大電力系統可靠性評估的靈敏度分析

董晉明

摘 要：近年來，我國電力企業發展迅速，且為推動國民經濟的增長作出了較大貢獻。大電力系統是滿足人們日益增長的電力需求的重要保障，其日常運行的效率和安全直接影響了電力企業的供電情況。作為反映系統安全性與可靠性的關鍵性指標，大電力系統的可靠性指標對于大電力系統的運行效率和運行安全具有重要影響。為了進一步提高大電力系統的可靠性，該文通過對大電力系統可靠性指標的計算公式進行分析，進而以大電力系統可靠性的靈敏度作為主要研究內容，分別探究了可靠性指標LOLP、LOLF和EDNS對系統元件可靠性參數的靈敏度。

關鍵詞：大電力系統 可靠性 靈敏度

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0045-02

電力系統運行安全性與可靠性現已成為了各個電力企業共同關注的重要問題，而電力企業投資的經濟性和可靠性的綜合指標也成為了確保其投資費用和用戶停電損失最大限度降低的關鍵。對于大電力系統而言，其可靠性的靈敏度分析不僅能夠幫助企業工作人員找到系統的薄弱環節，而且能夠有效提高系統的可靠性和安全性，從而滿足人們用電需求。基于此，該文則著重對大電力系統可靠性評估的靈敏度展開了深入研究。

1 大電力系統可靠性指標計算公式

對大電力系統進行分析可知，其可靠性指標的計算公式均可以以公式（1）進行表示。

E（F）=F（x）P（x） （1）

公式（1）中，x表示大電力系統狀態（假定系統由m個元件構成），Sk表示第k個系統元件的狀態，為一隨機變量，而x為一隨機矢量。X表示系統的狀態空間；F（x）即以系統狀態x作為自變量的可靠性指標的測試函數，而P（x）則為大電力系統的狀態為x時的概率，其實質為x的概率分布函數[1]。給出大電力系統的3種基本可靠性指標LOLO，失負荷概率，即系統原件容量不足所導致的系統失負荷的概率；LOLF，失負荷頻率，即大電力系統的年均停電次數；EDNS，電力不足期望，即大電力系統的年均缺少電力。

2 大電力系統可靠性靈敏度研究

設元件k的故障發生概率、正常工作概率以及故障率和修復率分別為uk、ak、lk和mk，對LOLO、LOLF和EDNS的可靠性靈敏度分析如下。

2.1 失負荷概率對元件可靠性參數靈敏度

LOLP反映了系統元件可靠性參數所發生的細微變化對整個大電力系統失效概率的影響程度和發展趨勢。若LOLP對某一設備元件可靠性參數的靈敏度處于較高水平，則對此參數進行改善有利于降低系統的失負荷概率，從而促使大電力系統的供電可靠性得以顯著提升[3]。LOLP對系統中元件k可靠性參數的靈敏度分別表示為如下公式。

=-=If（x）Ak（x）P（x）

=If（x）Bk（x）P（x）

=If（x）Ck（x）P（x）

2.2 失負荷頻率對元件可靠性參數靈敏度

LOLF，即失負荷頻率，表示系統元件可靠性參數發生的細微變化對大電力系統年均失效次數所產生的影響程度和發展趨勢，當LOLF對系統中某一設備元件可靠性參數的靈敏度處于較高水平時，則對其進行改善和修正能夠有效減少大電力系統的年均停電次數。LOLF對大電力系統元件k可靠性參數的靈敏度表示以下公式。

=-=[If（x）Dk（x）P（x）+Ak（x）Ff（x）P（x）]

[-SkIf（x）P（x）+Bk（x）Ff（x）P（x）]

=[If（x）（1-Sk）P（x）+Ck（x）Ff（x）P（x）]

2.3 電力不足期望對元件可靠性參數靈敏度

EDNS，即電力不足期望，此靈敏度主要反映系統元件可靠性參數所發生的細微變化對大電力系統年均負荷消減量的影響程度。當EDNS對系統中某一設備元件可靠性參數的靈敏度較大時，對其進行改進和完善，能夠有效降低電力不足期望。EDNS對系統設備元件可靠性參數的靈敏度可表示為如下形式。

=-=Ak（x）If（x）LC（x）P（x）

=Bk（x）If（x）LC（x）P（x）

=Ck（x）If（x）LC（x）P（x）

在上述各式中，Ak（x）、Bk（x）、Ck（x）和Dk（x）的表達式為分別為：Ak（x）=（ak-Sk）/ukak；Bk（x）（ak-Sk）/lk；Ck（x）=（Sk-ak）/mk；Dk（x）=-Skmk/ak2。

2.4 實例分析

利用MATLAB軟件對大電力系統可靠性評估與靈敏度分析程序予以編寫，并對IEEE-RTS79系統進行計算分析，進而分別給出LOLP、LOLF和EDNS對系統元件可靠性參數的靈敏度指標。并分別在LOLP、LOLF和EDNS分析過程中，按照各元件對系統失負荷概率、失負荷頻率和電力不足期望值影響的大小予以排列，通過給出12個元件的靈敏度指標并進行分析，進而發現對IEEE-RST-79LOLP影響最大的元件為發電機#18G1和發電機#21G1，原因是其不僅是系統中單機容量最大的發電機，而且也是整個79系統中無效度（uk）最高的機組，故降低其LOLP、LOLF和EDNS的發生率有利于提高系統可靠性。

3 結語

該文通過對大電力系統的可靠性指標計算公式進行分析，分別從失負荷概率、失負荷頻率以及電力不足期望等方面對系統元件可靠性參數的靈敏度做出了計算和分析，并以IEEE-RST79系統為例，借助MATLAb數學軟件對其LOLP、LOLF和EDNS對系統可靠性的評估的靈敏度進行排序，并得到發電機#18G1和發電機#21G1是對IEEE-RST79系統具有最大影響的元件的結論，因此，對二者的失負荷概率、失負荷頻率以及電力不足期望予以降低，能夠有效提高IEEE-RST-79系統的可靠性。

參考文獻

[1] 楊媛，吳俊勇，張小瑜.外部電力系統對高速鐵路供電的RAMS評估及其靈敏度分析[J].電力系統自動化，2011，20（12）：98-102.

[2] 周家啟，陳煒駿，謝開貴，等.高壓直流輸電系統可靠性靈敏度分析模型[J].電網技術，2011，10（23）：18-23.

[3] 丁明，羅初田.電力系統可靠性指標的靈敏度分析[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2011，3（5）：72-81.