電力系統(tǒng)運行可靠性最優(yōu)控制研究

陳宇　吳俊鵬

摘要：電力系統(tǒng)在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中占據(jù)著極其重要的地位，且伴隨著電力能源在我國能源中所占的比重越來越大，其發(fā)揮的作用也越來越重要。對電力系統(tǒng)運行可靠性的最優(yōu)控制進行探討，有著重要的意義。文章首先對電力系統(tǒng)運行可靠性的影響因素與評價方法進行分析，然后對電力系統(tǒng)運行可靠性的最優(yōu)控制技術(shù)進行闡述。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；運行可靠性；最優(yōu)控制；電力能源；設備故障；線路故障 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2015）31-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.012

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及現(xiàn)代化進程的不斷加快，我國電力事業(yè)獲得了極大的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模也不斷擴大。同時，我國電力系統(tǒng)已向互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。一方面，滿足了我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展的需求；另一方面，出現(xiàn)了一系列問題，其中電力系統(tǒng)運行的可靠性問題是其最為突出的問題之一。電力系統(tǒng)運行的可靠性直接影響了供電的穩(wěn)定和質(zhì)量，從而對人們的日常生活和生產(chǎn)造成嚴重的影響。因此，對電力系統(tǒng)運行可靠性最優(yōu)控制進行探討已成為當前研究的重要課題

之一。

1 電力系統(tǒng)運行可靠性的影響因素與評價方法

1.1 影響電力系統(tǒng)運行可靠性的因素

一般而言，影響我國電力系統(tǒng)運行可靠性的因素主要包括設備故障、線路故障以及外力影響這三點。其具體內(nèi)容如下：

1.1.1 設備故障。在本質(zhì)上，電力系統(tǒng)運行可靠性即是元件、設備以及系統(tǒng)在規(guī)定的條件和時間的范圍內(nèi)完成相應功能的能力。由于電力系統(tǒng)較為復雜，導致其在運行的過程中必然會出現(xiàn)各種故障問題，嚴重影響了電力系統(tǒng)的正常運行和用戶的日常生活用電和生產(chǎn)用電。同時，在電力系統(tǒng)中，不同類型的電氣設備故障其表現(xiàn)也大不相同。

1.1.2 線路故障。由于我國電力系統(tǒng)中的大部分線路均需長期暴露在野外，導致其在正常運行的過程中常出現(xiàn)各種線路故障，從而嚴重影響了電力系統(tǒng)運行的可靠性。除此之外，導致線路出現(xiàn)故障的原因還主要包括線路的劣化與絕緣的損壞。

1.1.3 外力影響。在外力影響方面，一方面，因城市化進程的不斷加快而嚴重破壞了許多架空線路和線纜；另一方面，因部分電力設施架設的環(huán)境較為復雜而嚴重影響了電力設施。同時，電力設備在使用的過程中出現(xiàn)被盜的情況也是影響電力系統(tǒng)運行可靠性的外力因素之一。

1.2 評估電力系統(tǒng)運行可靠性的方法

在電力系統(tǒng)正常的運行過程中，可靠性是其主要的一個評價指標。一般而言，電力系統(tǒng)運行狀況的評價主要是通過評價其可靠性來完成的。基于此，對電力系統(tǒng)可靠性進行評價對整個電網(wǎng)的正常運行而言至關(guān)重要。目前，評價電力系統(tǒng)運行可靠性的方法主要包括兩種，即解析方法和故障模式與后果分析法。其中解析方法是評價電力可靠性最常用的方法之一，它主要是以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與元件之間的聯(lián)系來對系統(tǒng)可靠性模型進行構(gòu)建的。同時，解析方法中的可靠性指標是以數(shù)值對比的方式來獲得的。此種電力系統(tǒng)可靠性評價方法不僅物理概念較為清晰，而且其構(gòu)建模型的精度也較高，現(xiàn)已被廣泛應用于評價電力系統(tǒng)運行可靠性中。雖然如此，但是解析方法在實際具體的使用過程中必然會出現(xiàn)一系列新的問題，從而大大增加了計算的難度，進而影響了評價工作的順利進行。故障模式與后果分析法也是電力系統(tǒng)運行可靠性評價最常用的方法之一，能夠有效地解決電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的可靠性問題。一般而言，故障模式與后果分析法主要應用于較為簡單的輻射狀配電系統(tǒng)。但是在具體實際的使用過程中，若拓撲結(jié)構(gòu)較為復雜，則會增加此種評價方法應用的復雜性?；诖?，電力部門必須采取行之有效的措施來對此電力系統(tǒng)運行可靠性評價方法進行改進，以此來確保評價結(jié)果的準確性和可靠性。值得注意的是，在使用故障模式與后果分析法對電力系統(tǒng)運行可靠性進行評價時，應總結(jié)故障后果和分析配電網(wǎng)的計算指標。同時，還需模擬各種故障來對事件進行預想，并對與之相應的負荷進行轉(zhuǎn)移分析。

2 電力系統(tǒng)運行可靠性的最優(yōu)控制技術(shù)

