CN101968864A - 以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法。它的步骤为：第1步，确定需要评价的输电设备；第2步，选定一个需要评价的元件；第3步，保存系统初始化运行环境数据；第4步，还原系统初始化运行环境；第5步，年度电力系统风险评估；第6步，判断是否达到指定运行次数或满足计算精度要求；若是，进入第7步；否则，返回第4步；第7步，统计系统可靠性与风险指标；第8步，判断所有需要评价的元件是否完成；若是，则进入第9步；否则，返回第2步；第9步，统计元件重要性指标，进行排序；综合每个设备推出后造成的系统相应的经济、安全、环境指标，三者按照一定的权重进行叠加，得出这些设备对应的总的指标，然后进行排序。

Description

以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法

技术领域

本发明涉及一种以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法。

背景技术

当前，电力系统在结构、运行和管理方面正发生着巨大的变化，技术的进步和客户期望的不断提高是其驱动因素。电力公用事业面临着越来越大的不确定性，只有正确地操作现有的系统并合理地规划未来的系统才能保证电力工业的健康发展。

在电力市场环境下，为适应这种环境的改变，需要及时更换和修缮老旧设施，并不断优化的系统配置，以提高输、配电效益、改善系统运行的可靠性、降低系统运营的成本。为更好地在提高系统运行可靠性和降低运营成本这一矛盾中达到平衡，要求现代电力系统必须对其运行风险进行定量的评估，充分考虑运行中可能发生的严重情况，以保证系统运行于可接受的风险水平内。

电力系统中正常运行的设备由于绝缘老化、机械故障等诸多因素会造成其功能失效，对设备进行检修是保证设备正常使用寿命、提高运行可靠性的重要手段，也是电力系统日常工作的重要组成部分。随着我国经济的快速发展，输配电网络呈现出规模不断扩大、电压等级不断提高、输电容量不断增加等特点，系统中各类设备的数量在不断地增加；此外，用户对供电可靠性和供电质量的要求日益提高，从而导致了电力企业维修工作量的不断增加，而且费用也在不断攀升，检修费用已成为电力企业最基本和最主要的成本之一。如何提高设备的维修效率，减少维修成本，同时，保证整个电力系统运行在可接受的可靠性水平，是电力企业技术改造和制度创新的重要目标。

对设备进行检修的目的主要有两点：(1)维持设备的正常使用寿命；(2)避免运行中的突发故障。可见，检修工作是非常有意义的，该意义体现在投资和电网运行的双重效益，尤其在当今环境下意义非同寻常。理由在于：(1)输、配电设备耗费大量有限资源和资金，尽量提高其使用时间和使用效率对电力系统来说就是效益；(2)随着电网规模的扩大和电压等级的提升，任一设备发生故障将不仅仅影响到其本身，还可能对系统产生更大的不良影响，因此，安排检修计划时不仅要关注设备本身的状态，还要考虑设备停运后对整个系统的影响；(3)电网具有社会公益性属性，在一定条件下保证其安全、稳定运行不仅关乎电力企业的经济利益，更是社会效益的驱使。

电网中的主要设备都是可修复元件，修复时机的选择不仅影响着设备本身，也影响着系统的整体效益。电网中处于运行状态的设备一旦发生故障，不仅会造成其本身功能失效，还有可能波及到其周边的其它设备，从而扩大故障的范围。更为重要的是，因故障造成某元件退出运行，可能会引起电网中的其它元件过载，从而可能引发更为严重的事故，甚至造成恶劣的影响。有效的检修可以降低设备发生故障的概率，从而避免因事故所造成的各种影响和损失，降低运行费用；但是，检修不仅需要大量经费的投入，更为重要的是，检修期间由于检修设备的退出运行很可能会造成整个电力系统运行可靠性的降低，从而提高设备检修期间的系统运行风险。因此，决定是否对设备进行检修以及何时进行检修不能仅仅根据设备自身的运行状况，还要考虑设备在电网中的重要性，综合进行评判。尤其是在检修经费有限的情况下，需要计及系统的风险水平，合理制订检修计划。显然，对于运行状态较差及故障后果严重的设备要优先进行维修，这就要求我们对设备在整个电网中的重要性进行评价和排序。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前电力系统中在进行检修决策时只能依靠经验对检修时机进行安排的现状，提供一种以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法，它可以有效提高设备检修时电网的安全性和可靠性，在充分考虑设备缺失后对整个电力系统的影响，以可能造成的系统期望指标变化的大小来衡量该设备对整个电力系统的价值，综合计及故障发生的概率和所造成的影响，得到相应的经济、安全、环境风险指标，并以此为依据对设备的重要性进行排序，实现对检修工作的辅助决策。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法，它的步骤为：

