淺析電網(wǎng)規(guī)劃中的模糊可靠性評(píng)估方法

李燕杰

【摘 要】 在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，各種電氣設(shè)備由于工作環(huán)境、老化磨損程度的不同，其出現(xiàn)故障的原因、時(shí)間以及周期都難以定性計(jì)量，具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性。因此，一直以來在電網(wǎng)規(guī)劃中，都是利用概率統(tǒng)計(jì)方法對(duì)電網(wǎng)中各用電設(shè)備的性能變化進(jìn)行分析和評(píng)估。但是由于電氣設(shè)備本身運(yùn)行狀況的不規(guī)律，以及計(jì)算過程中不可避免的誤差影響，都使得電網(wǎng)負(fù)荷水平及其故障率的計(jì)算結(jié)果模糊不清，因此，必須采用一種模糊可靠性評(píng)估方法，來處理電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定性問題。

【關(guān)鍵詞】 電網(wǎng)規(guī)劃 隨機(jī)性 模糊可靠性 評(píng)估方法

1 模糊可靠性評(píng)估方法概述

電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于所要實(shí)現(xiàn)功能的不同，需要使用到多種類型的電氣設(shè)備，這些電氣設(shè)備的材質(zhì)、質(zhì)量以及使用壽命各不相同。同時(shí)，各種電氣設(shè)備的工作環(huán)境、壓力負(fù)荷以及老化磨損程度也存在較大差異?；谏鲜鰞煞N原因，各個(gè)電氣設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)故障的時(shí)間和概率具有較強(qiáng)的隨機(jī)性與不確定性，這也是在電網(wǎng)系統(tǒng)中運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)方法的根本前提。

同樣的，由于各個(gè)用電設(shè)備存在諸多方面的差異，因此其運(yùn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，很難保證測(cè)量數(shù)據(jù)的唯一性和精確性，即便是通過采集多組數(shù)據(jù)求平均值的方法，也很難確保設(shè)備故障率和修復(fù)率的計(jì)算結(jié)果足夠精確。除了電網(wǎng)設(shè)備本身的影響外，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)承受電力負(fù)荷壓力的大小也與設(shè)備的故障發(fā)生概率具有緊密聯(lián)系，通常情況下，電網(wǎng)負(fù)荷壓力過大或壓力不足，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)失準(zhǔn)，與設(shè)備的額定功率相差較大。在這種情況下計(jì)算得出的最終結(jié)果具有較大的波動(dòng)范圍，而以此數(shù)據(jù)分析得來的電網(wǎng)可靠性指標(biāo)也必然具有模糊性，這就為采用模糊可靠性評(píng)估方法提供了基礎(chǔ)。

2 模糊可靠性指標(biāo)的計(jì)算

電網(wǎng)規(guī)劃能夠提前分析電網(wǎng)建設(shè)和后期使用過程中可能發(fā)生或潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，以便于電網(wǎng)設(shè)計(jì)人員能夠制定相應(yīng)的處理措施。將模糊可靠性評(píng)估方法應(yīng)用于電網(wǎng)設(shè)計(jì)的長期規(guī)劃中，幫助解決一些隨機(jī)性和不確定性問題，為確保整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行安全提供了技術(shù)支持。對(duì)可靠性分析計(jì)算中所遇到的模糊性參數(shù)，以模糊集合論中具有較寬適應(yīng)性的梯形模糊數(shù)（Trapezoid Fuzzy Number，TrFN）予以描述和處理。以設(shè)備故障率為例，通過對(duì)統(tǒng)計(jì)資料的分析可能會(huì)得出這樣的結(jié)果：其值不會(huì)小于K1或大于K4，而最有可能在K2與K3之間，故障率的這種模糊不確定性可用梯形模糊數(shù)K=（K1，K2），其隸屬函數(shù)為模糊數(shù)中心值為LK（x）=1.0截集的平均值（K2+K3）/2。模糊故障率的可能性分布可用其隸屬函數(shù)描述。對(duì)其他的模糊性參數(shù)也用類似方法予以處理。

通過將電網(wǎng)中各用電設(shè)備可能出現(xiàn)或潛在的問題，利用模糊可靠性評(píng)估方法評(píng)估后，其中一些不確定性因素就可以轉(zhuǎn)變成各種模糊數(shù)之間的運(yùn)算，從而極大的提高了最終結(jié)果的精確度，降低了因誤差過大給整個(gè)電網(wǎng)規(guī)劃所帶來的損失。其中，用來計(jì)算電網(wǎng)中用電設(shè)備質(zhì)量問題的集中可靠性指標(biāo)主要包含以下幾類：

