电力系统可靠性评估（共12篇）
电力系统可靠性评估 篇1
0前言
为了实现资源互补和提高电力系统的运行安全性, 将中小型电网通过联络线互联形成多域互联电力系统是非常必要的。目前我国各大区及省间已逐步实现了联网, 联网形式也从简单的双边联网转为复杂的互联形式。电力系统互联后, 各系统可以通过联络线从其它系统得到电力, 实现互联各子系统之间的相互支援, 获得了水火电互济, 错峰和互为备用等效益。从而提高整个大区的可靠性水平。
国内外许多学者对电力系统可靠性计算进行了大量研究工作[1,2,3,4,5,6], 但对互联电力系统可靠性计算研究文献较少。Billinton[7,8,9,10,11]等人提出的支援容量法, 即在考虑各种约束条件下, 将外部系统等效为一个多状态的发电机-负荷组, 然后重点研究包含发电机-负荷组的自身系统的可靠性水平。文献[12]考虑了互联系统负荷的错峰及同时率、联络线容量及其可用率、各系统的容量及电量约束等问题, 提出了评估两系统互联的可靠性效益的算法。
文献[13]提出了一种改进的分块法, 可以解决环型联结的互联系统的可靠性评估问题, 但计算工作量较大。文献[14]提出了基于元件强迫停运率的区域发电可靠性指标灵敏度表达式, 能够根据灵敏度的大小判断对系统可靠性影响较大的关键环节和薄弱环节。文献[15]采用以路径为基础的随机网流法, 研究任意网络结构的多域互联电力系统的可靠性, 把握住网络拓扑和支路输电容量这两个关键的因素, 解决了电力系统中交流与直流潮流计算时不考虑支路的允许载流量而造成计算结果不一定可行的问题, 计算快捷, 取得较好的效果。但是, 文献[15]只考虑了某一参考点t在互联以后的可靠性, 没有给出整个电网的可靠性指标, 直接利用其进行系统可靠性评估时, 依然面临状态数多、可能造成维数灾的问题。
文中以随机网流法为基础, 提出边际容量概念, 利用递增搜索法以减少多域互联电力系统可靠性评估的状态数、提高系统可靠性评估效率。充分考虑各系统内部电力及能量约束、机组计划检修、联络线的容量约束及随机故障等影响, 进行多域互联电力系统高可靠性评估。
1 随机网流法的数学模型及算法
1.1 网的定义
网是由有容量限制的支路构成的图[6]。参与互联的各个电网称为子系统, 忽略系统内部电网结构的影响, 认为系统内的发电机并联连接于一个节点, 且与联络线直接相连。联络线支路代表子系统间的连接, 包括一条或多条联络线。各子系统的等效负荷等于各个子系统的内部负荷总和。
图1所示, 图中有N个子系统, N个等效负荷;设互联系统中有Nb条联络支路, 有相应的容量CK, 对应联络线某状态的容量;子系统与虚构的发点S通过虚拟支路S1, S2…SN相连, 各虚拟支路容量与相应子系统某状态的容量相等;系统中负荷都用与虚构的收点T通过虚拟支路D1, D2…DN相连, 各虚拟支路容量与相应的负荷大小相等。图1中的总支路数NT为:
整个互联系统总负荷为DL
1.2 随机网流法
随机网流法[16]即用系统中各元件容量限制下的网络最大流来代替实际电力潮流。在可靠性评估中, 网络最大流表示网络的最大传输能力。网络最大流的计算如下:
设从S到T的最小路集为L={L1, L2···Lm}, 其中m为最小路数;列举互联子系统的一种状态和互联支路的一种运行状态, 根据列举的运行状态, 比较各最小路元件的传输容量, 得到各最小路的最大流{f1, f2, ···fi···fm}。则该状态下网络最大流为DT, 即
2 互联系统可靠性评估及其改进
失负荷概率 (LOLP) 和失负荷功率 (EDNS) 为电力系统可靠性评估的两个重要指标, 下面介绍互联电力系统可靠性评估中上述两个指标的计算模型。
2.1 子系统和联络线裕度表
设已知元件的各种运行状态的确切概率P (Xi) (i=0, 1, 2···n) ;n为元件的状态数。
设Va和Vb分别为元件a、b的容量, 裕度表按一定步长ΔX给出, 则有
na和nb分别为元件a、b的状态数;Xi和Xj分别表示元件a、b的状态, 为了简便起见, 下面的叙述中将用i代表Xi, 用j代表Xj。
当两个元件并联组合时, 组合元件的裕度容量等于两个元件裕度容量之和。因此组合元件c在Xk的确切概率可以表示为[17,18]:
组合元件c的状态数为nc=na+nb。
按照上述方法可以形成并联元件的裕度表, 由于各子系统中发电机之间、子系统间联络线之间都属于并联关系, 所以可以按上述方法分别形成各子系统和联络线裕度表。
2.2 系统可靠性指标的计算
失负荷的概率 (LOLP) 、系统失负荷功率 (EDNS) 可由下面的式子求得
式中:NM为联络支路与子系统裕度表总数;PEi为第i种运行状态的概率;DTi为第i种运行状态下可满足的负荷。
在此基础上, 互联发输电系统的可靠性指标可按图2所示流程图求出。
2.3 互联系统可靠性计算的改进
随着互联子系统数目的增加, 互联线路回数的增多以及互联结构日趋复杂, 用上述计算方法枚举所有的运行状态, 计算量很大, 甚至达到无法计算的程度。为了减少枚举的状态数, 本文提出了边际容量的概念和递增搜索算法。
2.3.1 边际容量
由于机组强迫停运率很小, 在并联卷积得到的子系统裕度表中, 确切概率随故障阶数的相对变化比裕度容量随故障阶数的相对变化要快, 所以决定失负荷大小的主要因素是确切概率。减少计算量的情况下尽量不影响计算精度, 可以忽略发电机高阶故障, 从而引入了边际容量 (MC, Marginal Capacity) 的概念, 边际容量根据故障阶数来确定, 继而确定计算范围。如果考虑某子系统的最高阶故障为HS阶, 则取MC为该子系统中容量最大的HS台机组容量之和, 设该子系统总容量为TC, 则只需计算裕度大于等于TC-MC的裕度状态。同理, 可以确定联络支路边际容量。
又由于裕度表中随故障阶数的增加确切概率变小, 逐渐提高故障阶数, 可靠性指标变化会越来越小。考虑到各子系统和各联络支路分别高一阶故障的情况, 如果两次计算的结果相差不大, 说明选取的故障阶数合理。相差大小的判据视需要的计算精度而定。
2.3.2 递增搜索法
为了减少枚举的状态数, 本文提出了递增搜索算法。下面以一个多元不等式方程求解为例, 来说明递增搜索算法的原理。
式中:x1, x2…xn为函数变量;F表示x1, x2…xn之间的函数关系, 且F对每个变量均单调递增;E为一定值;v1, v2…vn均为定值。求该多元不等式方程的自然数解集。将n个变量编号, 用一个n位数来表示一组变量的解, 这个n位数各位上的数字代表变量的值。设n个变量中取值范围最大的为vi, 则取[vi]为该n位数的进制。将这个n位数从小到大递增, 可以得到该不等式方程的所有自然数解集。
在递增的过程中, 由于函数F对每个变量均单调递增, 当枚举到一组自然数不满足不等式方程时, n位数各位均高于该组自然数的自然数集都不满足不等式方程, 可以跳过这些自然数集的枚举, 减少枚举数组, 从最低位开始寻找非零位, 如该非零位上一位不为最大值, 则上一位进1, 该位及比该位低的数位上的数字归零, 如上一位对应的自然数为最大值, 则继续向上寻找对应的自然数不为最大值的位, 找到后在该位加1, 比该位低的数位上的数字归零, 直到大于n位数的最大值, 求得该多元不等式方程的自然数解集。
下面用一个简单的例子对递增搜索过程加以说明。设x1≤2, x2≤2, x3≤2, 求多元不等式方程F (x1, x2, x3) =x1+2x2+2x3<4的自然数解集。表1给出不等式求解过程, 仅进行了15次计算便找出了满足方程的7个数组, 而完全枚举需要计算27次。
利用上述递增搜索法实现的步骤如下。假设有Nl条联络支路, NS个子系统, 总的裕度表个数NM为Ns+Nl, 则各个裕度表状态的组合便是整个互联系统的状态。将NM个裕度表编号, 用一个NM位数各位上的数字代表对应编号的裕度表的状态。设NM个裕度表中状态数最多的状态数为nmax, 则取nmax-1为该NM位数的进制。将这个NM位数从小到大递增, 可以枚举所有需要评估的网络状态。枚举到一种运行状态满足负荷要求时, 比它大的裕度状态亦都可以满足负荷要求, 跳过这些裕度状态的枚举, 直到大于该NM位数的最大值。
3 算例
为了说明文中提出的方法使得多域互联电力系统的可靠性计算达到了实用的程度, 表3分别列举了包含4、5个子系统的互联电力系统的分析。其中系统元件和可靠性参数如表2所示, 通过该算例可以看出, 本文提出的方法与完全枚举所得的可靠性指标误差均在1.4%以内, 评估次数减少了百万次以上, 从而大大减少了评估所需要的时间, 提高了计算的效率。
*计算量减少比= (基本事件数-网流计算次数) /基本事件数**LOLP误差= (全枚举所得LOLP-本文所得LOLP) /全枚举所得LOLP***EDNS误差= (全枚举所得EDNS-本文所得EDNS) /全枚举所得EDNS
4 结束语
文中采用随机网流模型进行多域互联电力系统可靠性的评估, 解决了以往的互联可靠性分析计算方法只能解决链型或辐射型连接的问题, 有效地处理了环网可靠性分析困难的问题, 可得到全网的可靠性指标。同时, 为了提高可靠性评估的效率, 本文引入边际容量以在合理的精度范围内忽略发电机和联络线高阶故障;提出并利用递增搜索法, 极大地减少了枚举次数。理论分析和实际算例证明了该模型有效性及正确性。
文中只采用该模型对整个系统的可靠性进行了分析, 对于多域互联电力系统来说, 分析各子系统在互联以后可靠性得到的提高, 互联所带来的效益, 也具有实际的意义。今后对此问题应进一步研究。
摘要：基于随机网流模型的多域互联电力系统可靠性评估方法, 以系统元件限制的最大网流模拟实际电力系统的潮流, 能有效进行多域互联电力系统可靠性的评估, 提高计算速度。然而, 多域互联电力系统结构复杂、元件繁多, 状态枚举困难, 面临维数灾问题。本文以随机网流模型为基础, 提出边际容量、递增搜索等概念, 用于多域互联电力系统可靠性评估中。算例分析表明, 改进方法极大地减少了枚举状态数, 提高了可靠性评估效率;并验证了所提出的方法的有效性和正确性。
关键词：可靠性,边际容量,递增搜索法,随机网流法
参考文献
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电力系统可靠性评估 篇2
电传操纵系统可靠性分析及飞行安全评估
分析了电传操纵系统可靠性,介绍了可靠性设计的工程方法.建立了飞行员排除故障的数学模型,提出了确定驾驶员排除飞行危险的条件概率的.两种方法;在研究人-机闭环系统基础之上,建立了基于马尔可夫链的飞行安全评估模型,提出了由于飞行控制系统故障引起飞行危险的安全评估计算方法.最后以横向通道传感器故障为例对某型飞机进行安全评估.
