电力系统可靠性研究浅析

电力系统可靠性研究浅析

张玉海

（山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013）

摘要：本文阐述了现有研究中关于电力系统可靠性的概念，分析了系统可靠性与安全性和稳定性之间的关系，回顾了目前电力系统可靠性方面的相关研究，力争从整体上把握涉及系统可靠性的运行决策问题。

关键词：电力系统可靠性；定期检修；状态检修

可靠性是指元件或者系统在规定条件和规定时间内完成规定功能的能力。电力系统可靠性是指系统在长的运行时间内正常工作的概率，即在这段时间内系统不中断地为用户提供足够电力供应的能力。系统可靠性水平常通过系统平均停电频率，平均停电持续时间等指标进行描述。

1可靠性与安全性和稳定性之间的关系

可靠性系统是一段时间内的平均性能，它包括概率充分性和概率稳定性两方面[1]：

概率充分性是指静态可靠性，即在静态条件下系统为用户不间断提供电力和电量的能力；概率稳定性也称动态可靠性，就是动态条件下电力系统能够承受突然发生的扰动并且不间断地为用户提供电力和电量的能力。

为了保证系统的可靠性，系统大部分时间应该是安全的，安全性是可靠性的微分。

系统的安全分析包括静态安全分析和动态安全分析，动态安全分析要求系统在向新的运行状态过渡的过程中不发生任何失稳现象，由此，安全性分析包括系统的稳定性分析，为了保证安全性，系统必须是稳定的。

综上所述，稳定性分析是安全性分析的一个组成部分，也进而是可靠性分析的一部分。

2系统可靠性相关研究

系统可靠性问题的研究，从文[2]中可以清晰的领略这一研究与实践的进展，该书深入研究了涉及系统可靠性分析的电网规划与运行决策等问题。

提高系统可靠性的手段有两种，一种是通过新建或扩建输电走廊提高电网的充裕度，另一种则是提高设备可靠性水平。前者是解决该问题最为直接的方法，但其成本较高，限制了该方法使用，后者成为解决该问题的最有效的方法。从系统长期运行的角度看，检修作为提高设备可靠性的重要手段，频繁的检修会使设备停运时间增加，降低电网运行的经济效益，检修间隔过大又会导致系统故障风险增加，可靠性较低，合理安排设备检修对于延长设备使用寿命，减少故障损失，保证电网的安全性、可靠性和经济性运行起着重要的作用。

随着技术的发展，设备检修观念的演变经历了三个阶段：

第一阶段是事后检修。早期，由于缺乏设备运行监测手段，对设备运行规律认识还不深入，设备一般实行事后检修，这种维修方式需要付出很大的代价，并且严重威胁人身安全，在系统运行中并不可取。

第二阶段是定期检修。围绕定期检修的研究主要集中如何确定设备的定期检修间隔，基于设备役龄的更换和周期性检修优化是主要的定期检修模型，前者在规定周期内，当设备运行时间大于该周期则更换新的设备，而当设备在周期内故障时，在一定的目标下，选择小修或不完全维修，修复设备功能；后者在一定的周期内，以设备检修间隔为决策量，寻求在特定目标下的最优检修决策。然而，由于系统中各设备存在关联性，仅以设备个体为对象进行优化决策，影响检修效能，出现了成组检修决策。定期检修以某一类设备整体运行规律为依据，缺乏对设备个体性能变化趋势的考虑，不可避免出现过检修而造成检修费用增大，或检修不足导致可靠性降低的现象。

第三阶段是状态检修，它以设备状态监测及预测为基础，与定期检修相比，都强调在设备发生故障前进行检修，只是在把握设备的检修时机上状态检修更具准确性。状态检修背景下，按研究对象不同，设备检修决策可分为两类：一是针对设备个体检修时机的研究；二是以系统可靠性为中心的检修策略研究。

第一类研究在设备状态监测及预测基础上，就设备个体展开，它强调通过对设备进行连续或间断(周期或非周期)的监测,如果发现设备劣化水平或劣化状态达到某一门槛值,则进行检修。对连续监测的设备，文[3]以设备平均运行成本最小为目标建立模型，对设备状态检修门槛值进行优化求解；文[4]对设备状态与检修时机之间的关系进行研究，以设备可用度为目标，通过遗传算法求解设备最优的检修门槛值；

第一类研究从设备自身出发，追求其运行的可靠性和经济性，然而，设备间、设备与系统运行间往往存在关联性，单纯按照设备个体门槛值进行检修，不免会影响系统整体的运行性能，因此，需要从系统整体进行设备检修决策。第二类研究符合以系统可靠性为中心的决策理念，它计及设备间关联，就设备个体检修时机的差异进行协调，根据设备劣化过程建模形式不同，可以进一步细分如下两类：

（1）设备的劣化过程是连续的。通常以系统内各设备为研究对象，各设备的状态通过定期监测数据进行评价，构建以系统一定周期内经济性最优为目标，以设备检修时机为决策量的检修优化模型，并基于混合整数规划法求解。

（2）将设备劣化过程离散化，采用马尔科夫或者半马尔科夫过程建模。采用马尔科夫过程描述设备劣化过程，以变电站或复杂电网为研究对象，综合考虑检修的经济性，变电站运行的可靠性，设备检修的关联性以及电网传输能力等建立多目标的检修决策优化模型，以遗传算法、MonteCarlo等方法模拟求解，也可利用动态规划法对设备的状态检修间隔和检修策略优化求解。

3结束语

本文就电力系统运行决策中的可靠性问题展开论述，对现有研究中涉及系统可靠性问题的研究进行分类与总结，为系统可靠性的进一步研究提供了坚实的理论基础。

参考文献

[1]丁明，李生虎，吴红斌.电力系统概率充分性和概率稳定性的综合评估[J].中国电机工程学报，2003,23（3）：20-25.

[2]李文沅．电力系统风险评估：模型、方法和应用[M]．周家启，卢继平，胡小正，颜伟，谢开贵，译．北京，科学出版社，2006：66-69．

[3]ChristerA,WangW,SharpJ.Astateconditionmonitoringmodelforfurnaceerosionpredictionandreplacement[J].EuropeanJournalofOperationalResearch,1997;101:1-14.

[4]LiaoH,ElsayedEA,ChanLY.Maintenanceofcontinuouslymonitoreddegradingsystems[J].EuropeanJournalofOperationalResearch,2006,175(2):821~835.