电力系统规划与可靠性：8 发输电组合系统的可靠性评估

1电力系统可靠性

发输电组合系统可靠性评估

2状态解析方法(计算步骤)

状态解析法(算例1)

状态解析法(算例2)

3状态解析法的基本思路：通过以下四个主要步骤的迭代过程实现发输电组合系统可靠性评估：枚举产生一个系统状态；分析系统状态，判断其是否是失效状态；若是失效状态，确定系统中个负荷点失负荷量等信息；计算失效状态的可靠性指标；修改或更新累计指标。状态解析法的物理概念清楚，模型的精度高，但存在“维数灾”问题！发输电组合系统可靠性评估(状态解析法计算步骤)4大电力系统

bulkpowersystem发输电组合系统

compositegenerationandtransmissionsystem

统一调度的公用电力系统的一个组成部分，包括电源、输电线路、联络线、以及它们的相关设施。注：运行电压一般为220kV及其以上的系统。发输电组合系统可靠性评估(状态解析法计算步骤)BUS1BUS2BUS3BUS4BUS5BUS62×40MW1×20MW1×10MW1×40MW4×20MW2×5MWG1

G2

G3

G4L1L6L2L7L3L4L5L8L9RBTS系统单线图5

某系统状态的概率计算：某系统状态的频率计算：某类系统状态的总概率(求和)某类系统状态的总频率(求和)某系统状态的失电量计算：

概率×失负荷量某类系统状态的总失电量(求和)发输电组合系统可靠性评估(状态解析法计算步骤-指标计算)6发输电组合系统可靠性评估(算例1)系统中有5个元件，即发电机G1和G2、变压器T1和T2、线路L1，系统负荷为90MW。元件可靠性参数：元件故障率（次/年）修复时间（小时/次）容量（MW）发电机G12.050.0100发电机G22.050.050变压器T10.05120120变压器T20.05120120线路L10.8161507发输电组合系统可靠性评估(算例1)事件事件发生频率事件发生概率累积概率失负荷量(MW)失电量(MWh)所有元件均正常工作4.776480470.974791930.974791930.00.0一阶事件G1故障1.981854370.011127760.9859196940.03899.16772676G2故障1.981854370.011127760.997047460.00.0T1故障0.051977780.000667670.9977151240.0233.95006361T2故障0.051977780.000667670.998382790.00.0L1故障0.785673390.001424350.9998071440.0499.09346903二阶事件G1、G2故障0.044625370.000127030.9999341790.0100.14985600G1、T1故障0.001913440.000007620.9999417940.02.67066283G1、T2故障0.001913440.000007620.9999494190.06.00899136G1、L1故障0.011785060.000016260.9999656740.05.69741403G2、T1故障0.001913440.000007620.9999732990.06.00899136G2、T2故障0.001913440.000007620.999980920.00.0G2、L1故障0.011785060.000016260.9999971890.012.81918157T1、T2故障0.000068960.000000460.9999976390.00.36053948T1、L1故障0.000609300.000000980.9999986140.00.34184484T2、L1故障0.000609300.000000980.9999995890.00.76915089三阶事件G1、G2、T1故障0.000036910.000000090.9999996790.00.06859579G1、G2、T2故障0.000036910.000000090.9999997690.00.06859579G1、G2、L1故障0.000166680.000000190.9999999490.00.14633769G1、T1、T2故障0.000001690.000000010.9999999590.00.00411575各系统状态(事件)的分析8发输电组合系统可靠性评估(算例1)各系统状态(事件)的分析事件发生频率发生概率累积概率失负荷量(MW)失电量(MWh)三阶事件G1、T1、L1故障0.000008880.000000010.9999999640.00.00390234G1、T2、L1故障0.000008880.000000010.9999999790.00.00878026G2、T1、T2故障0.000001690.000000010.9999999890.00.00411575G2、T1、L1故障0.000008880.000000010.9999999990.00.00878026G2、T2、L1故障0.000008880.000000011.090.00.00878026T1、T2、L1故障0.000000470.01.090.00.00052682四阶事件G1、G2、T1、T2故障0.000000030.01.090.00.00004698G1、G2、T1、L1故障0.000000120.01.090.00.00010023G1、G2、T2、L1故障0.000000120.01.090.00.00010023G1、T1、T2、L1故障0.000000010.01.090.00.00000601G2、T1、T2、L1故障0.000000010.01.090.00.00000601五阶事件G1、G2、T1、T2、L1故障0.00.01.090.00.00000007系统可靠性指标为：LOLP=0.013405；LOLF=2.896923次/年；EENS=4767.36MWh/年。9

