的综合不确定性问题。联系数的意义不仅在于把一个具体的数与这个数所在的范围联系起来，更在于把一个具体的数与它所在范围内的确定性与不确定性联系起来。定义：设u=A+Bi，则称u为联系数，其中A为联系数的确定部分，B为联系数的不确定部分，i是不确定量，i

属于[-1.1]，但需要根据具体情况取值。§1.3元件可靠性一、不可修复元件1。故障函数寿命：元件从投入使用到首次故障的时间故障函数：元件的寿命T等于和小于时刻t的概率F(t)=P[T≤t]说明：有总数为N的相同元件同时投入运行或试验，经过时间t后，有NF个发生故障，则F(t)=NF/N§1.3元件可靠性一、不可修复元件1。故障函数寿命：元件从投入使用到首次故障的时间故障函数：元件的寿命T等于和小于时刻t的概率F(t)=P[T≤t]说明：有总数为N的相同元件同时投入运行或试验，经过时间t后，有NF个发生故障，则F(t)=NF/N§1.3元件可靠性2。故障率曲线浴盆曲线（1）早期故障期（2）偶发故障期（3）耗损故障期故障曲线可通过试验或现场统计得来的数据绘制而成§1.3元件可靠性二、可修复元件1。寿命流程图双态模型：工作与故障TU——工作状态时间TD——故障停运时间U——工作状态D——故障停运§1.3元件可靠性两个重要参数:修复率(μ)：产品维修性的一种基本参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修级别上被修复的故障总数与在此级别上修复性维修总时间之比。

故障率(λ):某种设备在单位时间内发生故障的台数相对于还在工作的台数的百分比值，称为该产品的故障率.故障率(λ):是指设备事故（故障）停运时间与设备应运行时间的百分比.

§1.3元件可靠性2。元件状态转移双态模型稳态概率§1.3元件可靠性三态模型R：计划检修状态L：计划检修修复率K：计划检修率三、电力行业实际元件（设备）状态划分强迫停运强迫停运率（FOR）=强迫停运小时运行小时+强迫停运小时四、元件（设备）可靠性统计2004、2003年全国8类输变电设施主要可靠性指标类别可用系数%强迫停运率2004200320042003架空线路99.30399.3620.2240.169变压器99.23799.1351.6681.417断路器99.65199.5612.0792.447电流互感器99.81699.7720.0670.075电压互感器99.86899.8540.0440.053隔离开关99.88999.8770.2090.127电缆线路99.85399.9120.2410.253母线99.93399.9200.2630.258§1.4可靠性分析的状态空间法一、状态空间的概念状态空间：一特定系统可能出现的全部状态集合124个状态：（1）1工作、2工作，（2）1工作、2故障，（3）1故障、2工作，（4）1故障、2故障

2个状态：（1）工作，（2）故障§1.4可靠性分析的状态空间法二、状态间的转移两输电线并系统12§1.4可靠性分析的状态空间法三、可靠性计算计算步骤：（1）列出系统全部可能的状态；（2）确定状态空间的转移模式和转移概率；（3）计算状态概率；（4）根据系统故障判据，将各种系统状态进行分类；（5）计算可靠性指标。P为状态概率行向量，P=[p1，p2，…pn]，pi是第i个状态的概率；A是转移矩阵，aij=λij（i≠j），aii=-∑λij（i≠j）

§1.4可靠性分析的状态空间法12341234§1.5可靠性分析的模拟法一、模拟法的概念求图形面积：模拟法又称蒙特卡洛法在图形S外作一边长为1的正方形，连续抽取均匀分布的随机数，如果在N个随机数中，有M个落在S内，则图形S的面积近似为M/N，N越大，所得结果越准确。课堂模拟试验§1.5可靠性分析的模拟法投针实验（蒲丰投针

）：实验步骤是：

1)取一张白纸，在上面画上许多条间距为d的平行线。

2)取一根长度为l（l<d）的针，随机地向画有平行直线的纸上掷n次，观察针与直线相交的次数，记为m。

3）计算针与直线相交的概率p。可以证明：p=2l/(πd)π为圆周率§1.5可靠性分析的模拟法投针实验（蒲丰投针

）：3§1.5可靠性分析的模拟法二、模拟法的特点（1）不需要建立数学模型（2）可得出某些指标的统计函数（3）可处理故障、检修间复杂的关系（4）可用于大系统（6）计算误差原则上与成正比（5）计算机程序简单（7）需要抽取随机数§1.5可靠性分析的模拟法三、随机数抽取

