對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性最優(yōu)控制的分析

于海平 徐瑋

摘 要：隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，中國電力工業(yè)取得了巨大的進(jìn)步及電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大。與此同時(shí)，中國的電力系統(tǒng)也往互聯(lián)網(wǎng)靠攏。在一方面，它符合中國的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要;在另一方面，一系列的問題就出現(xiàn)了，其中電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性是最突出的問題之一。電力系統(tǒng)的可靠性直接影響到穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，嚴(yán)重影響著人們的日常生活和生產(chǎn)。 因此，電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的優(yōu)化控制已成為重要的研究課題之一。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);運(yùn)行可靠性;最優(yōu)控制分析

中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）02-0152-02

1 電力系統(tǒng)可靠性分析

所謂的電力系統(tǒng)可靠性，主要是指電力在預(yù)定的基礎(chǔ)上，各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)都能夠正常運(yùn)行，可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)主要看可靠度，可靠度越高說明電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能越小，且維修所用的費(fèi)用也相對(duì)較低，系統(tǒng)的可用時(shí)間較長。相對(duì)于電力系統(tǒng)可靠性來說，能從兩個(gè)方面進(jìn)行分析其豐富性和安全性：

1.1 豐富性

電力系統(tǒng)的充分性也被稱為電力系統(tǒng)的靜態(tài)可靠性。它是一種基于維護(hù)用戶的供電要求，系統(tǒng)的規(guī)劃或計(jì)劃外中斷的合理預(yù)期。這個(gè)概念能滿足用戶對(duì)電能的確定性指標(biāo)要求。

1.2 安全性

安全性是對(duì)電力系統(tǒng)所承受的一種干擾，其中干擾因素主要有電力系統(tǒng)的短路以及意外的損壞等等。該性能也被稱為動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠性。因此，電力系統(tǒng)的安全性在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中起到了巨大的作用，幾乎決定著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行。進(jìn)行電力系統(tǒng)確定性質(zhì)保的計(jì)算和估測(cè)時(shí)，通常采用安全性來進(jìn)行表示。其中需嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。

1.3 其他安全指標(biāo)

電力系統(tǒng)的充裕性和安全性通常用在不同的方面，其中在電力計(jì)劃的可靠性進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候需要考慮到充裕性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃和運(yùn)行管理是則采用安全性指標(biāo)。除此之外，還有很多指標(biāo)需要考慮，比如概率、可用性、頻率以及持續(xù)時(shí)間等等。這些指標(biāo)是從不同的方面進(jìn)行描述的，但是，當(dāng)這些指標(biāo)組合使用時(shí)，它們可以相互彌補(bǔ)。例如，電力故障的概率和頻率不能按大小來衡量。期望積極的指標(biāo)彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。一些（例如概率指示器）可以使用兩個(gè)組件和系統(tǒng)，但也可以修理組件和系統(tǒng)。但該指數(shù)的頻率和平均持續(xù)時(shí)間可以修復(fù)組件和系統(tǒng)。

2 電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性優(yōu)化控制的現(xiàn)狀分析

為了評(píng)估電力系統(tǒng)的可靠性，目前的評(píng)估主要涉及到干擾事件的重要性和可能性。當(dāng)前，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和互聯(lián)網(wǎng)水平的不斷提高，研究和改革在許多方面仍處于空白階段，迫切需要解決的前沿問題是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和可靠性的動(dòng)態(tài)識(shí)別。對(duì)于停電的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)沒有實(shí)際的建議，這個(gè)問題變得越來越突出，加快研究已迫在眉睫。近年來，電力體制改革的趨勢(shì)是電力市場(chǎng)。在過去的100年中，電力行業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)已經(jīng)存在自上而下的壟斷行業(yè)趨勢(shì)。在電力系統(tǒng)的技術(shù)革命的步伐已明顯放緩，因?yàn)槿狈?duì)電力企業(yè)有效激勵(lì)。消除資本短缺和腐敗是電力行業(yè)改革應(yīng)該追尋的步伐。

3 影響電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的因素

3.1 人為因素對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的影響

（1）傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。在輸電線路的建設(shè)周期，塔基的施工占整體線施工時(shí)間一半以上。塔基的設(shè)計(jì)直接影響到線路的安全性。因此，塔架的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性緊密有關(guān)。此外，塔基的基礎(chǔ)假設(shè)有一個(gè)大跨度會(huì)遇到不同的地質(zhì)條件。不同地質(zhì)條件下，需要對(duì)塔基在不同的地質(zhì)條件進(jìn)行逐個(gè)設(shè)計(jì)。因此，傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要與實(shí)際地質(zhì)情況相結(jié)合，確保以提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，保障傳輸線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）違章建筑輸電線路故障也會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性產(chǎn)生影響。在部分農(nóng)村地區(qū)，因?yàn)榘踩庾R(shí)欠缺和管理不到位，很多違法建筑都在輸電線路建成，相應(yīng)的減少傳輸線路和地面之間的安全距離。如果天氣不好，比如雪和冰雹，很容易造成瞬時(shí)短路導(dǎo)致跳閘等事故。此外，在施工過程中接觸電網(wǎng)也會(huì)使其安全運(yùn)行造成隱患。

