電網(wǎng)規(guī)劃中的模糊可靠性評(píng)估方法

徐海棟　王浩粼

摘 要 在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，受外界環(huán)境、設(shè)備工作狀態(tài)、人為破壞等因素的影響，電網(wǎng)容易出現(xiàn)各種類型的故障，電力用戶因得不到穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的電能而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，合理規(guī)劃電網(wǎng)系統(tǒng)、保障電網(wǎng)運(yùn)行安全也成為現(xiàn)階段供電公司重要的工作內(nèi)容。而模糊可靠性評(píng)估是一種近似于直觀分析的推算方法，將其運(yùn)用便可在電網(wǎng)設(shè)備模糊化視角下得到設(shè)備的微觀狀態(tài)、整體狀態(tài)以及事故百分點(diǎn)的信息，并對(duì)信息結(jié)果進(jìn)行模糊性評(píng)估，為供電公司進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃和開展電網(wǎng)管理提供了必要的參考。

關(guān)鍵詞 電網(wǎng)規(guī)劃；模糊可靠性指標(biāo)；模糊概率；評(píng)估方法

中圖分類號(hào) TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）15-0170-01

電網(wǎng)系統(tǒng)中的各類電氣設(shè)備以及輸電線路大多暴露在自然環(huán)境中，容易受到來自各個(gè)方面的不確定性影響，給電網(wǎng)的優(yōu)化管理增加了難度。結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，如果能夠利用模糊可靠性評(píng)估方法對(duì)這些隨機(jī)不確定事件進(jìn)行分析和計(jì)算，從而獲得設(shè)備故障率、設(shè)備狀態(tài)概率以及電網(wǎng)狀態(tài)概率等參數(shù)的具體數(shù)值，進(jìn)而為開展針對(duì)性的管理措施提供了借鑒。文章首先對(duì)模糊可靠性評(píng)估方法進(jìn)行了概述，而后根據(jù)部分模糊可靠性評(píng)估方法的實(shí)際計(jì)算及分析結(jié)果對(duì)其計(jì)算機(jī)模擬過程進(jìn)行了階段分析。

1 模糊可靠性評(píng)估方法

電網(wǎng)系統(tǒng)包含許多電氣設(shè)備，故在其運(yùn)行過程中必然會(huì)產(chǎn)生一些無可避免的故障問題，且包含設(shè)備種類越多，發(fā)生故障的種類和故障點(diǎn)就越有隨機(jī)性特征。近年來，在電網(wǎng)覆蓋面積增加的同時(shí)，電力用戶對(duì)于供電質(zhì)量也提出了更加嚴(yán)格的要求。從供電公司角度來說，只有掌握對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估方法，才能提前采取針對(duì)性的管理和維護(hù)措施，達(dá)到“防患于未然”的管理效果，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行，確保電能的正常和穩(wěn)定供應(yīng)。概率統(tǒng)計(jì)法可以針對(duì)不確定性事件的出現(xiàn)時(shí)間和發(fā)生頻率，在數(shù)學(xué)期望計(jì)算的基礎(chǔ)上做出較為客觀和準(zhǔn)確的評(píng)估。因此，基于概率統(tǒng)計(jì)的模糊可靠性評(píng)估方法得到了廣泛應(yīng)用。

該評(píng)估方法的基本原理為：首先，利用概率統(tǒng)計(jì)模型，收集電網(wǎng)中各個(gè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及某一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化情況，并利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算。隨后，利用模糊理論中極具代表性特征的梯形模糊數(shù)作為比對(duì)點(diǎn)，逐一分析其所反映的故障點(diǎn)、修復(fù)率和負(fù)荷界點(diǎn)之間的模糊性比對(duì)特征，例如關(guān)聯(lián)性、模糊不確定性等。最后，利用公式求出電網(wǎng)的模糊可靠性指標(biāo)，從而為管理人員進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃提供必要的依據(jù)。

2 模糊可靠性指標(biāo)的計(jì)算

電網(wǎng)的長(zhǎng)期規(guī)劃必須要解決電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行過程中的隨機(jī)性和不確定性問題，從而降低設(shè)備發(fā)生故障的概率，在保證電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，也維護(hù)了供電公司自身的經(jīng)濟(jì)效益。我們?cè)诜治鲭娋W(wǎng)設(shè)備運(yùn)行安全問題的過程中引入了“模糊數(shù)”這一概念，可以將不確定性的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊計(jì)算，一方面是減輕了技術(shù)人員分析原始數(shù)據(jù)的工作壓力，提高了計(jì)算效率；另一方面也可以豐富原始數(shù)據(jù)的容量，為提高模糊計(jì)算的精確性也起到了一定的幫助作用。根據(jù)具體計(jì)算形式的不同，模糊數(shù)又可分為“梯形模糊數(shù)”和“三角形模糊數(shù)”兩種，其中梯形模糊數(shù)因?yàn)閿?shù)據(jù)篩選區(qū)間更廣、適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，在電網(wǎng)規(guī)劃中具有更為廣泛的應(yīng)用。