模拟法计算可靠性，随机数的抽取是关键一步，目前一般采用计算机的随机函数发生器产生随机数，由于随机函数发生器实际上是一种算法，所以这种随机数与自然产生的随机数不同，当规模很大时呈现一定的统计特性，因而称为“伪随机数”，这会给计算结果带来一定的误差。RandomizeA=Rnd（0，1）§1.5可靠性分析的模拟法

蒙特卡罗模拟法(Monte-Carlo)也称统计实验方法，是一种以概率统计理论为基础的数值计算方法。它以大数定理为理论依据，以模拟抽样来反映系统行为，并通过计算系统抽样样本的统计特征来获得系统的参数。蒙特卡罗模拟法进行可靠性评估时，分为3个步骤：（1）系统状态抽样；（2）系统状态分析；（3）指标统计四、模拟法计原理§1.5可靠性分析的模拟法序贯蒙特卡罗法：

假定元件的无故障工作时间和维修时间分别为m、r，且均为服从指数分布的随机变量，则m和r的值按下式抽样获得U1、U2为[0，1]上均匀分布的随机数§1.5可靠性分析的模拟法§1.5可靠性分析的模拟法

通过模拟系统运行的历史过程，然后对所抽取的系统状态进行分析，它是按照时序进行元件的“运行—修复—运行—修复”的状态交替过程进行模拟，得到每个元件的运行修复状态持续时间，通过组合每个元件的运行和修复过程就能够得到一个有时间先后顺序的系统状态序列，因此时序蒙特卡洛法能够模拟服从任何概率分布的运行和修复持续时间，能够考虑复杂电力系统运行策略（如经济调度、水库用水策略等）等优点，缺点在于编程困难且计算时间较长。§1.5可靠性分析的模拟法

元件强迫停运率FOR反映了系统的“不可用度”，是非序贯仿真算法中抽样系统状态的基本参数。对具有n个元件的电力系统，用n维状态向量X表示系统随机状态。非序贯蒙特卡罗模拟法

这种抽样方法与时序无关。其依据是，一个系统状态是所有元件状态的组合，且每一元件的状态可由对元件出现在该状态（可用和不可用，或者正常和失效）的概率进行抽样来确定。§1.5可靠性分析的模拟法Xi为元件i的随机状态变量。当元件处于停运状态时，Xi取值为0，当元件处于运行状态时，Xi取值为1。在非序贯蒙特卡罗模拟中，随机状态向量的值由随机数向量确定。通过随机函数发生器产生n个在[0，1]上的随机数yi。Xi与yi的关系为§1.5可靠性分析的模拟法§1.4可靠性分析的其它方法一、网络法1。逻辑图的建立（1）任一条线路故障导致系统故障如果（2）任二条线路故障导致系统故障123123123132§1.2可靠性分析的其它方法2。逻辑图的化简（1）串联系统：12X：元件正常事件X：元件故障事件S：系统正常事件S：系统故障事件S=X1∩X2S=X1∪X2

结构函数：表明各元件状态事件进行集合运算的式子如果各元件间彼此独立，则运算规则为P[X1∩X2]=P[X1]P[X2]P[X1∪X2]=P[X1]+P[X2]-P[X1]P[X2]§1.4可靠性分析的其它方法（2）并联系统：12S=X1

∪

X2S=X1∩

X2

P[S]=P[X1∩X2]=P[X1]P[X2]P[S]=1-P[S]例子：P[X1]=0.9，P[X2]=0.8，则P[X1]=0.1，P[X2]=0.2P[S]=P[X1∪X2]=P[X1]+P[X2]-P[X1]P[X2]=0.98P[S]=P[X1∩X2]=P[X1]P[X2]=0.02P[S]=1-P[S]=0.98§1.4可靠性分析的其它方法3。网络法算例BCAD0.90.80.70.6ADBC0.90.940.6ABCD0.9ABCD0.5640.9564§1.4可靠性分析的其它方法二、故障树法123421或L1L2L143或L2与S故障树故障树特点：（1）帮助分析故障发生的机理（2）指出系统中的薄弱环节（3）可对系统进行定量可靠性分析第二章

