對電力系統(tǒng)運行可靠性最優(yōu)控制的分析

于海平 徐瑋

摘 要：隨著中國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代化進程的加快，中國電力工業(yè)取得了巨大的進步及電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大。與此同時，中國的電力系統(tǒng)也往互聯(lián)網(wǎng)靠攏。在一方面，它符合中國的社會和經(jīng)濟快速發(fā)展的需要;在另一方面，一系列的問題就出現(xiàn)了，其中電力系統(tǒng)運行的可靠性是最突出的問題之一。電力系統(tǒng)的可靠性直接影響到穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，嚴重影響著人們的日常生活和生產(chǎn)。 因此，電力系統(tǒng)運行可靠性的優(yōu)化控制已成為重要的研究課題之一。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);運行可靠性;最優(yōu)控制分析

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0152-02

1 電力系統(tǒng)可靠性分析

所謂的電力系統(tǒng)可靠性，主要是指電力在預(yù)定的基礎(chǔ)上，各個設(shè)備和系統(tǒng)都能夠正常運行，可靠性的衡量標準主要看可靠度，可靠度越高說明電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能越小，且維修所用的費用也相對較低，系統(tǒng)的可用時間較長。相對于電力系統(tǒng)可靠性來說，能從兩個方面進行分析其豐富性和安全性：

1.1 豐富性

電力系統(tǒng)的充分性也被稱為電力系統(tǒng)的靜態(tài)可靠性。它是一種基于維護用戶的供電要求，系統(tǒng)的規(guī)劃或計劃外中斷的合理預(yù)期。這個概念能滿足用戶對電能的確定性指標要求。

1.2 安全性

安全性是對電力系統(tǒng)所承受的一種干擾，其中干擾因素主要有電力系統(tǒng)的短路以及意外的損壞等等。該性能也被稱為動力系統(tǒng)的動態(tài)可靠性。因此，電力系統(tǒng)的安全性在電力系統(tǒng)的運行中起到了巨大的作用，幾乎決定著整個電力系統(tǒng)的運行。進行電力系統(tǒng)確定性質(zhì)保的計算和估測時，通常采用安全性來進行表示。其中需嚴格按照相應(yīng)的標準來進行。

1.3 其他安全指標

電力系統(tǒng)的充裕性和安全性通常用在不同的方面，其中在電力計劃的可靠性進行評估的時候需要考慮到充裕性標準，對電網(wǎng)進行規(guī)劃和運行管理是則采用安全性指標。除此之外，還有很多指標需要考慮，比如概率、可用性、頻率以及持續(xù)時間等等。這些指標是從不同的方面進行描述的，但是，當這些指標組合使用時，它們可以相互彌補。例如，電力故障的概率和頻率不能按大小來衡量。期望積極的指標彌補這一缺點。一些（例如概率指示器）可以使用兩個組件和系統(tǒng)，但也可以修理組件和系統(tǒng)。但該指數(shù)的頻率和平均持續(xù)時間可以修復(fù)組件和系統(tǒng)。

2 電力系統(tǒng)運行可靠性優(yōu)化控制的現(xiàn)狀分析

為了評估電力系統(tǒng)的可靠性，目前的評估主要涉及到干擾事件的重要性和可能性。當前，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和互聯(lián)網(wǎng)水平的不斷提高，研究和改革在許多方面仍處于空白階段，迫切需要解決的前沿問題是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全風險預(yù)警和可靠性的動態(tài)識別。對于停電的實時預(yù)測沒有實際的建議，這個問題變得越來越突出，加快研究已迫在眉睫。近年來，電力體制改革的趨勢是電力市場。在過去的100年中，電力行業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟已經(jīng)存在自上而下的壟斷行業(yè)趨勢。在電力系統(tǒng)的技術(shù)革命的步伐已明顯放緩，因為缺乏對電力企業(yè)有效激勵。消除資本短缺和腐敗是電力行業(yè)改革應(yīng)該追尋的步伐。