作 者：葛志浩 徐浩军 胡飞 GE Zhi-Hao XU Hao-Jun HU Fei 作者单位：空军工程大学工程学院,陕西,西安,710038 刊 名：火力与指挥控制 ISTIC PKU英文刊名：FIRE CONTROL & COMMAND CONTROL 年，卷(期)： 31(3) 分类号：V328.5 关键词：电传操纵系统 马尔可夫链 飞行安全电力系统可靠性评估 篇3
摘要：飞机飞行安全最主要的因素是飞机供配电系统的可靠运行。本次研究以某供配电网络为例子，在分析实例的基础上深入的探讨一种满足大型飞机复杂供配电网络的可靠性评估的办法，不仅如此还分析了供配电网络的可靠性指标的评估以及分析。本次研究分析大型飞机复杂供配电网络的设计以及可靠性评估，为大型飞机供配电系统的评估分析提供相应的借鉴以及参考。
关键词：大型飞机供配电系统；可靠性；评估；分析
一、前言
就目前来说，随着社会的不断发展，大型飞机供配电系统呈现一个不断庞大以及复杂的趋势。飞机飞行的安全性主要受到飞机供配电系统的可靠运行的直接影响。在实际工作中，在进行飞机供配电系统设计的过程中，我们需要进一步分析以及预测供配电系统的可靠性，在上述的基础上找到在进行系统设计过程中存在的薄弱环节，实现供配电系统设计方案的进一步优化，有利于最大程度的降低后期更改设计所产生的时间以及金钱成本。所以，评估研究大型飞机供配电系统可靠性具有非常显著的现实意义。
二、评估供配电系统可靠性的方法分析
如果飞机处在飞行的阶段，那么就会将供配电系统当成不可修复的系统，所以，在实际工作中，不可以照搬陆地系统以及船舶配电系统的可靠性指标评估方法来完成大型飞机配电系统完成可靠性评估工作。同时也因为飞机配电系统存在明显的故障重构等。例如：设计容错供电等，设计容错供电本身其实是一个可以实现自愈的系统类型。本次研究，在定位负荷点中断供电最小割集事件的过程中，进而对飞机供电系统中的负荷点不中断供电可靠度以及相应的负荷点供电可靠度进行有效的分析评估[1]。
（一）拓扑结构网络图表示方法分析
需要将复杂的飞机供配电网络拓扑抽象想象，使其成为一个网络图，通过计算机将网络图进行辅助分析，对源节点到目标节点的路集以及割集进行有效的搜寻。所以把供配电网络拓扑抽象成为一个网络图，在实际工作中，需要坚持一下几点基本原则：第一点原则是被抽象的网络图，可以将供配电网络的实际拓扑结构以及实际工作状态真实的反映出来。第二点原则是所抽象等效网络图的使用可以完成机辅助分析计算，在上述的基础上促使计算机算法的效率实现进一步提升。在上述两条原则的基础上，对大型飞机供配电系统抽象成为网络图的具体方法进行以下几点总结分析。
第一种方法是抽象配电系统中的双节点元件，使其分别成为网络图中的弧、汇流条等单节点元件，与此同时等效分布为图中的节点类型[2]。
第二种方法是在生产图的时候，需要根据实际情况设置相对应的虚拟源节点，与此同时将其等效设置为供电系统输出功率源点，由该源节点完成电能发出工作，需要在使用发电机以及蓄电池所抽象的基础上实现配电系统的电能提供。
第三种方法是在生成图的时候，完成若干虚拟阱节点的设置，使其等效成为相对应的负荷点。电能通过系统负荷输出线所抽象的有向弧的使用，并且完成对应负载上消耗。
第四种方法是想要促使图中节点以及弧数量的进一步降低，促使运算效率的进一步提升，在元件跟元件之间存在非常紧密的串联关系，与此同时，该元件串间无分叉节点的时候，就需要将元件串等效设置为一條弧。
（二）最小割集求取方法分析
通过最小路矩阵的使用来完成最小割集的求取，最小割集求取方法的基本思想如下：倘若最小的路矩阵中某一列元素均为1，那么，网络的一阶最小割集就是这一列最小路矩阵对应的元件[3]。在上述的基础上，实现最小路矩阵中任意两列元素的逻辑域，倘若经过相应的逻辑运算之后，得到列元素全均为1的结果，因此，上述的两列对应元件实质上就是一个二阶割集类型。按照相应的原则类推下去。本次研究通过相应的故障搜索方法准确的定位源节点至目标节点的最小割集，主要包括以下几个阶段的割集：第一个是一阶割集；第二个是二阶割集；第三个是三阶割集。上述三个阶段的割集分别对应着一重故障、二重故障以及三重故障。因为超过三重的故障具有非常小的发生概率以及频率，系统的可靠性指标就会由低阶割集完成支配工作。
三、大型飞机供配电系统可靠性评估以及分析
对某次配电系统右侧交直流主汇流条以及其右侧交直流应急汇流条使用上述方法完成有效的可靠性评估[4]。因为在正常供电模式下，交流应急汇流条其实质上是主交流汇流条的次级汇流条构成，所以，主交流汇流条明显高于不中断供电可靠度。在实际工作中，在系统因为受到影响出现故障的时候，交流应急汇流条的备用供电通路就会相应的增多，所以，从根本上组建成永久失电最小割集的阶数就会相应的增加，那么就会相应的提升其供电的可靠度，使其超过主交流汇流条供电的可靠度。在上述的基础上，可以有效的提升交流应急汇流条的供电可靠度，但是也存在一定的缺陷，其不间断电源提供能力不够强。所以，分析不中断供电的标准就不够强，甚至会在正常情况下难以发挥自身的有效作用。想要满足可靠性标准，就需要做好负载由交流以及直流主汇流条供电工作，在实际工作中，如果具有很强的可靠性标准，那么就可以同时使用左侧以及右侧主汇流条取电的措施，通过直流负载的使用能够实现二极管冗余供电的并联，促使交流负载能够在使用转换继电器的基础上正常的供电，同时在出现故障的时候可以有效的实现供电切换工作。
四、总结
本次研究在原有的基础上分析了飞机供配电系统的可靠性评估，在评估分析之后，对满足飞机复杂供配电系统可靠性评估的方法进行进一步确定。可靠性评估的方法在分析网络系统运行特点的基础上，非常容易促使计算机辅助运算的实现，有利于分析效率的进一步提升。不仅如此，可以进一步确定电源到目标负荷点的最小路集，同时确定导致目标负荷点中断供电产生以及永久性失电产生的最小割集事件，为大型飞机供配电系统未来的运行决策提供一定的基础。
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电力系统继电保护可靠性评估 篇4
1 继电保护可靠性评估分析
1.1 评估指标
继电保护工作可以体现出继电保护可靠性的两个重要方面,即拒动和误动。因此,要想保证电力系统的完整性、设备的可靠性、功能的可靠性,在制订可靠性指标时,可以采取以下几个标准:①概率表示。本质是在规定的时间范围或额定的时间内,电力系统、设施和元器件可以完成额定功能的概率。②时间表示。在时间表示中,MTBF表示的是故障的平均时间,而MTTP表示的是使用电力设施到电力设施出现故障的平均时间。③频率表示。频率表示指的是在特定的时间内,电力设备元器件出现非正常的错误动作和动作资料综合之间的次数比例,或者是在特定的时间内,可修复性系统可以被计算出来的部分。此外,在制订继电保护可靠性指标时,除了要充分考虑继电保护装置自身的功能外,还要考虑继电保护装置的特殊使用条件和环境条件。
1.2 继电保护可靠性评估
在当前情况下,继电保护的可靠性评估主要有2种方法,分别是Markov状态空间法和故障树分析法。下面以Markov状态空间法评价方法为例,简要分析继电保护可靠性的评估方法。
由于Markov符合继电保护的工作流程,所以,可靠性研究要以状态空间图为基础。保护装置状态空间图的建立情况如图1所示,然后根据保护装置状态空间图2建立转移矩阵。依据转移矩阵可得知保护装置在每个状态时的稳定概率,这对检修维护工作有很大的促进作用。
如图2所示,保护装置正常的工作状态、自检状态、不可以自检状态和失效状态在图2中分别由状态0、状态1、状态2和状态3表示。
2 提升继电保护可靠性的措施