电力系统可靠性分析§2.2发电系统可靠性分析

§2.4配电系统可靠性分析§2.3输电系统可靠性分析§2.1电力系统可靠性指标

§2.1电力系统可靠性指标一、一般可靠性指标

衡量可靠性，既可以从成功的观点出发，也可以从失败的观点出发，一般采用如下可靠性指标：（1）概率，如可靠度和可用率；（2）频率，如单位时间内发生故障的平均次数；（3）平均持续时间，如首次故障的平均持续时间，故障的平均持续时间；（4）期望值，如一年中电力系统发生故障的期望天数。§2.1电力系统可靠性指标二、电力系统可靠性指标

对于电力系统，可靠性指标主要有：（1）电力不足概率LOLP（Lossofloadprobability）：指系统负荷（一天中最大负荷）超过系统中有效发电容量的概率；（2）电力不足频率FLOL（Frequencylossofload）：单位时间（一般为一年）系统用户平均停电的次数；§2.1电力系统可靠性指标

（3）电力不足持续时间DLOL（Durationlossofload）：在指定时期内，用户停电的平均持续时间；（4）电力不足期望值LOLE（Lossofloadexpectation）：在研究的时间内，由于供电不足而产生的负荷停电时间的平均值；§2.1电力系统可靠性指标

（5）电量不足概率LOEP（Lossofenergyprobability）：在研究时间内，由于供电不足而使用户停电的电量损失的期望值与该时间内用户所需全部电量的比值；（6）电量不足期望值ELOE（ExpectedLossofenergy）：在研究的时间内，由于供电不足引起用户停电而损失的电能平均值。

§2.1电力系统可靠性指标

需要指出的是，以上只是有关电力系统可靠性指标的一部分，不同的研究人员或文献对指标的文字描述也不尽相同，甚至其英文代号有很大区别，例如电量不足期望值，有的文献使用英文代号EENS（Expectedenergynotserviced），但这些指标的核心思想是一致的，计算方法也是相同的。另外，由于电力系统的复杂性，在分析其可靠性问题时，往往不是固定使用一个指标，而是根据问题的性质选择其中的一个或几个指标。§2.2发电系统可靠性分析一、发电容量模型容量状态概率模型：发电机组或系统在t时刻处于某一容量状态的概率。PU=P（X=c），PD=P（X=0）如果一台机组的容量为cMW，则在双态模型条件下可用容量概率模型为停运容量概率模型为PU=P（X=0），PD=P（X=c）1。容量概率模型§2.2发电系统可靠性分析2。一台机容量模型机组的容量为cMW，故障率为λ，修复率为μP1=P（X=c）=pP0=P（X=0）=q状态模型示意图状态概率p+q=1§2.2发电系统可靠性分析3。两台机容量模型11c1+c210c101c2000λ1λ2λ1μ1μ2μ1μ2λ2机组的容量分别为c1、c2，故障率分别为λ1、

λ2

，修复率分别为μ1、μ2状态模型示意图§2.2发电系统可靠性分析状态概率11c1+c210c101c2000λ1λ2λ1μ1μ2μ1μ2λ2§2.2发电系统可靠性分析二、负荷模型负荷L0100%t最大负荷持续曲线:根据系统日最大负荷绘制的周、月、季度或年持续曲线。横坐标t对应于系统负荷等于和大于Li的时间概率。LitiLMLm§2.2发电系统可靠性分析三、LOLP计算负荷L0100%tLitiLMLmci停电条件:（1）系统可用容量小于ci；（2）系统负荷大于ci。§2.2发电系统可靠性分析负荷L00.9tLi28080ci两台机组：200MW、100MW组合3002001000概率

0.50.250.200.051002000.21§2.2发电系统可靠性分析600兆瓦机组可靠性指标趋势图§2.2发电系统可靠性分析300兆瓦机组可靠性指标趋势图§2.2发电系统可靠性分析600兆瓦机组可靠性指标趋势图§2.3输电系统可靠性分析一、输电系统负荷供应能力（LSC）ＬＳＣ：一个系统的发电容量通过输电网络后，能提供给负荷的最大功率。负荷需要的功率系统可能提供的功率ＬＳＣ有效发电容量ＬＳＣ的特点：（１）开始阶段输电能力完全满足负荷需要（２）受线路过负荷的限制，实际输电能力达不到理论上的极限值。§2.3输电系统可靠性分析~365断面输电能力115682§2.3输电系统可靠性分析二、LSC的计算方法１。试探法（１）给定系统负荷水平，计算每一母线的分配负荷值；（３）进行潮流计算；（２）根据系统负荷水平，确定一种满足负荷需求的发电容量调度方案；（４）检验是否存在过负荷线路，如有，则适当降低负荷水平，如无，则适当增大负荷，重新复上述步骤；（５）尝试新的发电容量调度方案，并进行上述计算，观察是否能够提高ＬＳＣ。§2.3输电系统可靠性分析二、LSC的计算方法２。线性规划法数学原理：求极值问题目标函数

