淺析電網規劃中的模糊可靠性評估方法

李燕杰

【摘 要】 在電網運行過程中，各種電氣設備由于工作環境、老化磨損程度的不同，其出現故障的原因、時間以及周期都難以定性計量，具有較強的隨機性和不確定性。因此，一直以來在電網規劃中，都是利用概率統計方法對電網中各用電設備的性能變化進行分析和評估。但是由于電氣設備本身運行狀況的不規律，以及計算過程中不可避免的誤差影響，都使得電網負荷水平及其故障率的計算結果模糊不清，因此，必須采用一種模糊可靠性評估方法，來處理電網規劃中的不確定性問題。

【關鍵詞】 電網規劃 隨機性 模糊可靠性 評估方法

1 模糊可靠性評估方法概述

電網系統中，由于所要實現功能的不同，需要使用到多種類型的電氣設備，這些電氣設備的材質、質量以及使用壽命各不相同。同時，各種電氣設備的工作環境、壓力負荷以及老化磨損程度也存在較大差異。基于上述兩種原因，各個電氣設備在使用過程中出現故障的時間和概率具有較強的隨機性與不確定性，這也是在電網系統中運用概率統計方法的根本前提。

同樣的，由于各個用電設備存在諸多方面的差異，因此其運行數據的標準化程度較低，很難保證測量數據的唯一性和精確性，即便是通過采集多組數據求平均值的方法，也很難確保設備故障率和修復率的計算結果足夠精確。除了電網設備本身的影響外，整個電網系統承受電力負荷壓力的大小也與設備的故障發生概率具有緊密聯系，通常情況下，電網負荷壓力過大或壓力不足，都會導致設備運行數據失準，與設備的額定功率相差較大。在這種情況下計算得出的最終結果具有較大的波動范圍，而以此數據分析得來的電網可靠性指標也必然具有模糊性，這就為采用模糊可靠性評估方法提供了基礎。

2 模糊可靠性指標的計算

電網規劃能夠提前分析電網建設和后期使用過程中可能發生或潛在的風險隱患，以便于電網設計人員能夠制定相應的處理措施。將模糊可靠性評估方法應用于電網設計的長期規劃中，幫助解決一些隨機性和不確定性問題，為確保整個電網運行安全提供了技術支持。對可靠性分析計算中所遇到的模糊性參數，以模糊集合論中具有較寬適應性的梯形模糊數（Trapezoid Fuzzy Number，TrFN）予以描述和處理。以設備故障率為例，通過對統計資料的分析可能會得出這樣的結果：其值不會小于K1或大于K4，而最有可能在K2與K3之間，故障率的這種模糊不確定性可用梯形模糊數K=（K1，K2），其隸屬函數為模糊數中心值為LK（x）=1.0截集的平均值（K2+K3）/2。模糊故障率的可能性分布可用其隸屬函數描述。對其他的模糊性參數也用類似方法予以處理。

通過將電網中各用電設備可能出現或潛在的問題，利用模糊可靠性評估方法評估后，其中一些不確定性因素就可以轉變成各種模糊數之間的運算，從而極大的提高了最終結果的精確度，降低了因誤差過大給整個電網規劃所帶來的損失。其中，用來計算電網中用電設備質量問題的集中可靠性指標主要包含以下幾類：

2.1 缺電模糊概率

在某個特定的運行周期內，在保證整個電網用電負荷不變的情況下，由于發電機、變壓器以及連接線路出現故障，而導致整個電網出現負荷停電的模糊概率，即為缺電模糊概率（FLOLP）。

2.2 缺電模糊期望值

在電網運行的整個周期內，由于電網所受電力負荷變化影響，或是其他外界環境因素的影響，而導致電網中發電機、變壓器以及連接導線出現質量問題，并計算最終引起整個電網負荷停電的模糊時間，求時間平均值，即為缺電模糊期望值（FLOLE）。

2.3 缺電模糊頻率

根據計算選取時間的不同，缺電模糊頻率又可分為部分缺電模糊頻率和全部模糊頻率。其中，部分模糊頻率是以電網運行中的某一時間段為分母，統計在這一時間段內所有因變壓器、發電機以及連接線路質量問題而引發的負荷停電的模糊時間，將其作為分子，將兩者相除結果即為部分缺電模糊頻率；全部模糊頻率則是以整個電網運行時間做分母，以該時間區間內發電機、變壓器以及連接導線的質量問題引發負荷停電模糊時間為分子，并計算兩者相除結果。

3 算例及MonteCar1o 模擬

應用本文提出的模糊可靠性求解方法，對IEEE-24節點可靠性測試系統RTS在支路1-2與支路3-24同時故障停運狀態下，進行系統的可靠性指標計算，并利用MonteCarlo模擬法進行模擬驗證。將梯形模糊數表示的各模糊性參數用6個α-截集離散化α={0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，每個α截集對應1次MonteCarlo模擬；對每個截集隨機抽樣取值，批量為10000次/截集，每次調用常規（即不考慮參數模糊性）的可靠性計算程序算出相應的可靠性指標確定值。

通過最終的計算結果對比分析，可以看出：隨著實驗樣本數量的不斷增加，樣本計算結果的平均值誤差范圍也會越來越小，并最終區域平穩，當實驗樣本數量達到1000時，其誤差范圍保持在0.01-0.03區間內，這與解析法計算求得的標準值極為接近。結合極限計算理論，當實驗樣本數量足夠多時，采用模糊可靠性評估法計算得出的缺電模糊期望值等于解析法求得的缺電模糊期望值。由此可以得出結論，模糊可靠性評估方法能夠很好的適用于電網規劃。

4 結語

通過具體的實踐表明，模糊可靠性評估方法能夠滿足電網規劃對于不確定性設備故障和質量問題造成的影響，進而能夠幫助相關電網規劃人員提前制定應對措施，保證整個電網的運行安全。模糊可靠性算法計算得出的最終結果，其可靠性指標大致分布在標準范圍內。隨著電網負荷信息的不斷豐富，可靠性指標的分布范圍也出逐漸縮小，從而使其不斷趨向于標準值。通過綜合對比集中電網規劃的評估方法，模糊可靠性評估法計算時間相對較短，具有較高的實際應用價值。

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