2.1 设置继电装置定值,改进保护装置维修工作
在电力系统继电保护装置运行的过程中,需要合理设置定值。因此,在继电保护中,定值的准确率提高电力系统运行的可靠性有较大的影响。定值的计算故障也需要专业技术水平高的人员计算,并且需要具备较高的责任心和义务感。在计算定值前,为了保证基础数据的准确率,要先绘制出系统的阻抗网络图,不同设备要对应不同的保护定值,所以,要在电气设备参数计算标准上加以计算,以确保继电保护定值计算数据的科学性。在计算的同时,为了避免上下级定值不配套而出现跳闸的问题,需要定期、及时检查上下级保护定值的配合情况。
2.2 提高操作规范性
技术人员要根据实际情况和二次图纸及其保护原理等检查二次回路段子、信号吊牌等。在具体的工作中,设备调度的划分工作要严格按照相关规章制度进行,接到调度指令后才可进行调度操作,操作不可违规。此外,对于PT的检查维修,要派遣专业人士检查原件,确保线路和保护定值的一致性,为继电保护的正常运行打下坚实的基础。在检查的过程中,如果设备出现故障,要将可能引起误动的保护推到之前的位置,并告知相关人员到场维修。
2.3 加大高新技术应用程度
在高新科技发展的推动下,电力行业迅速发展,特别是在硬件设施方面,其更新换代的频率越来越高,这为保证继电保护的可靠性打下了坚实的基础。我国对继电保护装置的研究也比较深入,吸收了国外先进理念和技术的精华,然后在其中融入网络技术、计算机技术和信息技术,将系统的动能扩充为多项。例如,远程终端检测装置的继承和监控系统的融合功能等。高新技术不仅带动了硬件的发展,还扩大了软件的应用范围。例如,继电器的连接不仅实现了多程性,还将之前较为烦琐的逻辑关系转变为简单的操作关系,提升了电力系统的可靠性。
3 结束语
在电力系统中,继电保护是其主要组成部分,加强对继电保护可靠性的管理可以提升电力系统的可靠性和安全性。但是,影响继电保护可靠性的因素比较多,要合理分析继电保护可靠性的评估结果,进而提高评估结果的准确性。另外,在管理和技术方面,要加大安全保护力度,确保继电保护系统的可靠、安全运行。
摘要：在电力系统运行监测的过程中,依据不正常的抗阻、电流量无故增加和电压不正常降低等电气量的非正常变化情况进行判断的行为被称为继电保护。其实它是判断保护单元的电压是否正常。如果存在相关故障,就需要准确判断故障出现的位置和事故种类,进而自动切断保护故障点,并将警报的信号传达给控制人员,以保证电力系统的运行安全。基于一些安全风险的特性,如果在电力系统中错误判断故障,执行了错误操作,就会引发较为严重的事故。因此,有效评估和提升继电保护的可靠性是非常必要的。
关键词：电力系统,继电保护,可靠性评估,安全风险
参考文献
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电力系统可靠性评估 篇5
摘要:对发动机进行可靠性评估是检验发动机是否满足可靠性要求的重要手段.根据某型弹用涡扇发动机在研制过程中的各种地面试验数据和少量的飞行试验数据,采用一种基于AMSAA模型的方法建立了环境因子模型,给出了环境因子的求解方法,并利用求得的环境因子获得了等效的飞行数据.在此基础上分别建立了发动机在地面环境和飞行环境下的寿命分布模型,并实现了可靠性评估.
关键词:弹用涡扇发动机 可靠性评估 寿命分布 AMSAA模型 环境因子
弹用涡扇发动机作为导弹的重要组成部分,其可靠性直接影响到导弹的性能、寿命和费用,因此在发动机定型前必须对其可靠性进行定量的评估,以检验是否满足提出的可靠性要求[1].确定发动机寿命分布及可靠性评估的依据是发动机在各种试验中得到的时间失效数据.弹用涡扇发动机在研制过程中所进行的试验主要包括各种地面条件下的性能实验(磨合试验、加减速试验、二次起动试验、节流试验)、可靠性摸底试验、可靠性增长试验和飞行试验[2].如何利用地面试验数据和少量的飞行试验数据来对发动机的飞行可靠性做出合理评估,成为发动机飞行可靠性评估中一个急需解决的问题[3].本文首先给出了基于AMSAA模型的环境因子的确定方法,并利用优化方法求得了不同地面试验环境相对于飞行试验环境的环境因子,在此基础上实现了弹用涡扇发动机飞行环境下的寿命分布建模和可靠性评估.
1 环境因子的确定
在可靠性数据的统计分析中可以使用环境因子将各种试验环境下的产品的试验时间转化为使用环境下的试验时间.
1・1 基于AM SAA模型的环境因子
设某产品在研制阶段共经历了m个(m≥2)试验项目;产品在研制期间总故障数为N;产品第1个试验项目起止节点为T0, T1,第j个试验项目的起止节点为Tj-1, Tj(j=1,2,…,m);产品第q个故障的累计试验时间为tq(q =1,2,…,N);各试验项目的环境因子为k1,k2,…,km.则产品折合后在整个研制试验过程中的第q个故障的累计故障时间tn,q可由下式计算:
式中:Tj-1≤tq≤Tj;Tn,0为产品折合后整个研制试验的起始节点;Tn,j-1,Tn,j分别为产品折合后整个研制试验中的第j个试验项目的起止节点.此时环境因子的求解过程可表示为一个多约束极小形式的最优化过程:min(C2N). (2)约束条件为
式中:U1-α/2和C2N,α为产品在显著性水平为α下的增长趋势检验统计量的临界值及AMSAA模型拟合优度检验统计量的临界值,可查文献[4]的增长趋势分析临界值表和克莱默-冯・梅赛斯检验临界值表.U为产品增长趋势检验统计量;C2N为产品AMSAA模型拟合优度检验统计量,可由下式求得:
式(4)适用于定时截尾情形,其中Tn,m为产品折合后的整个研制试验的截止时间,-b为产品的增长参数.
式(5)适用于定数截尾情形,其中tn,N为产品折合后的整个研制试验中最后一个失效时间,式中的产品增长参数-b为
1・2 环境因子的求解方法
1)环境应力类型的划分
拟将所进行的试验项目分为:性能试验(包括磨合试验、加减速试验、验证试验、湿启动、干启动试验)、可靠性试验和试飞3种环境应力类型.
2)环境因子取值范围的选取
本文取性能试验的环境因子k1的取值范围为0~1,可靠性试验的环境因子k2的取值范围为1~3;试飞的环境因子k3的取值为1.3)环境因子的求解算法式(2)和式(3)可写成如下的一般形式:
采用外部罚函数法求解式(8)确定的多约束极小值问题.对可行域作一惩罚项p(x),有:式中:β为大于等于1的常数,取β=2.构造一个增广目标函数: 式中:σ为罚因子,σ>0.于是式(8)所示的带约束的极小值问题转化为无约束的极小值问题:
2 寿命分布模型
寿命分布建模是发动机可靠性评估的前提和基础.根据某型弹用涡扇发动机的故障性质,选择威布尔分布来描述发动机的寿命分布.因两参数威布尔分布是三参数威布尔分布的特例,本文仅给出三参数威布尔分布参数的点估计方法.三参数威布尔分布的累积分布函数为: 式中:β、η和γ分别为形状参数、尺度参数和位置参数,且β、η和γ均大于零.采用基于图估法的极大似然估计法进行威布尔参数的点估计.概率密度函数和失效率函数为:
设数据列为(t1, t2,…, tn),既含有失效的数据,也含有截尾的数据.令θ为待估的模型参数列(β,η,γ),则对数似然函数为: i∈CF和C分别表示失效数据和截尾数据的子集合.将上式分别对β、η和γ求偏导数,并令结果为0,可得如下非线性方程组:
解方程组(15)可得β,η,γ的估计值.解方程组时的β,η,γ初值由图估法给出.
3 飞行可靠性评估结果
收集到的原始数据包括15个地面试验数据和5个飞行数据,如表1所示.其中地面试验数据包括8个故障数据, 7个截尾数据,飞行数据均为截尾数据.数据后面带‘+’表示截尾数据.