LSC＝maxΣＧｉ约束条件

线路潮流≤线路额定传输容量

发电机出力≤发电机额定容量Ｇｉ——第ｉ母线的实际调度出力§2.3输电系统可靠性分析三、输电系统可靠性计算的ｎ－１规则“单一故障可靠性检验”系统故障类型：单重故障、多重故障。电网规划中，一般只考虑单重故障，即所谓ｎ－１，如果考虑双重故障，则为ｎ－２。ｎ－１规则下LSC的计算：（1）计算网络正常情况下的LSC及线路潮流；（2）依次停运网络中的一条独立支路，并计算停运后的LSC及支路潮流。§2.3输电系统可靠性分析四、LOLP计算在n-1原则下，一条线路故障即为一种系统状态，所以，系统状态概率Psi是通过将第i条线路故障停运的概率与其它所有回路处于工作状态的概率连乘而求得。Pi----地i条线路停运的概率Pj----第j条线路停运的概率j≠i§2.3输电系统可靠性分析输电系统的电力不足概率，是由于线路停运而导致的电力不足概率，所以i∈LL----因线路停运而导致电力不足事件的状态§2.4配电系统可靠性分析一、配电系统的特点1。配电系统包含元件类型众多架空线、电缆、断路器、变压器、无功补偿装置、负荷开关、开闭所、环网柜等等。2。配电系统具有冗余度，可手动或自动切换3。配电系统结构复杂辐射网、双端供电、环网供电、分支等§2.4配电系统可靠性分析单电源辐射接线（无分支）§2.4配电系统可靠性分析

单电源辐射接线（有分支）§2.4配电系统可靠性分析手拉手（环式）接线（无分支）§2.4配电系统可靠性分ix

手拉手（环式）接线（有分支）§2.4供电系统可靠性分析

分段联络接线§2.4配电系统可靠性分析

电缆线路单电源辐射式接线§2.4配电系统可靠性分析电缆线路双电源环式接线§2.4配电系统可靠性分析电缆线路“二主一备”接线§2.4配电系统可靠性分析

电缆线路开闭所接线§2.4配电系统可靠性分析二、配电系统停电分类§2.4配电系统可靠性分析三、配电系统元件可靠性模型元件分为两类：功率元件和操作元件

功率元件的功能主要是传送电能，或起调度和控制系统电压的作用包括变压器、线路、补偿器等。

操作元件是指执行开关操作、使系统状态和拓扑发生改变的元件，包括断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器等。§2.4配电系统可靠性分析功率元件三状态模型

N正常运行状态R故障修复状态M计划检修状态§2.4配电系统可靠性分析操作元件七状态模型

N正常运行状态R故障修复状态M计划检修状态m临时检修f误动状态i接地或绝缘故障状态st拒动状态§2.4配电系统可靠性分析四、配电系统可靠性指标RS-1=(1-)×100%供电可靠率（RS）

