探討電網(wǎng)規(guī)劃中的模糊可靠性評(píng)估方法

楊樂(lè)

摘要：在對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃中有可能會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)性和模糊性不確定事件這兩種情況，采用概率論對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行狀況的變化以及負(fù)荷狀況變化的隨機(jī)性進(jìn)行描述和處理，采用模糊集合論對(duì)設(shè)備故障率及其修復(fù)率、設(shè)備狀態(tài)以及電網(wǎng)狀態(tài)概率和當(dāng)某負(fù)荷水平發(fā)生概率及其預(yù)測(cè)值等具有的模糊不確定性進(jìn)行描述，進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃中模糊可靠性評(píng)估方法的探討。

關(guān)鍵字：電網(wǎng)規(guī)劃；模糊可靠性；評(píng)估方法

引言

電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與供用電的安全可靠性有直接的聯(lián)系，大約4/5的用電故障都是由電網(wǎng)系統(tǒng)故障所導(dǎo)致的，因此對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)配置進(jìn)行合理規(guī)劃和優(yōu)化成為了我國(guó)電網(wǎng)規(guī)劃及管理的重要工作內(nèi)容。而在對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候，往往都會(huì)采用數(shù)學(xué)中的概率對(duì)其進(jìn)行研究分析，也在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了更多評(píng)估方法。

一、模糊可靠性評(píng)估方法在電網(wǎng)規(guī)劃中的意義

因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況與變化的隨機(jī)性都較強(qiáng)，但是在系統(tǒng)和設(shè)備所發(fā)生的故障停運(yùn)事件和正常運(yùn)行之間具有一定概率分布的關(guān)系，由此在進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃中，就可以采用概率計(jì)算的方式進(jìn)行電網(wǎng)可靠性所受到隨機(jī)性變化影響的衡量，也是一種行之有效的方法。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，系統(tǒng)發(fā)生停電、設(shè)備出現(xiàn)故障以及規(guī)劃中某年負(fù)荷水平等都有較強(qiáng)的隨機(jī)性，而且統(tǒng)計(jì)資料不可避免的會(huì)出現(xiàn)誤差或者不齊全等，再加上預(yù)測(cè)未來(lái)電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境和條件的模糊性較強(qiáng)，如果在對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行可靠性評(píng)估的時(shí)候，仍然使用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)資料的方式，那么得出的結(jié)果勢(shì)必不會(huì)與實(shí)際相符合，同時(shí)還會(huì)造成電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果和未來(lái)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況之間出現(xiàn)巨大差異，進(jìn)而失去可靠性評(píng)估對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)際指導(dǎo)作用。所以，在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中，將明確的指標(biāo)由一些模糊性的指標(biāo)進(jìn)行替代，將一個(gè)范圍性指標(biāo)提供給規(guī)劃者，這樣就可以將運(yùn)行中存在的不確定、不能估計(jì)的眾多因素進(jìn)行充分考慮，進(jìn)而與實(shí)際電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展相符合。

二、模糊可靠性指標(biāo)評(píng)估

模糊集理論是在不具有精準(zhǔn)邊界集合基礎(chǔ)上的一種理論，在模糊集中用隸屬度來(lái)對(duì)屬于一個(gè)不具有精準(zhǔn)邊界集合程度的物體進(jìn)行描述，概率論的隨機(jī)性則是對(duì)事件發(fā)生與否進(jìn)行描述的。在進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃，特別是針對(duì)長(zhǎng)期性的電網(wǎng)規(guī)劃來(lái)說(shuō)，不僅僅會(huì)涉及到諸多隨機(jī)性的不確定因素，還很有可能會(huì)涉及到模糊不確定性問(wèn)題?？梢杂镁哂休^寬適應(yīng)性的梯形模糊數(shù)的模糊集合論進(jìn)行可靠性分析計(jì)算中會(huì)遇見(jiàn)的模糊性參數(shù)的描述和處理。就以設(shè)備故障率來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)分析統(tǒng)計(jì)資料，其得出的結(jié)果可能是這樣的：其值不會(huì)大于T4或者小于T1，那就是說(shuō)很有可能在T2與T3之間，因此其故障率的模糊不確定性的梯形模糊數(shù)T=（T1，T2），其模糊中心值應(yīng)該是μT（x）=0.1截集的（T2+T3）/2的平均值。其中就用其隸屬函數(shù)對(duì)模糊故障率的可能性分布進(jìn)行描述，對(duì)于其他電網(wǎng)規(guī)劃中的其他模糊性參數(shù)均可用相似方法進(jìn)行處理。當(dāng)把模糊數(shù)引入之后，那么模糊數(shù)之間的運(yùn)算就會(huì)取代可靠性指標(biāo)計(jì)算中所含有的一些運(yùn)算。也就是說(shuō)，將模糊數(shù)引入到計(jì)算其電網(wǎng)各電氣設(shè)備質(zhì)量的問(wèn)題之后，一些可靠性指標(biāo)計(jì)算將會(huì)用到的數(shù)據(jù)就會(huì)變?yōu)楦鞣N模糊數(shù)據(jù)，這樣就和將整個(gè)運(yùn)算過(guò)程變得更為方便，在相關(guān)人員進(jìn)行核算的時(shí)候還可以節(jié)省核算時(shí)間，相對(duì)應(yīng)的能有效節(jié)省核算工作中需要消耗的部分開(kāi)支。在電網(wǎng)規(guī)劃中，對(duì)一些可能會(huì)出現(xiàn)的不確定模糊事件所帶來(lái)的影響進(jìn)行綜合考慮，可以采用的對(duì)可靠性評(píng)估電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性指標(biāo)分別如下所示：