由表1可知,发动机的`累积故障时间为:27・5, 36・3, 82・7, 419・98, 455・58, 463・18,548・08,946・48 min.性能试验起始节点时间为0,终止节点时间为419・98 min;可靠性试验起始节点时间为419・98 min,终止节点时间为946・48 min.利用上述数据求得环境因子k1=0・95,k2=1・03.将地面试验中性能试验数据乘以环境因子k1、地面试验的可靠性试验数据乘以环境因子k2、试飞的试验数据乘以试飞环境因子k(k=1).折合后的数据见表2.
带‘+’的为截尾数据,带‘*’的为实际试飞数据.对表1和表2分别进行拟合优度检验,确定了表1中的数据符合三参数威布尔分布,表2中的数据符合两参数威布尔分布.对两种寿命分布分别进行参数估计,结果如表3和表4所示.
发动机地面环境下的可靠性参数和飞行环境下的可靠性参数如表5和表6所示.其中,可靠度是指在时间为90min时的可靠度,可靠寿命是指可靠度为0・8时的可靠寿命.
发动机地面试验环境下的可靠度函数曲线和飞行环境下的可靠度函数曲线如图1所示.
4 结 论
1)基于AMSAA模型所确定的环境因子,是符合工程实际的.
2)利用地面试验数据和经环境因子折合后的数据得到的发动机的寿命分布模型是不同的.3)通过引入环境因子,可将地面试验数据折合成飞行数据,从而增大了发动机的飞行样本容量,提高了发动机飞行可靠性评估的可信度.
参考文献:
[1]韩庆田,杨兴根,张杰.弹用涡喷发动机可靠性参数的选择和评定方法[J].飞航导弹,(3):43-46.
[2]肖波平.弹用涡喷发动机性能监视与诊断系统软件研制[J].推进技术, 2001, 22(2): 111-113.
[3]傅博,杜振华,赵宇,等.一种基于遗传算法的环境因子的确定方法[J].北京航空航天大学学报, 2004, 30(5): 466-468.
电力系统可靠性评估 篇6
在经济飞速发展的今天，电的地位是不可估量的。如果一个地区停电一天，会对这个地区造成很大的经济损失，对人们的正常生活也形成了阻碍。中国大部分地区是用热力发电的，对资源的损耗也是极大的，如果供电企业不重视配电网的可靠性规划，可能造成资源的过渡浪费。只有在评估技术完善的前提下，才能保证我们的用电持续性。
一、城市配电网的可靠性
配电网的可靠性并不是有随意的定义，它有一个衡量标准，来约束我们的企业进行工作，这个标准就是充裕度。充裕度就是指全部范围内的用户可以保证在供电安全合理的情况下持续被供电，不影响正常生活。有了这个指标，企业单位就可以按照评估指标评估我们的配电网系统是否合理，保证用电的安全可靠性。
1.配电网可靠性现状分析
配电网可靠性现状分析主要就是分析用户，分析用户的用电类型、用电量、用电时间等，在停电的情况下可以尽快找出停电原因，安排相关人员进行维修，可以尽快恢复供电；对整个供电系统对配电网的可靠性造成的威胁分析也是现状中的一支，我们要找到威胁并且解决问题；对停电后的影响分析也是必要的，在停电后，对用户的损失分析也是完善配电网可靠性的重要依据。
2.配电网可靠性规划方案
在确定了影响配电网可靠性的原因后，与之相适应的的规划方案就要孕育而生，运用到日常工作中，提高工作效率，服务人民。
①完善对供用电的掌握情况
供与用是一个庞大的系统，供电方面要掌握许多供电信息，用户遍布各地，企业要想有效的工作，就要完善对供用电系统的掌握情况。首先就要了解用电的区域，将用户的信息整合，进行相关的分析，对用电量有一个整体的把握，不至于在用电负荷的时候供不应求。其次要对整体用电做分析，分析一般性的用电量，高峰时的用电量，容易断电的原因等。只有做好准备工作才能避免不必要的损失，对用户造成的不便。
②对相关工作人员素质的提高
配电网可靠性工作是一项涵盖面较广的工作，对工作人员的全面素质要求较高，所以我们要重视对先关工作人员的素质培养，提高相关工作人员的综合素质。这就要求企业重视这一工作，将这一工作落到实处。企业首要任务就是让相关工作人员认识到自己的不足，在日常生活中积极改正，其次企业要为相关工作人员安排良好的学习环境，比如从外请来老师为员工讲课，讲课内容可以是关于安全方面的，也可以是配电网管理、配电网规划以及配电网相关技术方面的，使得工作人员可以更好的为工作服务。企业也要重视从实践中得出的经验教训，可以定时开展员工活动，让员工之间相互交流，相互借鉴经验，不仅提升了能力，也加强了员工之间的感情，更有利于工作间的合作，工作效果也会明显提高。企业也可以适当搞一些文艺活动，让员工多方面发展，丰富他们的生活，企业的凝聚力就会提高，相对的经济效益也会提高。
③引进先进的配电网技术
我国现在的配电网技术虽然已经很先进，但是毕竟时代在不断地发展，我们不得不随时跟进时代的脚步，从国外引进更先进的技术。这就要求工作人员在日常生活学习中注意总结，多阅读些国外杂志书籍，尽量与时代的发展接轨。企事业单位也要在工作中不断引进先进的技术，在专业人员的指导下教给相关工作人员，确保先进技术的使用正确。在引进先进技术的同时还要引进先进的相关设备，俗话说：巧妇难为无米之炊。我们的工作人员拥有丰富的专业知识，但是没有先进的设备，也难以高效的完成工作。所以企事业单位要经常更换有关设备，定期检修设备，这才能确保专业人员和专业设备都准备就绪，时刻为工作而奋斗。
④对配电网进行状态监控
我国现阶段的配电网检修基本都在事发之后，在问题出现了才去解决。但是如果能在事情未发生时就发现问题并且解决了问题，这样造成的损失就会降低，也保护了生命财产安全。这就是状态监控，即在事情未发生时就检测到问题，提早解决。这要求非常高的技术以及先进的工程配合，这是我国未来配电网的发展发向，我们要跟随发展脚步，完善状态监控。
二、配电网可靠性技术评估方法
1.概率分步法
概率分布法主要就是“概率”，对概率进行研究，从而得出问题的集中地，然后解决。这种方法要求计算系统的运行状态，指出不合理的地方。这种算法的优点就是方便灵活，使用性强。缺点是准确率不高，因为是概率分布，得到的是一个大概值，只适应于小规模的使用，不能用在对准确率要求高的设备检查中。
2.故障模式与后果分析法
这种评估方法只适用于小型的系统检查，因为它的使用方法就是计算每一个元件的值，拿这个值与正常值进行比较，如果在正常范围内则为正常，如果超过或达不到正常值就列为不合格。最后将所有元件的比较值进行归纳整理，然后进行检修。但随着元件数的增多，计算出的结果就呈指数的增长方式增长，这样计算难度就增加了。所以这种方法只适用于小型系统的检验。
3.故障扩散法
故障扩散法就是在发生故障的元件基础上，对此元件的前后系统进行检查，是否只是此元件出现问题还是其他元件也受到牵连。这个方法可以准确的找出问题所在，且准确率较高，方便修整。但它的缺点仍是计算量大，在本元件前后要进行相当规模的计算，才能得出问题，这就制约了它的使用范围，一些复杂的系统是很难使用这种方法的。但是这种方法的优点不容忽视，如果计算速度可以提高，这个方法是非常好的，很容易被接受。
4.网络等值法
此方法是适用于大型系统的方法，它的主要用法就是等值交换。就是在大型配电网下带子馈线转变，将低级的转为可计算且简便的因素，由低到高一层层的计算。这种方法虽然适用于大规模的配电网，但其计算量间接的增加，也是比较复杂的计算方法。
配电网的可靠性规划是一件复杂的事情，关乎着多重利益，尤其是人们的生活质量。可靠性规划不是一朝一夕就能完成的，需要我们的企业及相关单位积极配合，不断完善规划。在技术评估方法上也要不断完善，要找出适合不同系统的有效地评估方法。配电网有了可靠性规划就可以保证人民的利益国家的利益不受大的损失，服务于用户。
参考文献
[1]程林，焦岗，田浩.可靠性与经济性相协调的配电网规划方法[J].电网技术.2010（11）.
[2]唐正森.提高配电网供电可靠性措施的研究[D].长沙理工大学2009.
[3]梁文光.配电网可靠性评估及相关工作研究[D].昆明理工大学2011.
[4]程德才.城市配电网可靠性评估方法的研究[D].华北电力大学（河北）2008.
[5]唐正森.提高配电网供电可靠性措施的研究[D].长沙理工大学2009.