RS-1：一年中对用户有效供电时间总小时数与统计期间时间的比值RS-3：不计电源系统电源容量不足限电的供电可靠率

RS-2：不计及系统电源容量不足及一切外部影响的供电可靠率§2.4配电系统可靠性分析用户平均停电时间（AIHC）AIHC-1：用户在统计期间内的平均停电小时数

AIHC-1＝=AIHC-2、AIHC-3§2.4配电系统可靠性分析用户平均停电次数（AITC）AITC-1：用户在统计期间内的平均停电次数

AITC-1=AITC-2、AITC-3§2.4配电系统可靠性分析配电系统可靠性指标计算方法§2.4配电系统可靠性分析五、配电系统可靠性计算方法最小路法最小路有八条：1-5-7、1-5-6-8、1-3-4-8、1-3-4-6-7、2-4-8、2-4-6-7、2-3-5-6-8、2-3-5-7贝叶斯网络法类型接线方式运行方式RS(%)AIHC(h/户)AITC(次/户)电缆电缆单环网接线(负荷转移率50%)备用电源手动投入99.96163.36141.0467备用电源自动投入99.96543.03131.0467电缆两供一备接线(负荷转移率100%)备用电源手动投入99.97741.98311.0016备用电源自动投入99.98161.60841.0016实现配网自动化99.99570.37570.0942架空线单电源辐射接线无分支保护(熔断器)99.91327.60062.1702有分支保护(熔断器)99.94454.85921.3156不同母线出线的环式接线(有分支保护)备用电源手动投入99.95364.06401.3626备用电源自动投入99.95523.92451.3626§2.4配电系统可靠性分析六、全国可靠性指标统计总用户数：768389户架空线路总长度：168041公里电缆线路总长度：65501公里配电变压器总台数：925037台配电变压器总容量：335338MVA平均供电可靠率(RS1)：99.820%用户年平均停电时间（AIHC-1）：15.806小时/户2004年年份统计单位个数RS-1（%）AIHC-1（小时/户）19925799.17772.29199310599.00687.07199416199.29961.41199520399.07581.03199623899.26464.65199725599.71724.79199827599.81016.62199927799.86312.01200028699.8899.767200131099.8978.999200231299.9078.171200331299.86611.724200431699.82015.806序号城市用户数RS-11北京2325999.9812上海3565599.9793济南458099.9754南京1556699.9735石家庄730999.9726合肥582499.9727广州2660499.9618银川282799.9619太原277799.95810乌鲁木齐345899.95411郑州1003199.94112西安1337099.93713天津1950699.93114沈阳879499.92715贵阳465099.921第三章

电力系统规划方法§3.2启发式方法

§3.4新型规划方法§3.3模型求解方法§3.1模型规划法第三章

电力系统规划方法§3.2非线性规划

§3.4多目标规划方法§3.3动态规划§3.1线性规划§3.4新型规划方法§3.1线性规划法线性规划法：目标函数和约束条件均为线性。

其中，a、b、c均为常数s.t.是英文subject（满足于）的缩写。

§3.1线性规划法求解方法：单纯形法

线性规划的特点：

（1）发展较早，其求解方法也较为成熟

（2）计算量较小

（3）较容易找到最优解

（4）实际系统往往并非真正的线性关系，须作一定的假设，从而使规划结果与实际存在偏差

§3.2非线性规划法

非线性规划法：目标函数和（或）约束条件中出现非线性项。求解思路：（1）把非线性问题化为线性问题

（2）直接求解

§3.2非线性规划法

求解方法：微分法、梯度法、牛顿法、拉格朗日乘子法等

非线性规划的特点：

（1）数学模型比较准确，计算精度较高

（2）计算量大，求解规模受到限制

（4）不容易得到最优解

（3）不等式约束处理困难

§3.3动态规划法

动态规划：一种多阶段决策优化过程

。

所谓多阶段决策优化，是指这样一种问题，即可以按照时间或空间过程划分若干个相互联系的阶段，每个阶段都需要作出一定的决策，但是每个阶段最优决策的选择不能只孤立地考虑本阶段所取得的效果如何，必须把整个过程中的各个阶段联系起来考虑，要求所选择的各个阶段决策的集合——策略，能使整个过程的总效果达到最优。

§3.3动态规划法

动态规划：一种多阶段决策优化过程

。

所谓多阶段决策优化，是指这样一种问题，即可以按照时间或空间过程划分若干个相互联系的阶段，每个阶段都需要作出一定的决策，但是每个阶段最优决策的选择不能只孤立地考虑本阶段所取得的效果如何，必须把整个过程中的各个阶段联系起来考虑，要求所选择的各个阶段决策的集合——策略，能使整个过程的总效果达到最优。

§3.3动态规划法

例子：从A点到D点有多条路径，每一路径可以看成一个决策阶段，目标是从A点到D点的路径最短。

枚举法：穷尽所有组合，通过比较得出最优路径，过程如下A—B1—B2—B3—D4+6+1+4=15A—B1—B2—C3—D4+6+3+3=16A—B1—C2—B3—D4+6+2+4=16A—B1—C2—C3—D4+6+4+3=17A—C1—B2—B3—D5+4+1+4=14A—C1—B2—C3—D5+4+3+3=15A—C1—C2—B3—D5+5+2+4=16A—C1—C2—C3—D5+5+4+3=17

贝尔曼最优化原理（前推算法）：

由D点向前，从B3到D和从C3到D的距离分别是4和3，标在B3和C3旁边。再向前推，从从B2到D有两条路线：B2B3D距离为5，B2C3D距离为6，取最短的标在B2旁。同理，从C2到D也有两条路线：C2B3D距离为6，C2C3D距离为7，取最短的6标在C2旁。再向前推，从B1到D最短距离为11，从C1到D最短距离为9，因此从A点出发的最短路线是AC1B2B3D，距离是14。