（1） 缺電模糊概率

缺點(diǎn)概率模糊是指在一個(gè)特定的時(shí)間里，完整的電網(wǎng)系統(tǒng)正處于一定負(fù)荷水平條件下，因?yàn)殡娋W(wǎng)發(fā)電機(jī)和變壓器和相關(guān)線(xiàn)路問(wèn)題產(chǎn)生了故障導(dǎo)致供電不足，進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)荷停電的模糊概率。

（2） 缺電模糊期望值

在研究一個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程中，電網(wǎng)系統(tǒng)在負(fù)荷水平條件不同的狀況下，因?yàn)殡娋W(wǎng)發(fā)電機(jī)和變壓器和相關(guān)線(xiàn)路問(wèn)題發(fā)生故障而引發(fā)的供電不足導(dǎo)致負(fù)荷停電出現(xiàn)的模糊時(shí)間的平均值，就被稱(chēng)為缺電模糊期望值。

（3） 缺電模糊頻率

缺電模糊頻率就是在對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行研究階段中，因?yàn)槠湎嚓P(guān)設(shè)備和線(xiàn)路問(wèn)題發(fā)生故障，同時(shí)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中各種不斷發(fā)生變化的狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移率，引發(fā)供電不足而出現(xiàn)的負(fù)荷停電的模糊次數(shù)平均值。當(dāng)只對(duì)設(shè)備單重故障進(jìn)行考慮的時(shí)候，就是設(shè)備模糊修復(fù)率。當(dāng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行多重故障考慮的時(shí)候，就需要檢驗(yàn)電網(wǎng)中各種不斷發(fā)生變化狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移，然后結(jié)合各個(gè)故障設(shè)備的模糊修復(fù)率，進(jìn)而將相應(yīng)變化狀態(tài)模糊轉(zhuǎn)移率加以確定。

（4） 缺電模糊所持續(xù)時(shí)間

在進(jìn)行電網(wǎng)研究過(guò)程中，因?yàn)殡娋W(wǎng)各種故障而導(dǎo)致的負(fù)荷停電所持續(xù)產(chǎn)生的模糊平均時(shí)間，則被稱(chēng)為缺電模糊持續(xù)時(shí)間，也可以認(rèn)為是缺電模糊頻率與模糊期望值之間的比例值。

（5） 模糊電量不足

在研究電網(wǎng)整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，處于某一個(gè)階段，因?yàn)殡娋W(wǎng)發(fā)電機(jī)和變壓器和相關(guān)線(xiàn)路問(wèn)題發(fā)生故障而導(dǎo)致出現(xiàn)停電，因此勢(shì)必會(huì)讓用戶(hù)缺一定的用電量，而這缺失的用電量平均值就被稱(chēng)為模糊用電不足。在充分、綜合、全面的考慮電網(wǎng)供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性的時(shí)候，模糊用電不足就是可以起到很大的作用，是有效評(píng)估其經(jīng)濟(jì)性和可靠性的重要依據(jù)之一，其中模糊用電不足所計(jì)算出的數(shù)值能與計(jì)算模糊缺電成本之間有著直接關(guān)系。

三、算例與模擬

在進(jìn)行模擬的時(shí)候可以采用RTS的點(diǎn)可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)。用六個(gè)A-來(lái)代替梯形模糊數(shù)中各個(gè)模糊性參數(shù)，截集離散化A={0.00，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00}，每個(gè)A截集會(huì)和一次Montle Carlo模擬相對(duì)應(yīng)，隨機(jī)抽取每個(gè)截集取值，1萬(wàn)次/截集即為批量，每一次調(diào)用不考慮參數(shù)模糊性的常規(guī)可靠性計(jì)算將相應(yīng)可靠性指標(biāo)確定值加以計(jì)算，進(jìn)而將6個(gè)A-的缺電模糊期望值截集的極端值采用Montle Carlo模擬得出，其極端值如圖1所示：

a

0.00

0.20

0.40

0.60 最大值

3.601×10-4

3.510×10-4

3.423×10-4

3.269×10-4 最小值

1.407×10-4

1.533×10-4

1.605×10-4

1.702×10-4

0.80

1.00 3.109×10-4

3.072×10-4 1.871×10-4

1.970×10-4

相應(yīng)可能性分布如下圖2所示：

隨著增加其模擬次數(shù)，其結(jié)果由模擬法和解析法得出誤差值會(huì)越來(lái)越小，圖2上虛線(xiàn)所示的就是1萬(wàn)次/截集的抽樣批次所得出的結(jié)果，其結(jié)果與解析法十分接近，由此可以看出該種方法是可以對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行評(píng)估。圖2中的陰影部分所表示的則是在模糊參數(shù)可能性分布中A=1.00截集中僅取所對(duì)應(yīng)的最大值和最小值的時(shí)候，通過(guò)兩次常規(guī)可靠性計(jì)算的結(jié)果。

結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)電網(wǎng)中可能會(huì)出現(xiàn)的模糊性不確定事件和隨機(jī)性不確定事件進(jìn)行綜合考慮就需要應(yīng)用模糊可靠性評(píng)估方法，它結(jié)合了模糊集合論和概率論，對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃中可能會(huì)出現(xiàn)的不確定性因素進(jìn)行科學(xué)合理地處理，從而對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃中個(gè)電氣設(shè)備的情況進(jìn)行了有效地、全面準(zhǔn)確地可靠性定量評(píng)估，同時(shí)在模糊數(shù)的代數(shù)運(yùn)算中，其花費(fèi)的計(jì)算時(shí)間和和常規(guī)計(jì)算較為接近，因此在實(shí)際工程中也能適用。

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