电力系统运行可靠性成本价值评估 篇7
大区互联电网规模的不断扩大和电力市场化改革的不断深入,尤其是近年来国内外频发的大面积停电事故,使得电网的安全经济运行面临着严峻的挑战。如何评估电力系统在不确定性环境下的运行可靠性,实现基于运行可靠性的电力系统调度决策和控制,是亟需解决的问题。
目前,电力系统运行可靠性[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]的研究已成为关注的热点,在元件条件相依[1,2,3]和时间相依[4,5,6,7]的可靠性模型、状态筛选[6,7]、状态后果分析[4]、指标体系[9,10]等方面已取得了许多成果,涵盖了运行可靠性评估的主要内容。运行可靠性评估的最终目标是辅助运行人员进行调度决策,因此制定合理的决策依据至关重要。然而,常用的可靠性指标如期望缺供电量(EENS)等却难以直接作为决策判断的依据,一个可行的解决思路是研究可靠性的价值,将可靠性量化为经济指标。但目前电力系统可靠性价值[11,12,13,14]方面的研究成果主要集中在如何准确估计停电损失,用以研究电网中长期规划的投资成本和可靠性效益的协调问题,没有从运行的角度综合考虑运行可靠性的成本和价值。在运行的时间框架内,文献[15,16,17]研究了电力系统的安全价值,综合计算了运行成本和停电损失,但没有考虑元件和系统的可靠性随时间变化的特性,也没有考虑运行备用响应特性这一影响系统运行可靠性的重要因素。文献[18,19,20]研究了旋转备用响应特性对系统可靠性的影响,但仅限于发电系统,没有考虑输电网的约束。
针对以上问题,本文提出了电力系统运行可靠性成本价值的概念和指标,建立了发输电系统运行可靠性成本价值评估的模型和算法,实现了运行可靠性成本和效益的综合评价,提出了以期望社会成本最小作为决策依据,为运行人员选择最优调度方案提供了有力工具。
1 运行可靠性成本和价值的概念
电力系统的基本功能就是按可接受的质量标准和所需数量持续、经济地向电力用户供应电能。电力系统可靠性的价值就是连续供电的价值。
在运行的时间框架内,从电力公司的角度来讲,在考虑各种扰动情况下付出的系统期望运行成本可以认为是维持运行可靠性所需的成本;从用户的角度来讲,提高系统运行可靠性带来的效益表现为期望停电损失的减少,这就是运行可靠性的价值所在。一般而言,系统运行可靠性水平越高,系统运行成本就越高,而停电损失就越小。无论是从市场化还是资源节约的角度出发,都应当协调运行可靠性的成本和效益。
电力系统运行可靠性成本价值评估与中长期规划可靠性成本价值评估[11,12,13,14]相比,其最重要的特征在于考虑的时间尺度较短,这决定了它必须考虑时间相依的元件可靠性模型以及运行备用响应特性等因素的影响。两者在研究目标、研究内容等方面存在较大差别,如表1所示。
2 运行可靠性成本价值指标
本文用所有机组的期望运行成本来评估系统运行可靠性成本,用所有负荷节点的期望停电损失来评估系统运行可靠性价值,用两者之和即整个电力系统运行产生的期望社会成本来综合评估运行可靠性的成本和价值。运行可靠性成本价值评估的基本任务就是评估当前运行方式在未来t时刻的期望瞬时社会成本和时段t内产生的期望社会成本,以下定义了瞬时和时段2类指标来表征系统运行可靠性及其成本价值。
2.1 瞬时指标
系统在未来t时刻的运行可靠性期望瞬时运行成本CETOC、期望瞬时停电损失ETIC、期望瞬时社会成本CETSC和期望缺供电力QEDNS的计算公式为:
式中:S为时刻t可能出现的所有状态的集合;NG为所有发电机集合;ND为所有负荷节点集合;PGik(t)为t时刻系统处于状态k时发电机i的有功出力;Lik(t)为t时刻系统处于状态k时负荷母线i的切负荷量;FGi(·)为发电机i的运行成本函数;FLi(·)为负荷母线i的停电损失函数。
2.2 时段指标
系统在未来t时段内的运行可靠性运行期望成本CEOC、期望停电损失CEIC、期望社会成本CESC和期望缺供电量QEENS的计算公式为:
为简化分析起见,本文运行成本函数仅考虑了如式(9)所示的发电成本,电力市场化环境下可计及更多因素[8],本文不做深入探讨。
式中:CMi为发电机i的单位发电成本。
停电损失函数的计算如下:
式中:PIEARi为负荷节点i的停电损失评价率,可通过问卷调查[21]等方法获得。
3 运行可靠性成本价值评估模型及算法
3.1 基于齐次Markov过程的元件瞬时概率模型
为评估电力系统在未来t时刻的运行可靠性成本价值,必须建立时间相关的元件状态概率模型。本文采用基于齐次Markov过程的元件瞬时状态概率来完整描述元件的可靠性模型。
普通发电机、变压器和线路等元件的可靠性模型采用两状态Markov模型。设元件停运率为λ,修复率为μ,如果元件初始时刻处于工作状态,则t时刻处于停运状态的状态概率pf(t)为:
事故备用机组如快速启动机组、热备用机组等的可靠性模型也采用瞬时概率模型[22]。
t时刻系统处于状态k的瞬时概率Pk(t)为:
式中:n为系统元件个数;xi为元件i在t时刻的状态,xi=1表示停运状态,xi=0表示运行状态;pfi(t)为元件i在t时刻处于停运状态的概率。
3.2 系统状态选择及状态空间截断
设系统元件总数为n,且每个元件仅有2个状态,理论上需要枚举分析2n个系统状态,对于大系统会出现维数灾问题。实际上,不可能也没有必要进行全状态空间的枚举和分析,只要使得指标的精度达到一定的要求即可。
为筛选出较大概率的状态,运行可靠性价值评估采用了快速排序技术[6],该方法能按状态概率的大小顺序排列出足够多的系统状态。本文以式(13)所示ETIC精度指标是否满足给定值作为状态空间截断的条件,指标公式的推导过程详见附录A。
式中:S为已选系统状态的集合;PDi为母线i的有功负荷。
本文算例中以E*TIC(t)>90%作为状态空间截断条件。
3.3 计及机组响应特性的系统状态分析
运行可靠性价值评估的状态后果分析采用基于交流潮流灵敏度分析的校正控制策略[9,14]。若出现发电不平衡、线路潮流越限或母线电压越限,则采取校正控制措施,计算出发电出力和切负荷量。校正控制策略不仅考虑了输电网约束,即网络潮流方程约束、线路潮流约束和母线电压约束,还考虑了机组响应特性约束,即
式中:PGimin和PGimax分别为发电机i的出力PGi的下限和上限。
式(14)反映了系统从当前状态转移到其他状态的机组出力约束。
与系统同步的旋转备用机组,其响应出力的增加是爬坡过程,t时刻机组i的最大出力PGimax为:
式中:PCi为机组i的额定容量;PGi0为机组初始时刻的有功出力;Ri为机组响应速度;TM为系统调度部门规定的备用响应极限时间,通常为10 min。
3.4 评估算法
运行可靠性成本价值评估算法流程见图1,其中求取式(5)～式(8)的时段指标采用了离散化的方法,将预测时间t划分为足够小的m个区间。
4 算例分析
IEEE RTS-79系统[23]的总装机容量为3 405 MW,负荷为2 850 MW,机组响应速率数据见文献[18],机组发电机成本数据及节点PIEARi数据见文献[24]。由于原系统给出的是规划系统数据,投入所有机组后使发电备用为16.3%,实际系统的运行中,出于经济性考虑,不会将所有备用都作为运行备用开启。为更加符合实际系统的运行情况,将系统运行备用调整为3.68%,系统容量为2 955 MW,即停运21号母线400 MW机组和22号母线50 MW机组。
本文以最优旋转备用分配方案的选择来说明运行可靠性成本价值评估的应用。算例中预测时间都取为60 min,并将其离散化为20个区间进行计算。
以下给出3个待选的旋转备用分配方案:
方案1:将系统负荷按发电机额定容量等比例分配到各台机组;
方案2:18号母线容量为400 MW的机组承担系统旋转备用,其他机组均满载。
方案3:1号母线承担20 MW、2号母线承担20 MW、13号母线承担20 MW、15号母线承担10 MW的旋转备用,其他机组均满载。
图2为方案1运行可靠性成本价值瞬时指标随预测时间的变化曲线。随着预测时间的增加,由于元件的停运概率不断增大,导致同一切负荷状态的概率增大,因而QEDNS和ETIC指标呈上升趋势;而停运的发电机不再计入系统运行成本,故CETOC指标略微下降;总的期望瞬时社会成本CETSC仍然呈上升趋势。表2列出了各时段指标。
方案2和方案3的评估结果见表2。对比3种运行方案可知:方案2的运行可靠性最低,期望运行成本和社会成本最高;方案3运行可靠性最高,且期望运行成本和社会成本最低。评估结果说明,仅用1台机组作为旋转备用的运行方式无论从可靠性方面还是经济性方面进行比较,都不如多台机组同时承担旋转备用;但若所有机组都承担旋转备用,不仅运行费用会增加,而且由于机组爬坡速度的影响,其可靠性不一定最高。
若采用规划可靠性的评估方法,不考虑旋转备用的响应特性,3种运行方式下计算出的QEDNS指标都是1.033 5 MW,无法正确区分出各种运行方式的运行可靠性水平及其成本价值。综上所述,根据期望社会成本最小的决策原则,最优的备选方案为方案3。
5 结语
本文提出了电力系统运行可靠性成本价值评估的概念和指标,建立了发、输电系统运行可靠性成本价值评估的模型和算法,通过算例验证了算法的有效性,得到如下结论:
1)运行可靠性成本价值能够反映系统在未来某一时刻或时段内的运行可靠性水平、期望运行成本、期望停电损失和期望社会成本,为电力系统的可靠和经济运行提供了综合评价的指标和方法。
2)以期望社会成本最小作为决策依据,能够为运行人员选择最优的运行方式提供有力工具,具有实际应用价值。
国家留学基金委员会和英国曼彻斯特大学提供了境外科研资助和良好的科研环境,谨致谢意!