各阶段最优决策是：

第四阶段：B3D4第三阶段：B2B3D5第二阶段：C1B2B3D9第一阶段：AC1B2B3D14动态规划可处理时间因素较强的问题

§3.4新型规划方法

新型规划方法：

遗传算法（基因算法）

模拟退火算法

TUBO搜索算法

蚁群算法

模糊规划法

。。。。。。第四章

电源规划§4.2电源结构§4.4电源优化规划的模型§4.3电源布局§4.1电源规划概述§4.5电力生产模拟§4.1电源规划概述

电源规划的任务：在何时、何地、建什么样的电厂，并且在经济上达到最优。

电源规划应该考虑的问题：负荷预测、厂址选择、燃料来源、运输条件、水文地质情况、电网情况、生态环境等。电源规划问题相当复杂，一般情况下都要作某种假设或简化，这样，不同的假设或简化情况，就形成了不同的电源规划模型。§4.2电源结构

一、电力系统中的电源

火力发电厂安全问题：采矿和运输中的安全性灾难等。环境问题：酸雨、温室效应、可吸入颗粒物等。效率问题：凝汽式火电厂效率为40%，热电厂为60%~70%。采用高参数、大容量、高效率的设备。开发清洁煤燃烧发电、天然气蒸汽联合循环发电。鼓励热电联产。火力发电存在的问题今后火电建设的重点§4.1电源概述

江苏谏壁发电厂：全国最大的火力发电厂，发电容量1625MW。§4.2电源结构

水力发电厂水力发电的优点是最干净的能源之一。是最廉价的能源之一：无需燃料、无环境污染、生产效率高、发电成本低、运行维护简单。综合水利工程：可同时解决发电、防洪、灌溉、航运、水产养殖等问题。

可作为黑启动电源§4.2电源结构

水力发电存在的问题建设问题：投资大、工期长社会问题：淹没耕地、存在库区移民生态环境问题：破坏人文景观、破坏自然生态平衡等问题。运行问题：发电量受气象、水文、季节水量变化的影响较大，分丰水期和枯水期，出力不稳定，增加电力系统运行的复杂性。

三峡水电站效果图

三峡电站的供电范围

§4.2电源结构核电厂核电迅速发展的原因：核电厂的组成：核反应堆、汽水系统（汽轮机）、电力系统

核电是一种新型的巨大能源。煤、石油等火电燃料储量有限，不可再生。发达国家的水资源已基本殆尽。一些资源贫乏国家“能源危机”，不得不发展核电。

热力系统由单回路构成，有可能使汽轮机等设备受放射性污染由双回路系统构成，两个回路各自独立循环，不会造成设备的放射性污染。

秦山核电站

秦山核电站主控制室

大亚湾核电站§4.2电源结构

其它能源发电太阳能发电风力发电地热发电潮汐发电生物质能发电垃圾发电

新疆达板城风力发电厂

西藏羊八井地热电厂

潮汐发电示意图

江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站，位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。1980年5月第一台机组投产发电。电站装有双向贯流式机组6台，总装机容量3200干瓦，年发电量600万度，可昼夜发电14～15小时

。规模仅次于法国郎斯潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯潮汐电站，居世界第三。§4.2电源结构

二、影响电源结构的因素背景：电源的构成日趋复杂影响因素：

（1）地区能源资源储量及开发条件（2）电力系统负荷增长速度及分布情况（3）各类电源本身的技术经济指标§4.2电源结构

三、各类电源在电力系统中的地位

024基荷腰荷峰荷§4.2电源结构

基荷电源：基荷的特点是负荷保持不变，基荷电源一般由效率高、经济性好的大容量火电机组或核电机组构成，水量充足的水电机组也可作为基荷电源。

腰荷电源：腰荷的特点是负荷有一定的变化，且持续时间较长。承担腰荷的电源，既要具有调节灵活性，又要能长时间的投入运行。根据腰荷的特点，腰荷一般由具有调节能力的水电厂和高效率的火电厂承担。

§4.2电源结构

峰荷电源：峰荷的特点是负荷波动大，且持续时间比较短，因此承担峰荷的电源应具有很强的调节负荷能力，要求机组启停快。可以承担峰荷的电源有抽水蓄能电厂、具有调节能力的水电厂以及燃气轮机组。