（3）人為的破壞也是造成電網(wǎng)可靠性降低的因素。不用說，電在人們的日常生活中起著非常重要作用，但總有一些不法分子對(duì)輸電線路和電力設(shè)施進(jìn)行違法行為，在追求利潤的同時(shí)對(duì)電源的安全性和可靠性造成很大的影響，間接對(duì)人們的生產(chǎn)和生活造成非常的影響，并對(duì)國有財(cái)產(chǎn)造成損害浪費(fèi)。因此，傳輸線路發(fā)生破壞時(shí)是影響電網(wǎng)操作的可靠性的重要因素。

3.2 電網(wǎng)自身客觀因素影響電網(wǎng)運(yùn)行可靠性

（1）影響電網(wǎng)運(yùn)行可靠性另外一個(gè)重要因素是元件的可靠性。組件的可靠性是電網(wǎng)的可靠性的基礎(chǔ)及根本。漸漸老化的電網(wǎng)部件，負(fù)載的隨機(jī)波動(dòng)使系統(tǒng)中的參數(shù)超出其可靠性受到限制，老化的計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)，信息通信的系統(tǒng)，將導(dǎo)致控制和保護(hù)誤操作這些都影響了電網(wǎng)的可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。（2）各種干擾后系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化是系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的降低的最直白的現(xiàn)象，其表現(xiàn)在兩個(gè)重要方面。首先表現(xiàn)在負(fù)載的變化，發(fā)電機(jī)輸出和補(bǔ)償輸出的變化可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作點(diǎn)的變化，這將導(dǎo)致電網(wǎng)的變化趨勢(shì)。其次，由于保護(hù)繼電器的誤操作、操作拒絕、人為誤操作、以及因自然災(zāi)害造成的設(shè)備損失，電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀已經(jīng)被重新分配將對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性受到影響。

4 電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性最優(yōu)控制基礎(chǔ)與功能的定位

4.1 可靠性最優(yōu)控制的基礎(chǔ)與功能的定位

在運(yùn)行時(shí)，考慮到系統(tǒng)運(yùn)行成本的各方面的干擾，保持系統(tǒng)運(yùn)行可靠性需要成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的效率，可以期望減少損失電力系統(tǒng)。運(yùn)行可靠性是尋求最佳控制系統(tǒng)和協(xié)調(diào)運(yùn)行可靠性成本和效益最佳操作點(diǎn)的目的。這就決定了運(yùn)行可靠性最優(yōu)控制的基礎(chǔ)是功能定位評(píng)估系統(tǒng)的成本和效益。

在電力系統(tǒng)規(guī)劃可靠性領(lǐng)域，投資成本和預(yù)期中斷損失之和通常用于綜合星級(jí)規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。使用該方法，評(píng)估可靠性的成本價(jià)格以及所有單元的預(yù)期運(yùn)行成本和系統(tǒng)可靠性，并且負(fù)載節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性價(jià)格與所有停電損失的預(yù)期值一起調(diào)整。兩者之和是整個(gè)電力的預(yù)期值。系統(tǒng)運(yùn)行集成系統(tǒng)可靠性成本和社會(huì)成本定價(jià)，實(shí)現(xiàn)可靠性成本和效益的綜合評(píng)價(jià)。這為最佳控制操作可靠性提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，也在最小化預(yù)期的社會(huì)成本。

4.2 運(yùn)行可靠性最優(yōu)控制模型的研究

為系統(tǒng)提供了最優(yōu)的初始運(yùn)行點(diǎn)是運(yùn)行可靠性的最優(yōu)運(yùn)行控制，即在關(guān)注該初始運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行可靠性成本評(píng)估后，預(yù)期的社會(huì)成本小于其他的運(yùn)行點(diǎn)。控制措施包括增加發(fā)電機(jī)的有功功率輸出，母線電壓幅度和有功功率輸出（使用十個(gè)模型研究與經(jīng)濟(jì)性和可靠性協(xié)調(diào)的功率流分布問題，因此不包括切割負(fù)荷控制措施）。約束條件是初始運(yùn)行點(diǎn)的流量約束。