第1步确定需要评价的输电设备，通过设备在线监测信息和离线检查信息，对设备状态进行评价，其中状态比较严重的为需要评价的元件；

第2步选定一个需要评价的元件，并在待评价的设备序列中消去；

第3步保存系统初始化运行环境数据；

第4步还原系统初始化运行环境；

第5步年度电力系统风险评估；

第6步判断是否达到指定运行次数或满足计算精度要求；如果达到指定运行次数或计算精度要求，则进入第7步，统计系统可靠性与风险指标；否则，返回第4步，重新取样计算；

第7步统计系统可靠性与风险指标，包括非计划切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第8步判断所有需要评价的元件是否完成；如果完成，则进入第9步，进行元件重要性指标计算并按其重要性进行排序；否则，返回第2步，对下一个元件进行评价；

第9步统计元件重要性指标，并进行排序；综合每个设备推出后造成的系统相应的经济、安全、环境指标，三者按照一定的权重进行叠加，得出这些设备对应的总的指标，然后进行排序。

所述第5步的具体过程为：

1)状态持续时间抽样，按照时序，在一个时间跨度上进行模拟，采用状态持续时间抽样法；首先以系统初始运行环境断面作为模拟初始状态，对每一原件停留在当前状态的持续时间进行抽样，不断进行抽样，直至得到每一元件整个年度的状态样本；

2)某个时刻系统的断面数据；利用状态持续时间抽样结果，获取该时刻的系统状态，并结合发电模式与负荷模式预测信息，形成该时刻的系统断面数据；

3)某个系统断面是否计算过；新得到的系统断面与历史断面相比较，如果能够找到相似断面，则直接获取该历史断面的计算结果，作为本断面的计算结果；否则，进入下一步；

4)对各场站进行拓扑分析，生成系统接线图；

5)潮流计算；利用拓扑分析结果和相应发电、负荷信息，进行交流潮流计算；如果潮流计算不收敛，进入优化程序；如果潮流计算收敛，计算得到节点电压、线路载流等信息；

6)是否收敛并满足约束；判断潮流计算是否收敛，或潮流计算收敛，潮流计算信息量是否满足约束条件；二者只要有一个不满足，则进入优化程序；

7)优化潮流计算；对于潮流计算不收敛或者潮流不满足约束，则进行发电机再调度，对于比较严重的情况，进行最小切负荷计算；

8)判断系统的所有断面是否计算完成；如果完成，则结束本年度的模拟，统计该年度的风险指标；否则，返回第二步，继续进行该年度的模拟；

9)统计该年度的风险指标。包括期望切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

10)结算本年度的模拟。

所述第7步中，所述系统可靠性与风险指标，分为经济、安全、环境指标，并最终获得综合指标，其定义分别为，

(1)经济指标：

$R_1=\mathrm{EENS}\·C_{\mathrm{kWh}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{C1i}{P}_i$

式中：

EENS-期望缺供电量

C_kWh-单位失负荷成本

E_C1i-设备i维修单价的期望

P_i-设备i的故障概率

n-系统中总的元件数；

(2)环境指标：

$R_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{C2i}{P}_i$

式中：

E_C2i-设备i损坏对环境影响的期望值

P_i-设备i的故障概率

n-系统中总的元件数

(3)安全指标：

$R_3=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{EENS}}_i\·C_{\mathrm{kWhi}}$

式中：

EENS_i-变电站i的期望缺供电量

C_kWhi-变电站i单位失负荷对安全的影响因子

m-系统中总的变电站数。

本发明的有益效果是：

附图说明

图1为本发明的设备重要性评价流程图；

图2为年度电力系统风险评估流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，通过现场监测数据、历史运行数据等分析，对设备状态进行评价，对于设备状态严重等级及以上的设备进行重点处理。对这些设备在系统功能实现过程中的作用进行评价，然后根据影响的大小进行设备重要性评价。本发明利用电力系统风险评估算法，对需要评价的设备，使其退出运行，其他设备随机故障，进行系统风险评估，得出该设备重要性指标。

第1步，确定需要评价的输电设备。通过设备在线监测信息和离线检查信息，对设备状态进行评价，其中状态比较严重的为需要评价的元件；

第2步，选定一个需要评价的元件，并在待评价的设备序列中消去；

第3步，保存系统初始化运行环境数据。在对系统进行年度风险评估时，系统中的一些数据(如线路、断路器的运行状态等)在模拟过程中，随机取样，系统的运行数据发生变化。当开始新的年度风险模拟的时候，就需要还原系统的初始运行环境；