024基荷腰荷峰荷（1）（2）（3）（4）（5）（8）（9）（10）（11）（6）（7）（8）（1）抽水蓄能电厂（2）燃气轮机组（3）日调节水电（4）多年调节水电厂（5）不经济火电（6）不完全年调节水电（7）较经济火电（8）经济火电（9）热电厂（10）核电厂（11）径流式水电§4.3电源布局

一、电源布局需要考虑的因素电源布局最重要的内容就是电厂厂址的选择

电源布局应该根据电力系统规划，同时结合地区经济发展情况，自然条件以及动力资源条件等各方面的因素综合进行考虑。通过调查研究，掌握该地区负荷特点及发展情况，地质、地形、地震烈度、水文气象条件、交通条件及除灰条件等，并尽量减少占地面积。要考虑电厂扩建的可能性及电厂出线走廊，注意环境保护及保持生态平衡。§4.3电源布局

二、电厂厂址选择的有关原则及条件

根据各类电厂的工作性质，一般热电厂主要决定于热负荷的位置，凝汽式电厂可以建在负荷中心，也可以建在燃料基地即所谓坑口电厂，水电厂的厂址则主要决定于坝址，可再生能源电源的位置主要取决于自然条件，如风力发电主要取决于风能大小。

以凝汽式电厂为例，厂址选择原则及条件如下：§4.3电源布局

1。节约占地面积以凝汽式电厂为例，厂址选择原则及条件如下：2。燃料来源3。供水条件600MW机组冷却塔补水量为2329—3360吨/小时，其它用水900吨/小时。4。除灰条件5。环境保护§4.3电源布局

三、输煤与输电方案的综合比较

火电厂选址时，除考虑有关原则和条件外，存在着输煤和输电两种方案的比较。主要影响因素如下：

1。煤质的优劣一般来说，煤的发热量低，需要的运输能力大；反之，煤的发热量高，需要的运输能力小。所以，由于选择的煤质不同，则输煤与输电方案的经济性存在明显差异。一般规定：发热量在4000大卡以下的煤，不宜远距离运输。

§4.3电源布局

2。输送距离的远近对于铁路运输一般是距离越远，运输成本越低。一般认为：输送距离在300～500km范围内输电比输煤经济，在此情况下，电厂应设在矿区即坑口电厂；输送距离在1000km以上时，铁路运输要比输电经济，在此情况下，电厂应靠近负荷中心。3。科技发展水平设备制造、超高压与特高压输电、电网的互联、运输的技术水平等，都同不同角度影响输煤与输电经济比较的结果。随着电力系统输电技术的迅速发展，输电方案越来越表现出优越性。

§4.4电源规划优化的模型

一、电源规划优化的概念电源规划的优化指采用了某种优化技术的电源规划，一般包括数学模型的建立和求解两个方面。

二、电源规划优化的数学模型1。电源规划线性模型

在电源规划的线性模型中，目标函数和约束条件均处理为线性函数，且变量为连续。

§4.4电源规划优化的模型

2。电源规划混合整数模型在电源规划混合整数模型中，一部分变量作为整数变量处理，其它变量仍作为连续变量处理，因为电力系统的装机是一台一台安装的，所以装机容量采用整数变量比较符合实际情况。但是，整数变量的引入增加了规划求解的困难。3。电源规划动态模型电源规划实际上是由规划期内一系列电源建设计划构成的，在历程上是由电厂（或机组）一个一个相继有序建设而构成的一个整体方案，也就是说，电源规划是一个多阶段决策问题。§4.5电力生产模拟

一、电力生产模拟的概念

电力生产模拟是为了校验各个电源规划方案在规划期内各年、季度或月的系统运行方式下，系统装机容量是否足够，给出各电厂（或机组）的工作容量和在日负荷曲线上的工作位置，从而确定系统是否还需再增加装机、备用容量和可靠性指标等。在生产模拟中，如果将各量均按确定性数据处理，则称为确定型生产模拟；如果引入某种随机变量，则称为随机生产模拟。

§4.5电力生产模拟

二、确定型生产模拟确定型生产模拟实际上就是电力系统规划设计中的电力电量平衡。电力电量平衡校验是在系统负荷、各电厂装机容量等数据均已给定的条件下，按照一定的原则或优化目标函数将系统各个或各类电站在日负荷曲线上进行安排，以取定各个电厂在日负荷曲线上的位置和工作容量，从而得出各电厂发电量、备用容量、弃水量等有关数据。