4.3 對(duì)運(yùn)行可靠性評(píng)估算法的流程的分析

（1）計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下線路的功率流量值，母線電壓和系統(tǒng)頻率（包括正常運(yùn)行狀態(tài)，故障狀態(tài)和特殊運(yùn)行方式），并根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況計(jì)算元件可靠性模型。線路的停止概率，停止率和維護(hù)率，發(fā)電機(jī)和負(fù)載。（2）基于部件停運(yùn)率和維修率，采用蒙特卡羅模擬方法，形成當(dāng)前工況下系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障狀態(tài)。（3）考慮到機(jī)組的運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)負(fù)荷運(yùn)行情況發(fā)生變化，如當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的變化，可能的故障狀態(tài)模擬和故障分析系統(tǒng)的后果，可以正常運(yùn)行的組件（無過載，交流電壓安全），以及元件電壓過載限制條件，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。（4）根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)等于概率和后果乘積的定義計(jì)算可靠性指標(biāo)。

5 電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的維護(hù)措施分析

5.1 對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠性，也是維修可靠性措施的關(guān)鍵。繼電保護(hù)改善了電力系統(tǒng)的運(yùn)行，使其符合運(yùn)行的安全標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性要求分析了具體的維護(hù)方法，如：（1）加強(qiáng)管理和控制，全面了解。對(duì)組件和設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)大的繼電保護(hù)，特別是那些在繼電保護(hù)裝置和設(shè)備中運(yùn)行的組件和設(shè)備。嚴(yán)格的質(zhì)量控制設(shè)備用于保持繼電保護(hù)裝置的性能，避免對(duì)繼電保護(hù)可靠性的影響。（2）建立繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，通過法律法規(guī)限制繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行。目的是創(chuàng)建一個(gè)可靠的操作環(huán)境，定義繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)遵循的規(guī)則，提供高質(zhì)量的環(huán)保，并改進(jìn)繼電保護(hù)系統(tǒng)。（3）注重電力人員技能的培養(yǎng)，要求電力人員首次掌握繼電保護(hù)裝置的信息，提高故障處理效率，通過保持繼電保護(hù)的性能，防止繼電保護(hù)突發(fā)事故。

5.2 對(duì)保護(hù)直流電源的分析

直流電源也是電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵點(diǎn)，支持電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。直流電源可以為電力系統(tǒng)可靠性提供穩(wěn)定性措施，保證電力系統(tǒng)的可靠性。首先，直流電源的選擇必須符合電力系統(tǒng)的規(guī)定。與直流電源相關(guān)的設(shè)備必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，不能配備不合格的設(shè)備。高性能設(shè)備在直流電源中的應(yīng)用也可以消除電磁干擾的影響。然后管理鉛酸電池中常用的電池，這些電池是高度密封的并且不會(huì)造成環(huán)境污染，并且可以穩(wěn)定地安裝在直流電壓系統(tǒng)中以提供穩(wěn)定的電力。在電池管理過程中，應(yīng)合理安排測(cè)試，以提高直流電源的可靠性。最后，監(jiān)測(cè)直流電源的運(yùn)行情況，采用監(jiān)控方法掌握直流電源的運(yùn)行信息，保證了電力系統(tǒng)直流電源的可靠性。

5.3 加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)的正常運(yùn)行以提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性

確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)線段的實(shí)際情況，將線路改為不同的線段進(jìn)行管理。在此基礎(chǔ)上，維護(hù)人員通過設(shè)備維護(hù)計(jì)劃定期檢修電路。在巡邏期間，應(yīng)檢查和檢查特殊線路或設(shè)備。及時(shí)分析和總結(jié)線路或設(shè)備的現(xiàn)狀以及可能存在的隱患和問題;及時(shí)檢查并修復(fù)隱藏的問題。在大修過程中，要認(rèn)真對(duì)待，注意電路或設(shè)備所有可能出現(xiàn)的問題，及時(shí)總結(jié)設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析原因，發(fā)展過程和規(guī)律，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

5.4 提高電網(wǎng)運(yùn)行人員的專業(yè)素質(zhì)以提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性

可靠性水平是電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映了電網(wǎng)運(yùn)行水平和電網(wǎng)管理者的水平，也是電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益的直接決定因素。因此，有必要建立必要的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估，完善管理體系，實(shí)施評(píng)估考核。

6 結(jié)語

總之，電力系統(tǒng)是電網(wǎng)的重要組成部分，其運(yùn)行可靠性直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。因此，電力部門必須采取有效措施，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，并在實(shí)際實(shí)施可靠性技術(shù)時(shí)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則。

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