设输电线路L1和L2的容许传输能力分别为300MW和500MW。设每台发电机和每回线路的故障率﹑修复率分别相等：λG=2次/年、μG=36.5次/年；λL=2次/年、μL=365次/年。试评估该系统的可靠性(为简化，只讨论二阶事件)，并讨论改进措施及其效果。发输电组合系统可靠性评估(算例2)10元件名称元件容量（MW）故障率（次/年）修复率（次/年）可用率不可用率发电机G1200236.50.948050.05195发电机G2200236.50.948050.05195发电机G3200236.50.948050.05195线路L130013650.997270.00273线路L250013650.997270.00273元件的可用率和不可用率如下表由该表可以得到全部元件都正常工作的概率为：

P(全部元件都正常工作)=0.948053×0.997272=0.8475。当全部元件都正常工作时，系统工作正常。

发输电组合系统可靠性评估(算例2)11发输电组合系统可靠性评估(算例2)事件编号故障元件故障概率故障频率(次/年)负荷削减(MW)失去电量(MWh)1G1---------------------------------02G1,G20.0025450.1959382004458.2273G1,G30.0025450.1959382004458.2274G1,L1------------------------05G1,L20.0001270.051675400445.43726G2--------------------------------07G2,G30.0025450.1959382004458.2278G2,L10.0001270.051675200222.7239G2,L20.0001270.051675200222.72310G3---------------------------------011G3,L10.0001270.051675200222.72312G3,L20.0001270.051675200222.72313L1---------------------------------014L1,L20.0000060.00467440022.250415L20.0023200.8630032004064.465总计--0.0105961.713866--18797.72LOLP=0.010596;LOLE=0.01059*8760=92.7684(小时);LOLF=1.713866次/年；EENS=18797.72(MW.h)各系统状态(事件)的分析12采取增强型措施后的系统增强性措施：线路L1的容量500；增装线路L3。假定线路L3的故障率和修复率与线路L1,L2的一样发输电组合系统可靠性评估(算例2)13发输电组合系统可靠性评估(算例2)事件编号故障元件故障概率故障频率(次/年)负荷削减(MW)失电量(MWh)1G1------------------------------------02G1,G20.0025380.1979412004446.053G1,G30.0025380.1979412004446.054G1,L1------------------------------------05G1,L2------------------------------------06G1,L3------------------------------------07G2------------------------------------08G2,G30.0025380.1979412004446.059G2,L1------------------------------------010G2,L2------------------------------------011G2,L3------------------------------------012G3------------------------------------013G3,L1------------------------------------014G3,L2------------------------------------015G3,L3------------------------------------016L1------------------------------------017L1,L20.0000060.00466840022.1890818L1,L3------------------------------------019L2------------------------------------020L2,L30.0000060.00466820011.0989221L3------------------------------------0总计------------0.0076260.603159------------13371.44采取增强性措施后系统可靠性评估。14发输电组合系统可靠性评估(算例2)改善前：LOLP=0.010596;LOLE=92.7684(小时/年);LOLF=1.713866(次/年);EENS=18797.72(MWh/年)改善后：LOLP=0.007626;LOLE=66.804(小时/年);LOLF=0.603159(次/年);EENS=13371.44(MWh/年)

实际系统中采用增强性措施的依据：设备性措施对应的投资费用、运行维修费用；线损改变费用；停电损失费用依据上述三项的总和进行综合判断（注：需采用同样时刻点的费用进行计算，比如：等年值）。15电力系统可靠性

配电网可靠性评估

胡博

Email:lake8361@16配电网可靠性评估(主要内容)开关设备的作用可靠性评估指标配电网可靠性评估的FMEA法17配电网可靠性评估(开关设备的作用)18

1、断路器：正常运行时接通和断开高压电路中的空载及负荷电流；在系统发生故障时，能与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止扩大事故范围。

配电网可靠性评估(开关设备的作用)SF6断路器真空断路器19

2、隔离开关：在没有负荷电流的情况下分、合电路，使检修的设备与电源有明显的断开点，以保证检修人员的安全，隔离开关没有专门的灭弧装置不能切断负荷电流和短路电流。其必须在断路器断开电路的情况下才可以操作隔离开关。

配电网可靠性评估(开关设备的作用)20

3、负荷开关：是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器，具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。配电网可靠性评估(开关设备的作用)SF6负荷开关真空负荷开关21熔断器：根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护。