第4步，还原系统初始化运行环境。由于模拟的过程中，系统运行环境数据变化，这就要求进行新的模拟时，必须还原系统初始化运行环境数据；

第5步，年度电力系统风险评估；

第6步，判断是否达到指定运行次数或满足计算精度要求。如果达到指定运行次数或计算精度要求，则进入第7步，统计系统可靠性与风险指标；否则，返回第4步，重新取样计算；

第7步，统计系统可靠性与风险指标，包括非计划切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第8步，判断所有需要评价的元件是否完成。如果完成，则进入第9步，进行元件重要性指标计算并按其重要性进行排序；否则，返回第2步，对下一个元件进行评价；

第9步，统计元件重要性指标，并进行排序。综合每个设备推出后造成的系统相应的经济、安全、环境指标，三者按照一定的权重进行叠加，得出这些设备对应的总的指标，然后进行排序。

所述年度电力系统风险评估模块，流程图见图2，其过程为，

1)状态持续时间抽样。本发明按照时序，在一个时间跨度上进行模拟，采用状态持续时间抽样法。首先以系统初始运行环境断面作为模拟初始状态，对每一原件停留在当前状态的持续时间进行抽样，不断进行抽样，直至得到每一元件整个年度的状态样本；

2)某个时刻系统的断面数据。利用状态持续时间抽样结果，获取该时刻的系统状态，并结合发电模式与负荷模式预测信息，形成该时刻的系统断面数据；

3)某个系统断面是否计算过。新得到的系统断面与历史断面相比较，如果能够找到相似断面，则直接获取该历史断面的计算结果，作为本断面的计算结果；否则，进入下一步；

4)对各场站进行拓扑分析，生成系统接线图；

5)潮流计算。利用拓扑分析结果和相应发电、负荷信息，进行交流潮流计算。如果潮流计算不收敛，进入优化程序；如果潮流计算收敛，计算得到节点电压、线路载流等信息；

6)是否收敛并满足约束。判断潮流计算是否收敛，或潮流计算收敛，潮流计算信息量是否满足约束条件。二者只要有一个不满足，则进入优化程序；

7)优化潮流计算。对于潮流计算不收敛或者潮流不满足约束，则进行发电机再调度，对于比较严重的情况，进行最小切负荷计算；

8)判断系统的所有断面是否计算完成。如果完成，则结束本年度的模拟，统计该年度的风险指标；否则，返回第二步，继续进行该年度的模拟；

9)统计该年度的风险指标。包括期望切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

10)结算本年度的模拟。

所述系统可靠性与风险指标，分为经济、安全、环境指标，并最终获得综合指标，其定义分别为，

(1)经济指标：

$R_1=\mathrm{EENS}\·C_{\mathrm{kWh}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{C1i}{P}_i$

式中：

EENS-期望缺供电量

C_kWh-单位失负荷成本

E_C1i-设备i维修单价的期望

P_i-设备i的故障概率

n-系统中总的元件数

其中，非计划切负荷期望和设备故障概率是模拟计算的结果；设备维修单价的期望值根据设备的电压等级和设备类型，由经验给出；单位失负荷成本的计算则比较复杂，取决于很多非技术因素。由于我国电力发展的特点，不能照搬国外的研究结果。

本发明基于国民生产总值的方法，利用计算区域的GDP除以其总用电量，得到每千瓦时的价值，以此作为电网单位失负荷的成本。

(2)环境指标：

$R_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{C2i}{P}_i$

式中：

E_C2i-设备i损坏对环境影响的期望值

P_i-设备i的故障概率

n-系统中总的元件数

其中，设备损坏的概率由模拟计算的结果得到；设备损坏对环境影响的期望值则需要依据设备类型、电压等级、工作原理等因素综合得到该设备损坏后对环境的影响度(轻度污染、中度污染、严重污染)，如下表所示。

环境影响度	轻度污染	中度污染	严重污染
				取值范围EC2i	3	6	9

(3)安全指标：

$R_3=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{EENS}}_i\·C_{\mathrm{kWhi}}$

式中：

EENS_i-变电站i的期望缺供电量

C_kWhi-变电站i单位失负荷对安全的影响因子

m-系统中总的变电站数

其中，各变电站切负荷量的期望由模拟计算的结果得到；单位切负荷对安全的影响根据各变电站的负荷构成给出。

故障发生后对安全的影响需要考虑人身和电网两个方面，各占50％的权重，得到各个变电站每单位一、二、三类负荷缺失后对安全的影响因子，如下表所示。

对于各个变电站，可根据其各类负荷所占比重，利用下式综合获得其每单位负荷缺失对环境的影响因子。

$C_{\mathrm{kWhi}}=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}0.5\·(C_{\mathrm{kWhi}1}+C_{\mathrm{kWhi}1})\·W_i$