§4.5电力生产模拟

三、随机生产模拟

随机生产模拟是十九世纪六十年代末期出现的，在技术经济指标的计算上更合理，其任务是计算电源规划方案的生产费用和技术指标，它是研究电源规划各方案运行状况的主要手段。随机生产模拟主要有两种方法：卷积法和解析法。卷积法精度高，但计算量大，解析法计算效率高，但误差难以控制。

第五章电网规划

§5.1电网规划概述§5.2电压等级与输电方式选择§5.3电网规划的启发式方法§5.4电网规划的优化方法§5.6城市电网规划编制介绍§5.5配电网规划§5.1电网规划概述

一、电网规划的任务

电网规划就是要解决电力系统在什么地方、什么时候投建新的输电线路，准备投建何种类型的输电线路，新建线路采用的电压等级，以及采用何种架线方式和电网结构等，并且，在保证可靠性的前提下，使电网建设投资费用最小。对于远距离输电，还存在输电方式的选择，即采用交流输电还是直流输电。

负荷预测

变电站选址与定容

网架优化

技术经济分析

电力预测电量预测空间分布预测站点布局主变选择电压等级电力平衡数学建模可靠性计算电气计算投资分析效益分析模型求解方案检验电网规划基础电网规划核心新技术应用§5.1电网规划概述

二、电网规划的分类按规划期的长短分：长期规划、中期规划、短期规划。

长期规划：10—20年或更长

中期规划：5—10年规划内容：根据本地区国民经济发展要求，确定电网发展的远景方案，包括可能的最高电压等级、主要变电站个数等。

规划内容：是根据电网长期规划方案和电网实际发展现状，对电网长期规划方案进行必要的修改和补充，并做出指导短期规划的方案，使电网短期决策同长期规划相一致。

§5.1电网规划概述

短期规划：3—5年规划内容：制定网络扩展决策，确定详细的网络方案，包括新增变电站的位置和电压等级，新增线路的数目、电压等级、导线型号等，并对网络方案进行诸如潮流、短路电流、电压调整、静态安全等计算或分析。按电网类型分：输电网规划、配电网规划。

§5.1电网规划概述

三、电网规划面临的问题多阶段性：动态规划

多目标性：经济、可靠性、环境、资源利用率

不确定性：负荷不确定、国家政策不确定等

§5.2电压等级与输电方式选择一、电压等级选择

1。电压等级选择的基本原则

（1）电压等级要与国家的电压标准相一致（2）一个电网电压等级应尽量少（3）电压等级选择要从电力系统或地区整体出发

（4）考虑与其它系统的联网10kV、35kV、110kV、220kV、500kV、750kV、1000kV

§5.2电压等级与输电方式选择2。电压等级选择的影响因素（1）输送功率

线路输送功率极限：

热稳定极限、静态稳定极限热稳定极限：由发热决定的线路传输功率极限静态稳定极限：由系统静稳定决定的传输功率极限输送容量输送距离输送容量电压等级电压等级一定输送距离一定静稳极限热稳极限§5.2电压等级与输电方式选择（2）线路损失

提高电压等级可以减少电能损失，减少电网的运行费用。但电压等级升高将使得电网电气设备的价格相应增加，因此需要进行详细的技术经济比较。

线路损耗电压等级损耗费用设备费用总费用§5.2电压等级与输电方式选择（3）输电距离

输送容量输送距离静稳极限热稳极限当输电距离较大时，线路输送能力受电力系统静态稳定的限制，其输送能力与输送距离成反比。如果输电距离远，且希望线路输送容量大一些，则比较好的办法就是提高电压等级。

§5.2电压等级与输电方式选择电压等级（kV）输送容量（MW）输送距离（km）100.2-2.06-20352.0-100-50.050-150220100-500100-300330200-100200-600500500-2000150-850§5.2电压等级与输电方式选择二、输电方式选择

随着电力系统规模的日益增大，输送容量和输送距离也日益增大，系统的运行控制也越来越复杂，特别在交流输电系统中，系统稳定问题成为一个急待解决的问题。为了提高系统稳定性水平，采取了许多提高稳定性的措施，但由于交流输电本身的特点，任何措施都不能彻底解决稳定问题。为此，提出了采用直流输电的方式以期彻底解决系统稳定问题。§5.2电压等级与输电方式选择与交流输电相比，直流输电有很多优点，如不存在稳定性问题，线路上的功率损耗和电压损耗小、潮流控制能力