电力系统可靠性评估方法的分析 篇8
可靠性 (Reliability) 是指一个元件、设备或系统在预定时间内, 在规定条件下完成规定功能的能力。可靠度则用来作为可靠性的特性指标, 表示元件可靠工作的概率, 可靠度高, 就意味着寿命长, 故障少, 维修费用低;可靠度低, 就意味着寿命短, 故障多, 维修费用高。
电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助设施, 按规定的技术经济要求组成的一个统一系统。发电厂将一次能源转换为电能, 经过输电网和配电网将电能输送和分配给电力用户的用电设备, 从而完成电能从生产到使用的整个过程。
通常, 评价电力系统可靠性从以下两方面入手[2]。
(1) 充裕性 (adequacy) ———充裕性是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力, 同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运.又称为静态可靠性, 即在静态条件下电力系统满足用户电力和电能量的能力。
(2) 安全性 (security) ———安全性是指电力系统承受突然发生的扰动, 如突然短路或未预料到的失去系统元件的能力, 也称为动态可靠性, 即在动态条件下电力系统经受住突然扰动且不间断地向用户提供电力和电能量的能力。
2 电力系统可靠性评估的发展
由于电力系统故障多是随机发生的, 而且很多故障超出了系统工程人员的控制能力, 因此一般说绝对的毫不中断地连续供电实际上是不可能的。为了尽量减少由于系统元件随机故障对系统供电造成的影响, 在电力规划时, 采用增加机组的办法, 但是经济性和可靠性是相互制约的, 增加投资可以提高可靠性, 然而过高的投资违反了经济性的约束。
电力系统的根本任务是尽可能经济而可靠地将电能供给各种用户。用户对供电的要求, 一是保证供电的连续性;二是保证电能的质量。由于系统内元件的随机故障, 且这些故障又超出运行调度人员的控制能力, 因此完全不间断的连续供电实际上是不可能的。随着人们对供电质量的要求越来越高, 促使电力部门寻求提高供电可靠性的途径。
电力系统可靠性评估有两方面的目的:一是为电力系统的发展规划进行长期可靠性评估;二是为制定短期的运行调度计划进行短期可靠性预测。
3 电力系统可靠性评估方法
在电力系统可靠性评估中, 分析过程一般由以下三个步骤组成:状态选择、状态估计和计算指标。其可靠性评估常采用的有两种基本方法:一种是解析法;另一种是Monte Carlo模拟法。
3.1 解析法[4]
解析法基于马尔可夫模型, 用数学方法从数学模型中评估可靠性指标。该法是利用系统的结构和元件的功能以及两者之间的逻辑关系, 建立可靠性概率模型, 通过递推和迭代等过程对该模型精确求解, 从而计算可靠性指标, 其优点在于采用了精确的数学模型。
解析法一般用于评估负荷点和系统可靠性指标的平均值或期望值, 平均值在电力系统可靠性评估中是系统的基本指标, 但在指标变化性上不提供任何信息。这种方法描述了存在于实际系统中的因果关系, 在给定的假设条件下, 一般可求得准确的结果。当系统复杂时数学方程式会变得十分复杂, 因而需要进一步地简化或近似, 许多的近似技术因此就发展起来以简化计算过程, 得到近似结果。
解析法可分为网络法、状态空间法、故障树法。
3.2 蒙特卡罗模拟法
解析法的特点是基于马尔科夫模型, 准确度较高, 适用于结构简单的小型电力系统的可靠性评估, 但其计算工作量随系统规模呈指数关系增长, 而且当系统变得越来越复杂时, 其状态空间的状态数剧增, 这必然会造成维数灾难。同时为了获得解析模型, 常常需要对系统的实际条件作较多简化, 所以其应用受到较大的限制。
蒙特卡罗方法[4]是一种以概率统计理论和方法为基础的数值计算方法, 目前广泛应用于系统可靠性的评估中。它与故障树分析技术相结合, 是对系统进行可靠性预测分析的有效的途径。它的优点是属于统计试验方法, 比较直观, 易于被工程技术人员掌握和理解, 可以发现一些人们难以预料的事故, 容易处理各种实际运行控制策略, 采样次数与系统的规模无关, 在进行复杂系统的可靠性评估时更具有优越性。据此, 采用蒙特卡洛法可以用来分析自动化系统的可靠性。
蒙特卡罗法的基本思想为:用落入失效域的样本点数与总的投点数之比值作为失效概率的估计值。
蒙特卡罗模拟法是按一定的步骤在计算机上模拟随机出现的各种系统状态, 即用数值计算方法模拟一个实际的过程, 并从大量的模拟试验结果中统计出系统的可靠性指标。随机模拟的次数与系统规模无关, 适应性强, 算法及程序结构简单。相比解析法而言, 模拟法更适合于以下问题的求解:
(1) 需要模拟非指数型分布;
(2) 需要某些输出指标的分布函数或统计数据;
(3) 故障、检修、计划检修间存在比较复杂的关系;
(4) 对于大系统, 解析法难以建立有效的数学模型的。
模拟法不仅可以随机模拟系统运行的实际方式, 不需要对实际问题作过多简化和假设, 而且考虑更加全面, 因此更适用于大型电力系统的可靠性评估。模拟法的计算程序结构简单, 只需对N次独立的试验结果进行统计与计算即可完成, 故此模拟法又称为统计试验法。
参考文献
[1]郭永基.可靠性工程原理[M].北京:清华大学出版社, 2001.
[2]郭永基.电力系统可靠性原理和应用 (上) [M].北京:清华大学出版社, 1983.
[3]郭永基.电力系统计电力设备的可靠性[J].电力系统自动化, 2001, 25 (17) :53-56.
配电系统可靠性评估综述 篇9
1 电力系统可靠性评估发展概述
在电力系统发展早期, 电力系统只能通过调度员在调中心凭借运行经验来指挥系统运行, 由于技术等原因无法对系统做出客观的性能评价。随着能量管理系统 (energy management system, EMS) 的出现, 计算机技术和通信技术的不断发展电力系统的评估发展可大致分为三类:确定性安全评估;常规可靠性评估;风险评估。
1.1 常规可靠性评估
可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内, 在规定的条件下完成规定功能的能力[1]。电力系统可靠性是可靠性理论在电力系统中的应用, 是对电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量能力的度量[2]。
电力系统规模巨大、结构复杂, 如果从整体来对系统进行可靠性评估势必算法复杂、计算困难。所以通常将电力系统划分为几个子系统分别来进行可靠性研究, 一般将电力系统可靠性研究分为三个层次。第一层为发电系统可靠性评估, 又称电源可靠性评估;第二层为输发电系统可靠性评估, 第二层是在第一层上增加了输电系统可靠性评估;第三层是包括发输配电系统在内的电力系统可靠性评估, 由于问题的复杂性, 目前只单独进行发电厂变电所电气主接线或配电系统可靠性评估[3]。
电力系统可靠性还包括充裕度 (adequacy) 和安全性 (security) 两方面。充裕度指的是在系统发、配、输的过程中设备额定容量和电压波动容许限度内, 考虑元件的计划与非计划停运以及约束条件下连续的向用户提供电力的能力。安全性指的是输发电系统能够经受住系统突然扰动任然能够继续持续向用户供电的能力。
1.2 确定性的静态安全评估
基于SCADA/EMS的静态安全评估已经广泛应用于电力系统的实时调度, 它是典型的基于确定性准则的运行评估。该方法是根据最近时刻的系统状态估计信息形成预想故障集, 然后通过快速近似法对预想故障按后果严重性程度进行排序, 然后对严重故障进行详细分析, 并根据这些分析来判断当前运行安全性, 将其归于相应的运行状态 (正常状态、警戒状态、紧急状态、极端紧急状态或恢复状态) , 同时给出必要的预防控制措施、安全校正措施以及紧急控制措施[4]。简单来说静态安全评估主要包括三部分:故障定义及维护;故障扫描;故障详细分析。
1.3 配电系统可靠性研究方法
国外对可靠性评估的研究开展的比较早, 早期的研究以统计分析收集数据为主。经过各国多年的努力与研究, 在配电网规划方面许多国家都已经把配电网可靠性评估作为必要的一项工作。并且收集了大量的配电网可靠性评估原始数据和建立了比较全面完整的配电网可靠性指标体系。目前国内网对于配电网可靠性评估的研究主要集中在算法, 模型与指标上。在算法方面国内外现有的主要分为两大类:解析法和模拟法。
2 计及多因素的电力系统可靠性评估的发展方向
2.1 计及可中断负荷可靠性评估
如今电力行业二次改革势在必行, 输配分家更是此次改革社会各界关注的重中之重, 我们不难看出输配分家势必将电力行业引入更新更广的市场竞争机制中去。作为电力市场中近些年的研究热门可中断负荷 (Interruptible Load IL) 必将得到广泛应用。那么可中断负荷对系统可靠性的影响值得我们去探究。可中断负荷作为需求侧用户参与电力市场的一种方式, 通过与配电公司签订合同在负荷高峰时段主动中断负荷来获得一定的补偿, 可以很好的起到削峰填谷的作用, 缓解供电压力, 提高供电质量与供电可靠性。通过该方法不仅可以使得对供电可靠性要求不高的用户获益, 而且还可以提高重要负荷的供电可靠性。
2.2 计及分布式电源的可靠性评估
分布式电源 (distributed generation DG) 作为集中式发电的一种补充, 越来越受到人们的关注。为我国节能减排, 保护环境政策提供强力支持。但是分布式电源的接入往往对电网会产生一些不利的影响, 例如分布式电源接入配电网后, 配电网将从传统辐射状的无源网络变为一个遍布中小型电源和负荷的有源网络, 潮流也不再单向的由变电站母线流向负荷。在这样的情况下研究分布式电源对配电网可靠性的影响愈发紧迫。
3 结论
可以预见, 电力系统可靠性评估将广泛的应用于电力系统规划、设计、检修等过程。用于检测和监管电力系统及其各部分潜在的威胁与危险。预计危险的可能性, 从而减少人身事故的发生, 尽最大可能性减少国家与用户经济财产损失。随着我国电力二次改革的不断推进与电力市场的飞速发展, 我相信可靠性研究必将成为今后电力工程界最为关心的问题之一。再未来的电网建设运行过程中发挥最大的作用。
参考文献
[1]郭永基.电力系统可靠性原理和应用 (下册) [M].北京:清华大学出版社, 1986.