式中：

i＝1～3-负荷类型，1-一类负荷，2-二类负荷，3-三类负荷

W_i-变电站i中各类负荷所占比重

(4)综合指标：

由于经济指标、环境指标和安全指标具有不同的量纲，若直接人为地赋予其一定的权重，再求取综合指标排序必然具有较大的主观性。因此，本课题采取综合排名的方法对设备在电网中的重要性进行排序，即分别按照经济指标、环境指标和安全指标进行排序，然后对各个设备的序号加权相加，得到最终的综合指标。经济指标、环境指标和安全指标的权重分别为：0.4、0.4、0.2。

Claims (3)

1.一种以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法，其特征是，它的步骤为：

第1步，确定需要评价的输电设备，通过设备在线监测信息和离线检查信息，对设备状态进行评价，其中状态比较严重的为需要评价的元件；

第2步，选定一个需要评价的元件，并在待评价的设备序列中消去；

第3步，保存系统初始化运行环境数据；

第4步，还原系统初始化运行环境；

第5步，年度电力系统风险评估；

第6步，判断是否达到指定运行次数或满足计算精度要求；如果达到指定运行次数或计算精度要求，则进入第7步，统计系统可靠性与风险指标；否则，返回第4步，重新取样计算；

第7步，统计系统可靠性与风险指标，包括非计划切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第8步，判断所有需要评价的元件是否完成；如果完成，则进入第9步，进行元件重要性指标计算并按其重要性进行排序；否则，返回第2步，对下一个元件进行评价；

第9步，统计元件重要性指标，并进行排序；综合每个设备推出后造成的系统相应的经济、安全、环境指标，三者按照一定的权重进行叠加，得出这些设备对应的总的指标，然后进行排序。

2.如权利要求1所述的以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法，其特征是，所述第5步的具体过程为：

1)状态持续时间抽样，按照时序，在一个时间跨度上进行模拟，采用状态持续时间抽样法；首先以系统初始运行环境断面作为模拟初始状态，对每一原件停留在当前状态的持续时间进行抽样，不断进行抽样，直至得到每一元件整个年度的状态样本；

2)某个时刻系统的断面数据；利用状态持续时间抽样结果，获取该时刻的系统状态，并结合发电模式与负荷模式预测信息，形成该时刻的系统断面数据；

3)某个系统断面是否计算过；新得到的系统断面与历史断面相比较，如果能够找到相似断面，则直接获取该历史断面的计算结果，作为本断面的计算结果；否则，进入下一步；

4)对各场站进行拓扑分析，生成系统接线图；

5)潮流计算；利用拓扑分析结果和相应发电、负荷信息，进行交流潮流计算；如果潮流计算不收敛，进入优化程序；如果潮流计算收敛，计算得到节点电压、线路载流等信息；

6)是否收敛并满足约束；判断潮流计算是否收敛，或潮流计算收敛，潮流计算信息量是否满足约束条件；二者只要有一个不满足，则进入优化程序；

7)优化潮流计算；对于潮流计算不收敛或者潮流不满足约束，则进行发电机再调度，对于比较严重的情况，进行最小切负荷计算；

8)判断系统的所有断面是否计算完成；如果完成，则结束本年度的模拟，统计该年度的风险指标；否则，返回第二步，继续进行该年度的模拟；

9)统计该年度的风险指标。包括期望切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

10)结算本年度的模拟。

3.如权利要求1所述的以电力系统运行可靠性为中心的设备重要性评价方法，其特征是，第7步中，所述系统可靠性与风险指标，分为经济、安全、环境指标，并最终获得综合指标，其定义分别为，

(1)经济指标：

$R_1=\mathrm{EENS}\·C_{\mathrm{kWh}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{C1i}{P}_i$

式中：

EENS-期望缺供电量

C_kWh-单位失负荷成本

E_C1i-设备i维修单价的期望

P_i-设备i的故障概率

n-系统中总的元件数；

(2)环境指标：

$R_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{C2i}{P}_i$

式中：

E_C2i-设备i损坏对环境影响的期望值

P_i-设备i的故障概率

n-系统中总的元件数

(3)安全指标：

$R_3=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{EENS}}_i\·C_{\mathrm{kWhi}}$

式中：

EENS_i-变电站i的期望缺供电量

C_kWhi-变电站i单位失负荷对安全的影响因子

m-系统中总的变电站数。