断路器可以切负荷电流和短路电流；负荷开关只能切断负荷电流；隔离开关则不能切断负荷电流，更不能切断短路电流。配电网可靠性评估(开关设备的作用)22——负荷点停电频率(停运率)——负荷点停电时间期望——负荷点失电量期望配电网可靠性评估(配电网可靠性评估指标—负荷点)231、平均供电可用率指标ASAI(Averageserviceavailabilityindex)（平均供电不可用率ASUI）

在给定时间区间内用户用电需求得到满足的时间百分比。配电网可靠性评估(配电网可靠性评估指标—出线、系统)Ui为负荷点i的平均每年停电时间，h/a;Ni为负荷点i的用户数；λi为负荷点i的用户停运率；242、系统平均停电频率指标SAIFI(Systemaverageinterruptionfrequencyindex)

供电用户在给定时间区间内的平均停电次数。配电网可靠性评估(配电网可靠性评估指标—出线、系统)Ui为负荷点i的平均每年停电时间，h/a;

Ni为负荷点i的用户数；λi为负荷点i的用户停运率。253、（用户）平均停电缺供电量AENS(Averageenergynotsupplied)

在给定时间区间内，平均每一户用户因停电缺供的电量。

配电网可靠性评估(配电网可靠性评估指标—出线、系统)Ui为负荷点i的平均每年停电时间，h/a;

Ni为负荷点i的用户数；λi为负荷点i的用户停运率。264、系统平均停电持续时间指标SAIDI（Systemaverageinterruptiondurationindex）配电网可靠性评估(配电网可靠性评估指标—出线、系统)Ui为负荷点i的平均每年停电时间，h/a;

Ni为负荷点i的用户数；λi为负荷点i的用户停运率。275、用户平均停电持续时间CAIDI（Customeraverageinterruptiondurationindex）配电网可靠性评估(配电网可靠性评估指标—出线、系统)Ui为负荷点i的平均每年停电时间，h/a;

Ni为负荷点i的用户数；λi为负荷点i的用户停运率。求解指标的关键：求解负荷点停运率、停运时间28某系统馈线和系统可靠性指标出线名称SAIFISAIDICAIDIASAIASUIENSAENS(次/户年)(时/户年)(时/户年)(%)(%)(kWh/年)(kWh/年)F11.264111.0288.72499.87410.125921332.30333.32F21.27839.3177.28899.89360.106420209.35673.64F33.016217.9695.95799.79490.205119913.90252.07F40.29017.13824.60299.91850.08155729.95318.33F50.53684.7418.83299.94590.05418305.77244.29…

系统1.678711.8977.08799.86420.135876133.98335.39

配电网可靠性评估(配电网可靠性评估指标—举例)29配电网可靠性评估(配电网可靠性评估方法)故障模式后果分析法（Failuremodeandeffectanalysis，FMEA）选择合适的故障判断准则，根据该准则逐一对所有可能失效事件进行分析，并确定其对负荷点的影响，列出故障模式后果分析表，根据该表计算负荷点及系统的可靠性指标。

30acb2km3km3km1km2km1kmQS1QS2元件故障率（次/km·年）平均修复时间（小时/次）隔离开关操时间（h）负荷点供电的用户数（户）连接负荷（kW）供电干线0.13.0分支线0.251.0QS1、QS20.5负荷点a2501000负荷点b100400负荷点c50100配电网可靠性评估(FMEA法—算例1无备用电源)对于有备用电源的情况，隔离/切换时间1个小时31

元件负荷点A负荷点B负荷点Cλ(次/年)r(h)λr(h/年)λ(次/年)r(h)λr(h/年)λ(次/年)r(h)λr(h/年)供电干线2km段0.23.00.60.23.00.60.23.00.63km段0.30.50.150.33.00.90.33.00.91km段0.10.50.050.10.50.050.13.00.3分支线3km段0.751.00.75

2km段

0.51.00.5

1km段

0.251.00.25总计1.351.151.551.11.862.050.852.412.05acb0.20.750.30.10.50.25QS1QS2配电网可靠性评估(FMEA法—算例1无备用电源)32

（1）计算各负荷点的可靠性指标，见前表。

（2）计算与用户有关的系统可靠性指标

总的停电次户数（ACI）=250×1.35+100×1.1+50×0.85=490（次/年）

总的停电时户数（CID）=250×1.55+100×2.05+50×2.05=695（时户）－－－时户数