[2]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[3]孙元章, 程林, 何剑.电力系统运行可靠性理论[M].北京:清华大学出版社, 2012.
电力系统可靠性的几种评估方法 篇10
一、电力系统的可靠性评价因素
电力系统的可靠性评价通常从其充裕性和安全性两方面入手。充裕性主要是保证用户的电能和电力总需求的持续供应,同时也应考虑到电力系统元件的合理期望的非计划停运和计划停运。在对电力系统的发展与运行规划时,尤其是在电源规划中,充裕性指标是评估可靠性的常用手段;而在电网的运行管理和规划中,通常以安全性指标来评估可靠性。
二、可靠性指标的种类
为了便于可靠性预测的实行和不同场合的需要,一般用定量的系统可靠性指标进行度量。现已有大量的指标,主要有以下几种:概率、频率、期望值和平均持续时间,他们分别从不同角度来描述系统可靠性的状况,优缺点共存。因此,实际应用中多是结合多种指标对同一系统进行描述,使其互补不足。如停电的频率和概率无法提供具体的停电量度,通常利用期望值来加以补充。
三、电力系统的可靠性评估方法
(一)解析法。
通常解析法是在马尔可夫模型的基础上,利用数学方法在数学模型中进行可靠性指标的评估。解析法通常是利用系统结构、元件功能和两者间逻辑关系,进行可靠性模型的建立,利用迭代和递推过程确定模型的精确值,进一步得出可靠性指标,能够获得精确的数学模型是该方法的主要优点。由于多数系统与子系统均可以数字模型来描述,所以该方法的实际应用较多,并用其描述大规模的系统可靠性指标。系统的可靠性指标的期望值或平均值、负荷点的评估均可使用解析法。电力系统的可靠性评估中平均值为基本的系统指标,但不提供任何有关指标变化性的信息。该方法对实际系统中存在的因果关系进行描述,通常在既定的假设条件下,可求得准确结果。系统复杂数学方程式也会变得极为复杂,这时就有必要进行简化或近似,近似技术就此发展起来以便简化计算的过程,求得近似结果。解析法通常也可采用严格的算法和数学模型,因此在系统组合故障发生较少时采用解析法极为有效。也就是说元件故障发生较少并产生重要的影响、元件数目并不太多时,采用解析法可充分发挥准确的模型和清晰的物理概念的优点,准确计算并取得理想的结果。但在元件数量逐渐增加、计算量呈直线上升的情况下,系统规模发展到一定程度时,再使用解析法就存在一定的困难了。为此,众多学者在减少计算量的基础上提出了相应的改进算法。解析法在电力系统的可靠性评估中已经逐渐发展成熟了,并在英、美、加等国得到了普遍的应用。通常还可将解析法细分为状态空间法、故障树法和网络法,本文就不具体介绍了。
(二)蒙特卡罗模拟法。
由于解析法是以马尔科夫模型为基础的,虽然其准确度较高,但其仅适用于结构简单且规模小的电力系统可靠性的评估。在当前电力系统的计算工作量与系统规模的逐渐增长、系统发展越来越复杂的情况下,电力系统的状态空间状态数也是与日俱增,维数灾难已经成为系统发展的必然状况。为了在同时获得数据的解析模型,经常会简化系统实际条件,因此,解析法的使用存在较大的限制。而蒙特卡罗方法则是一种以概率统计理论与方法为基础的数值计算方法,该方法在当前的评估系统可靠性中的应用较为广泛。它结合了故障树的分析技术,是实现系统可靠性预测的有效的分析途径。由于它属于统计的试验方法,它的实现方式较为直观,工程技术人员易于理解和掌握,通常它可以预测到一些人们预料之外的事故,有利于实现对各种实际运行的控制策略的处理,而且该方法的采样次数并不受系统规模的影响,对于较为复杂的系统可靠性进行评估时具有更为优越的特性。因此,蒙特卡罗法的采用可以实现对自动化系统可靠性的分析。蒙特卡罗法的直接基本思想为:将失效域的落入的样本点数和总投点数之间的比值作为系统的失效概率的估计值。该方法根据一定的步骤利用计算机来模拟各种随机出现的系统状态,简单来说就是用数值计算的方法来模拟一个实际过程,在大量的模拟试验结果中来进行系统可靠性指标的统计。系统对其并不影响随机模拟的次数,它具有适应性较强、程序结构和算法简单等特点。
电力系统可靠性评估 篇11
关键词：关键功能部件；可抗性；数控机床；作用
前言
随着我国科技与企业的不断发展，极大地促进了我国国民经济的稳步上升，基于这种趋势，对于关键功能部件管理又有了新的定义，令其变成不仅是所有管理机制内在有机联系的核心，更是影响和决定着其他管理类型发展的主要因素。但由于我国目前的数控机床项目技术发展较快，关键功能部件管理的革新难以跟上时代变化的步伐，导致对于关键功能部件管理主要概念理解的空白化和偏解化，也因此牵制了数控机床项目技术的规划。本文通过对关键功能部件管理在数控机床可靠性评估中的作用进行讨论，以期在解决数控机床可靠性评估方面的问题时提供相应的帮助，进一步促进企业乃至国家的长久发展。
1.关键功能部件管理在数控机床可靠性评估中的重要意义
数控机床产业是为国防军提供基础装备和装备制造业的战略产业，在装备制造业中占有着相当重要的地位，目前的世界综合制造实力竞争中，数控机床的性能水平的高低以及数控机床的拥有量成为了最主要的竞争项目之一，它的发展水平对一个国家乃至民族来说，为国民经济的发展以及国家安全的稳定都有着一定的现实意义，其作为新时代下的制造业主流加工设备，已经深程度的影响到了国家机械工业的综合竞争力[1]。
由于我国的数控机床产业链条到目前来说还并不是很完善，对于其关键功能部件的制造技术水平还比较低，并且精度保持性以及性能可靠性还不够高，而关键功能部件的行业企业规模普遍较小，在技术设备与生产上力量还比较薄弱，这就导致了产品的可靠性难以提高，进而影响到了数控机床评估的可靠性。
2.关键功能部件管理在数控机床可靠性评估中的作用
与关键功能部件管理在数控机床可靠性评估中的重要意义相比，关键功能部件管理在数控机床可靠性评估中的作用又有着不同之处，其主要表现在以下三点：
2.1关键功能部件的合理化管理可以有效地确定可靠性指标
关键部件的合理化管理对于数控机床可靠性指标的确定有着相当重要的影响，在国内，目前还没有建立起数控机床评价可靠性指标的体系，主要表现在没有明确的给出针对产品的相关可靠性定义。只有设立关键功能部件的可靠性指标，才能够实现数控机床评估的可靠性，为此必须建立起科学完整的可靠性指标确立方法以及指标体系[2]。
2.2关键功能部件管理能够完善数控机床可靠性评估系统
在进行数控机床可靠性评估的时候，需要对关键功能部件进行调查，在这一过程中，就显示出了科学合理关键部件管理的重要性了，只有对这些关键功能部件进行合理的统计以及计算，才能够将实际的数据传达到数控机床的可靠性评估系统中，进而完善数控机床可靠性评估系统。
2.3合理的关键功能部件管理能够减少数控机床可靠性评估的误差
由于关键功能部件管理的系统化以及规范化，能够完全呈现出实际数控机床工作运行的证实情况，这就减少数控机床可靠性评估的误差。
3.关键功能部件管理的发展前景
现今，我国关键功能部件管理体制正处于新旧交替的中间地带，主要有两个较为明显的特点。第一点，不同的数控机床企业体制的发展，标志着关键功能部件管理的基础初步形成以及自主化程度的提高，其运行体制的特点是在新时代的首要条件下作为运行主体的政府仍然起着较为重要的指导和管理的作用，虽然数控机床相关的各个企业得到了较为长足的发展，但由于关键功能部件管理手段的不够合理以及管理权限的不够明确，加之这些企业及机构之间缺乏横向的合作与联系，使得在运行中的某些程度上表现出自我发展的无序性，特别是在较大型的数控机床产业上，不得不依靠于政府相关部门的技术支持与管理帮助，以管理客体的方式存在于基层企业数控机床管理体系中，在某些程度上极大地限制了我国数控机床产业中关键功能部件管理方面的发展[3]。第二点，在建国后的长期计划经济体制为背景的前提下，形成了政府包办数控机床关键功能部件管理的做法和单位制的关键功能部件管理形式，依然以较大的惯性影响着整个关键功能部件管理体系；但现今我国已经意识到这个问题的严重性，并且采取了相应的措施，这就使得数控机床关键功能部件管理具有更加良好的发展前景。
4.结论
关键功能部件的管理是现今数控机床最重要的依据，其实现了理论与实际的和谐统一。坚持合理科学的关键功能部件管理模式，把使用和培养具有综合素质的人作为整个管理活动的中心，并在现实实践中，将相关管理人员的综合素质进行全面的提高使得关键性功能部件管理模式得到进一步完善，进而有效的提高数控机床可靠性评估的准确率以及合理性，实现工业企业数控机床可靠性评估和企业管理机构的的二者和谐统一，对于全面推进企业的管理工作发展都有着重要的实际意义和理论意义，为我国工业方面的发展打开了一个良好的开端。
参考文献：
[1]李南，卢晓红，韩鹏卓，武文毅.数控机床及其关键功能部件可靠性研究综述[J].组合机床与自动化加工技术，2012（11）：105-108.