以電網(wǎng)中的電氣設(shè)備故障率為例，在確定的區(qū)間[t1，t4]內(nèi)，再分別隨機(jī)選取兩個(gè)模糊數(shù)據(jù)t2、t3。根據(jù)區(qū)間分析可知，模糊故障率的數(shù)值趨向于（t1+t4）/2，因此很大可能在t2和t3之間，具體表示如圖1所示。

3 電網(wǎng)規(guī)劃中模糊可靠性評(píng)估方法的應(yīng)用

3.1 缺電模糊概率

在某一段時(shí)間內(nèi)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中常在發(fā)電設(shè)備或輸電線路運(yùn)行過程中產(chǎn)生故障癥狀，而因其癥狀多為停電故此概率被定義為缺電模糊概率。通常用Flolp表示。在缺電模糊概率的計(jì)算中，可能會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響的要素包括電網(wǎng)負(fù)荷水平、故障設(shè)備數(shù)量以及故障持續(xù)時(shí)間等。需要注意的是，缺電模糊概率計(jì)算中的數(shù)值取值區(qū)間為[0，x]，即所有概率數(shù)值均為正數(shù)，這對(duì)于下一步開展其他模糊可靠性評(píng)估提供了必要的數(shù)據(jù)支持。

3.2 缺電模糊數(shù)學(xué)期望

電網(wǎng)運(yùn)行過程中，由于電壓負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)性變化，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障并停運(yùn)，計(jì)算負(fù)荷停電的模糊時(shí)間T（取平均值），然后利用上文中求出的模糊缺電概率除以模糊時(shí)間，所得結(jié)果即為缺電模糊數(shù)學(xué)期望。

3.3 缺電模糊頻率

缺電模糊頻率定義為研究期間內(nèi)，電網(wǎng)在不同負(fù)荷水平下，由于設(shè)備故障停運(yùn)引起供電不足而造成負(fù)荷停電的模糊平均次數(shù)，次/期間。缺電模糊頻率不僅與負(fù)荷水平和設(shè)備狀態(tài)有關(guān)，還與電網(wǎng)各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移率有關(guān)。

4 算例及MonteCar1o模擬

通過上文分析，我們對(duì)于電網(wǎng)規(guī)劃中如何應(yīng)用模糊可靠性評(píng)估方法有了一個(gè)基本的了解。但是由于數(shù)據(jù)龐大加上計(jì)算過程較為繁雜，因此還需要借助于計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件的仿真模擬，對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并得出對(duì)應(yīng)的評(píng)估結(jié)果，以此來檢驗(yàn)該種方法的可用性和價(jià)值性?？煽啃栽囼?yàn)系統(tǒng)RTS進(jìn)行模擬計(jì)算：將梯形模糊數(shù)表示的各模糊性參數(shù)用6個(gè)A-截集離散化A={0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，每個(gè)A截集對(duì)應(yīng)1次Monte Carlo模擬；對(duì)每個(gè)截集隨機(jī)抽樣取值，批量為10 000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。隨著模擬試驗(yàn)次數(shù)的增加模擬法與解析法所得結(jié)果的誤差將會(huì)趨于減小，圖中的點(diǎn)劃線是抽樣批量為100 000次/截集得出的結(jié)果，它與解析法所得結(jié)果很接近，由此可以說明本文提出的求解方法是正確的。

5 結(jié)論

電網(wǎng)運(yùn)行過程中可能發(fā)生的各種不確定性事件，使得供電公司在開展電網(wǎng)規(guī)劃和管理工作時(shí)，也必須要采用合理的技術(shù)方法，在完成日常管理任務(wù)的同時(shí)，做到對(duì)隱藏風(fēng)險(xiǎn)的提前預(yù)知的有效防控?；诮y(tǒng)計(jì)概率的模糊可靠評(píng)估方法，以獲取電網(wǎng)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過公式計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，能夠?qū)Σ淮_定性因素做出一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的判斷，從而為供電公司下一步規(guī)劃的方向提供了參考。通過計(jì)算機(jī)軟件仿真，驗(yàn)證了模糊可靠評(píng)估方法的實(shí)用性，可以在實(shí)際工程中應(yīng)用和推廣。

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