2.1 缺電模糊概率

在某個(gè)特定的運(yùn)行周期內(nèi)，在保證整個(gè)電網(wǎng)用電負(fù)荷不變的情況下，由于發(fā)電機(jī)、變壓器以及連接線路出現(xiàn)故障，而導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷停電的模糊概率，即為缺電模糊概率（FLOLP）。

2.2 缺電模糊期望值

在電網(wǎng)運(yùn)行的整個(gè)周期內(nèi)，由于電網(wǎng)所受電力負(fù)荷變化影響，或是其他外界環(huán)境因素的影響，而導(dǎo)致電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)、變壓器以及連接導(dǎo)線出現(xiàn)質(zhì)量問題，并計(jì)算最終引起整個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷停電的模糊時(shí)間，求時(shí)間平均值，即為缺電模糊期望值（FLOLE）。

2.3 缺電模糊頻率

根據(jù)計(jì)算選取時(shí)間的不同，缺電模糊頻率又可分為部分缺電模糊頻率和全部模糊頻率。其中，部分模糊頻率是以電網(wǎng)運(yùn)行中的某一時(shí)間段為分母，統(tǒng)計(jì)在這一時(shí)間段內(nèi)所有因變壓器、發(fā)電機(jī)以及連接線路質(zhì)量問題而引發(fā)的負(fù)荷停電的模糊時(shí)間，將其作為分子，將兩者相除結(jié)果即為部分缺電模糊頻率；全部模糊頻率則是以整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間做分母，以該時(shí)間區(qū)間內(nèi)發(fā)電機(jī)、變壓器以及連接導(dǎo)線的質(zhì)量問題引發(fā)負(fù)荷停電模糊時(shí)間為分子，并計(jì)算兩者相除結(jié)果。

3 算例及MonteCar1o 模擬

應(yīng)用本文提出的模糊可靠性求解方法，對(duì)IEEE-24節(jié)點(diǎn)可靠性測(cè)試系統(tǒng)RTS在支路1-2與支路3-24同時(shí)故障停運(yùn)狀態(tài)下，進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)計(jì)算，并利用MonteCarlo模擬法進(jìn)行模擬驗(yàn)證。將梯形模糊數(shù)表示的各模糊性參數(shù)用6個(gè)α-截集離散化α={0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，每個(gè)α截集對(duì)應(yīng)1次MonteCarlo模擬；對(duì)每個(gè)截集隨機(jī)抽樣取值，批量為10000次/截集，每次調(diào)用常規(guī)（即不考慮參數(shù)模糊性）的可靠性計(jì)算程序算出相應(yīng)的可靠性指標(biāo)確定值。

通過最終的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，可以看出：隨著實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量的不斷增加，樣本計(jì)算結(jié)果的平均值誤差范圍也會(huì)越來越小，并最終區(qū)域平穩(wěn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量達(dá)到1000時(shí)，其誤差范圍保持在0.01-0.03區(qū)間內(nèi)，這與解析法計(jì)算求得的標(biāo)準(zhǔn)值極為接近。結(jié)合極限計(jì)算理論，當(dāng)實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量足夠多時(shí)，采用模糊可靠性評(píng)估法計(jì)算得出的缺電模糊期望值等于解析法求得的缺電模糊期望值。由此可以得出結(jié)論，模糊可靠性評(píng)估方法能夠很好的適用于電網(wǎng)規(guī)劃。

4 結(jié)語

通過具體的實(shí)踐表明，模糊可靠性評(píng)估方法能夠滿足電網(wǎng)規(guī)劃對(duì)于不確定性設(shè)備故障和質(zhì)量問題造成的影響，進(jìn)而能夠幫助相關(guān)電網(wǎng)規(guī)劃人員提前制定應(yīng)對(duì)措施，保證整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行安全。模糊可靠性算法計(jì)算得出的最終結(jié)果，其可靠性指標(biāo)大致分布在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。隨著電網(wǎng)負(fù)荷信息的不斷豐富，可靠性指標(biāo)的分布范圍也出逐漸縮小，從而使其不斷趨向于標(biāo)準(zhǔn)值。通過綜合對(duì)比集中電網(wǎng)規(guī)劃的評(píng)估方法，模糊可靠性評(píng)估法計(jì)算時(shí)間相對(duì)較短，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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