[2]赵仲琪.关于高档数控机床关键功能部件可靠性技术研究的探讨[J].陕西省机械工程学会，2010（3）：123-126.
配电系统的可靠性评估方法探讨 篇12
当前我国在规划配电系统的过程中, 一般都不设置具体的可靠性目标, 而是采用隐性处理的方式, 这样配电系统在投入使用时, 就需要花费大量资金维护供电的可靠性。为了避免这种规划方式的弊端, 需要采用科学的手段对配电系统可靠性进行评估, 按照实际需求对电力资源进行合理分配, 减低供电费用, 提升配电系统运行的可靠性。
1配电系统可靠性分析思路
配电系统可靠性分析的主要目标就是可以准确评价出系统运行时的可靠性, 并将评估结果作为依据, 对设计中存在的问题进行修正。具体评估思路如下:首先, 对系统数据进行分析, 评估历史的可靠性, 就是根据历史数据判断系统运行能力。一般都是由系统运行部门负责这项工作, 分析系统没有大大预期可靠性的原因, 判断系统的薄弱环节在哪。如果问题出在设计方案上, 需要与工程规划部门共同合作解决问题。其次是制作预测模型, 就是根据备选设计方案预测系统未来一段时间内运行的可靠性, 主要是针对配电系统中的某一个部分, 预见其在运行时有可能出现的问题, 提出提升系统运行可靠性的方法。最后是校正预测模型, 预测模型建立以后, 需要将历史数据作为依据对其进行校正, 使其与历史情况相符, 这样才能保证预测模型不脱离实际。值得注意的是, 模型校正是一个非常复杂的过程, 需要配电系统运行部门提供真实、完整的历史数据, 并考虑到系统运行的外界环境因素, 用电需求变化因素等, 将所有因素都考虑到, 然后对参数进行谨慎调整, 这样才能对系统未来运行状态进行准确预测, 判断其可靠性是否可以达到预期要求[1]。
2配电系统可靠性评估方法
2.1计算流程
第一, 需要设置一个可靠性限值, 主要包括两项内容, 一是基本目标值, 二是所允许的偏差范围;第二, 在计算程序中输入模型和相关数据, 数据可以来源于现有系统, 也可以来源于拟建的配电系统; 第三, 启动计算程序, 开始计算, 得出预期可靠性。这种评估性的计算主要包括两项内容, 一是预期停电频率, 二是预期停电时间, 一般都是采用图形的方式显示计算结果, 这种方法比较直观, 一旦某个结果超过合格范围, 用户一眼就可以看出;第四, 需要对计算结果进行审查, 如果计算结果与预期相差太多, 需要将该结果作为依据对系统模型进行调整;第五, 重新运行经过调整后的模型, 得到新的结果, 重复上述步骤, 直到得到令人满意的结果为止。根据结果修改设计时, 通常采用两种方法, 一是根本原因分析方法, 适合用于确认可靠性较低的水平, 需要判断出在这种情况下设备的使用会受到哪些影响;二是灵敏度分析方法, 适合用于确认可靠性较高的水平, 需要判断出在这种情况下设计对系统可靠性产生哪些影响。实际上这就是对设备参数进行微量调整的过程, 能够反映出系统可靠性的变化 [2]。
2.2网络模拟评估法
该种方法将电力系统的拓扑结构作为基础, 就是把实际网络转换为可靠性网络, 这一网络将设备的串并联作为基础。串联设备中, 一旦其中一台设备出现停运问题, 整个链条中的设备都会受到影响, 且失效率问题会累加。并联设备中, 需要根据容量来确定设备是否存在冗余, 如果存在, 需要停运其他并联路径。具体计算过程如下:首先是模拟配电系统的拓扑结构, 将这些结构转换成一些“表达式”, 这些表达式具有明显的串并联可靠性特征;其次是计算, 这些表达式以控制系数的形式展现在计算机模型中, 对系统可靠性进行计算。最终的计算结果显示了电源与负电荷之间的连续性, 代表二者之间不发生中断的可能性。网络模拟评评估法最大的优点就是操作简单, 一般用于与基本可靠性评估上。最大的缺点是评估过程的动态性不好, 不能对开关切换过程进行及时响应, 且适用范围较窄, 只能用于基本拓扑结构中, 结构中任何一个环节发生变化, 就无法完成模拟过程[3]。
2.3马尔科夫模拟评估法
该种方法主要是对系统运行状态进行评估, 将评估重点放在状态的转换上, 模拟过程中可以辨识出各种运行状态, 实现状态间的灵活转换, 可以再现系统的转换条件, 并根据这些模拟过程以及结果计算出系统处于某种状态下的时间, 具体计算过程如下:首先, 建立状态空间图, 该图要能够反映出元件的状态转移过程, 一共包含2N个状态数, 其中N代表运行与停运的状态数;其次, 将状态空间图作为依据建立转移矩阵, 其中的维数代表系统状态数, 就是说状态与列、行之间一一对应;第三, 利用马尔科夫过程逼近原理, 用数学式表示就是PT=P, 其中P代表极限状态概率矢量, T代表转移矩阵;第四, 上一步骤的计算中, 得出独立矩阵的个数为N-1个, 因此需要对其添加全概率条件, 保证所有状态的概率加和为1, 最终得到一个矩阵方程;最后, 采用线性代数计算方法解出矩阵, 得到最终结果, 这个结果就是配电系统处于各种运行状态下的概率。这种模拟评估方法的最大优点就是灵活性较高, 适应性强, 尤其适用于那些转换细节比较明确的配电系统。但是这种模拟评估方式也有自身的弱点, 一是缺乏记忆力, 就是模拟过程与状态的形成过程无关;二是计算量方面有较大弱势, 尤其是N值比较大时, 建立状态空间图时就存在困难[4]。
2.4解析模拟评估法
与上一种状态不同的是, 其不需要对事故状态进行一一列举, 而是采用以下方式:首先, 根据配电系统运行历史数据选择一个事故, p为该事故发生的可能性;其次, 对系统对这一事故的反应进行模拟, 并计算相应参数, 判断出事故对系统元件的影响;第三, 使用概率p及上一步的计算结果综合评定该事故对系统的影响;最后, 选择一个新的事故, 重复上一个步骤, 直到将所有可能发生的事故都模拟完成为止。整个模拟过程中最重要的就是第二步, 因为系统发生事故以后, 有可能会引发一系列复杂事件, 事故对供电的影响方式不同, 要求能够模拟出事故发生后的一系列事件, 准确判断出相同事故对不同用户产生的负面影响。这种方法的最大优点就是可以对配电系统的可靠性进行量化模拟, 准确度较高[5]。
3结束语
配电系统的可靠性对整个电网系统的运行产生重要影响, 进而影响社会生产以及人们的正常生活, 因此应当采用科学的方法对配电系统稳定性进行模拟评估。实践证明, 每种模拟方法都有自身的优势和劣势, 需要技术人员根据实际情况合理选择, 提升评估的准确性, 提高配电系统运行的可靠性。
摘要：所谓配电系统的可靠性评估, 就是采用现代分析工具对配电系统参数进行设置, 包括停电频率以及停电时间等, 如果参数设置的比较合理, 系统就可以按照预期规划运行, 实现系统可靠性的控制。文章简述了配电系统可靠性分析的思路, 分析了具体评估方法。
关键词：配电系统,可靠性,评估方法
参考文献
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[2]任震, 万官泉.参数不确定的配电系统可靠性区间评估[J].中国电机工程学报, 2003, 12:71-76.
[3]齐先军, 彭翔天.基于浴盆形故障率函数的配电系统可靠性评估算法[J].电力系统保护与控制, 2015, 5:81-87.
[4]沈宏, 付广春.改进最小路法在配电系统可靠性评估中的应用[J].中国电力, 2010, 10:20-22.