電力系統(tǒng)是電網(wǎng)中的重要組成部分，其運行可靠性不僅直接影響了電網(wǎng)正常運行的安全性和穩(wěn)定性，而且也嚴重影響了供電的質(zhì)量。因此，電力部門必須對電力系統(tǒng)運行可靠性的最優(yōu)控制技術(shù)進行分析，以此來確保其運行的可靠性。一般而言，電力系統(tǒng)運行可靠性的最優(yōu)控制技術(shù)主要包括四個方面，即評估電力系統(tǒng)運行可靠性的指標、控制電力系統(tǒng)運行可靠性的模型、電力系統(tǒng)中元件的可靠性模型以及電力系統(tǒng)運行可靠性算法及其實現(xiàn)。其具體內(nèi)容如下：

2.1 評估電力系統(tǒng)運行可靠性的指標

一般而言，電力系統(tǒng)運行可靠性水平是通過以切負荷指標來度量實現(xiàn)評估的。由此可知，切負荷指標即為電力系統(tǒng)運行可靠性的重要評估指標之一。同時，這些指標對于電力系統(tǒng)中的電源規(guī)劃或輸電規(guī)劃而言，發(fā)揮著極其重要的作用。而在電力系統(tǒng)具體實際的正常運行過程中，調(diào)度人員必須在關(guān)注系統(tǒng)電量和節(jié)點的同時，重視關(guān)注運行的狀態(tài)量。此外，為了實現(xiàn)對電力系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的準確定位，筆者在包含了度量故障嚴重程度的傳統(tǒng)度量指標（如線路過負荷、母線電壓超限、系統(tǒng)功率不平衡等）的基礎(chǔ)上，并結(jié)合相關(guān)的工作經(jīng)驗提出了一個電力系統(tǒng)運行可靠性控制指標體系。該可靠性控制指標體系的內(nèi)容主要包括系統(tǒng)狀態(tài)的概率指標、運行狀態(tài)量處理安全狀態(tài)下的概率指標以及電量不足期望

指標。

2.2 控制電力系統(tǒng)運行可靠性的模型

之所以要在計算結(jié)果滿足相應精度的基礎(chǔ)上來提高計算的速度，主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)大系統(tǒng)計算的實時性。因此，電力部門可以采用直流潮流的方式來對電力系統(tǒng)中的潮流進行分析。同時，在對電力系統(tǒng)運行可靠性的控制模式進行建立時忽視無功與電壓的約束條件。此外，該控制模型所包括的內(nèi)容主要包括三個方面的內(nèi)容，即約束條件、目標函數(shù)以及控制標量。endprint

2.3 電力系統(tǒng)中元件的可靠性模型

由于電力系統(tǒng)中的元件是其重要的組成部分，其故障的出現(xiàn)嚴重影響了電力系統(tǒng)運行的可靠性。各個元件故障的產(chǎn)生是隨機的，且在一定程度上影響了整個電力系統(tǒng)的正常運行。因此，電力部門要對電力系統(tǒng)進行最優(yōu)控制，就必須對電力系統(tǒng)中的各元件進行可靠性建模，以此來短期預測其運行能力。目前，建模的方式主要采用元件瞬時概率，它能夠全面地對元件進行描述。

2.4 電力系統(tǒng)運行可靠性算法及其實現(xiàn)

在評估電力系統(tǒng)運行可靠性時，其內(nèi)容主要包括分析運行后果的可靠性指標、分析相關(guān)計算的可靠性指標、選擇系統(tǒng)運行狀態(tài)以及確定元件可靠性模型。其中，分析運行后果與相關(guān)計算的可靠性指標是電力系統(tǒng)運行可靠性評估的重中之重。一般而言，在對運行后果與相關(guān)計算的可靠性指標進行分析時主要采用的可靠性計算方法是動態(tài)潮流分析法，在對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行選擇時主要采用的可靠性計算方法是快速排序法，并以狀態(tài)概率的大小來確定排序規(guī)則。

在電力系統(tǒng)運行可靠性算法的實現(xiàn)方面，若以數(shù)學角度來對其進行分析，則電力系統(tǒng)運行可靠性是一種約束規(guī)劃問題。同時，其特點主要突出表現(xiàn)為隨機約束條件必須在一定的置信水平上才能成立。據(jù)相關(guān)文獻資料研究和實踐結(jié)果可知，在求解電力系統(tǒng)隨機機會規(guī)劃問題時，若采用的電力系統(tǒng)運行可靠性算法為遺傳算法時，則能夠取得更好的計算效果。

3 結(jié)語

綜上所述，電力系統(tǒng)是電網(wǎng)的重要組成部分，其運行可靠性與否直接影響了電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。因此，電力部門必須采取行之有效的措施來確保電力系統(tǒng)運行的可靠性，并在具體實際進行可靠性技術(shù)時制定相關(guān)的標準和準則。由于本文篇幅有限，必然存在不足之處，故而還需要我們進一步對電力系統(tǒng)運行可靠性控制技術(shù)進行探討和研究。

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作者簡介：陳宇（1970-），男，陜西寶雞人，海南電力設計研究院系統(tǒng)規(guī)劃部主任，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)一次設計和規(guī)劃設計。

（責任編輯：周 瓊）endprint