3 影響電網(wǎng)運行可靠性的因素

3.1 人為因素對電網(wǎng)運行可靠性的影響

（1）傳輸系統(tǒng)的設(shè)計直接影響電網(wǎng)運行的可靠性。在輸電線路的建設(shè)周期，塔基的施工占整體線施工時間一半以上。塔基的設(shè)計直接影響到線路的安全性。因此，塔架的設(shè)計和結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)運行的可靠性緊密有關(guān)。此外，塔基的基礎(chǔ)假設(shè)有一個大跨度會遇到不同的地質(zhì)條件。不同地質(zhì)條件下，需要對塔基在不同的地質(zhì)條件進行逐個設(shè)計。因此，傳輸系統(tǒng)設(shè)計需要與實際地質(zhì)情況相結(jié)合，確保以提高電網(wǎng)運行的可靠性，保障傳輸線路的安全穩(wěn)定運行。

（2）違章建筑輸電線路故障也會對電網(wǎng)運行的可靠性產(chǎn)生影響。在部分農(nóng)村地區(qū)，因為安全意識欠缺和管理不到位，很多違法建筑都在輸電線路建成，相應(yīng)的減少傳輸線路和地面之間的安全距離。如果天氣不好，比如雪和冰雹，很容易造成瞬時短路導(dǎo)致跳閘等事故。此外，在施工過程中接觸電網(wǎng)也會使其安全運行造成隱患。

（3）人為的破壞也是造成電網(wǎng)可靠性降低的因素。不用說，電在人們的日常生活中起著非常重要作用，但總有一些不法分子對輸電線路和電力設(shè)施進行違法行為，在追求利潤的同時對電源的安全性和可靠性造成很大的影響，間接對人們的生產(chǎn)和生活造成非常的影響，并對國有財產(chǎn)造成損害浪費。因此，傳輸線路發(fā)生破壞時是影響電網(wǎng)操作的可靠性的重要因素。

3.2 電網(wǎng)自身客觀因素影響電網(wǎng)運行可靠性

（1）影響電網(wǎng)運行可靠性另外一個重要因素是元件的可靠性。組件的可靠性是電網(wǎng)的可靠性的基礎(chǔ)及根本。漸漸老化的電網(wǎng)部件，負載的隨機波動使系統(tǒng)中的參數(shù)超出其可靠性受到限制，老化的計算機硬件和軟件系統(tǒng)，信息通信的系統(tǒng)，將導(dǎo)致控制和保護誤操作這些都影響了電網(wǎng)的可靠運行的關(guān)鍵因素。（2）各種干擾后系統(tǒng)運行狀態(tài)的變化是系統(tǒng)運行可靠性的降低的最直白的現(xiàn)象，其表現(xiàn)在兩個重要方面。首先表現(xiàn)在負載的變化，發(fā)電機輸出和補償輸出的變化可能會導(dǎo)致系統(tǒng)工作點的變化，這將導(dǎo)致電網(wǎng)的變化趨勢。其次，由于保護繼電器的誤操作、操作拒絕、人為誤操作、以及因自然災(zāi)害造成的設(shè)備損失，電網(wǎng)運行的現(xiàn)狀已經(jīng)被重新分配將對電網(wǎng)運行的可靠性受到影響。

4 電力系統(tǒng)運行可靠性最優(yōu)控制基礎(chǔ)與功能的定位

4.1 可靠性最優(yōu)控制的基礎(chǔ)與功能的定位

在運行時，考慮到系統(tǒng)運行成本的各方面的干擾，保持系統(tǒng)運行可靠性需要成本，提高系統(tǒng)運行可靠性的效率，可以期望減少損失電力系統(tǒng)。運行可靠性是尋求最佳控制系統(tǒng)和協(xié)調(diào)運行可靠性成本和效益最佳操作點的目的。這就決定了運行可靠性最優(yōu)控制的基礎(chǔ)是功能定位評估系統(tǒng)的成本和效益。

在電力系統(tǒng)規(guī)劃可靠性領(lǐng)域，投資成本和預(yù)期中斷損失之和通常用于綜合星級規(guī)劃方案的經(jīng)濟性和可靠性。使用該方法，評估可靠性的成本價格以及所有單元的預(yù)期運行成本和系統(tǒng)可靠性，并且負載節(jié)點系統(tǒng)的運行可靠性價格與所有停電損失的預(yù)期值一起調(diào)整。兩者之和是整個電力的預(yù)期值。系統(tǒng)運行集成系統(tǒng)可靠性成本和社會成本定價，實現(xiàn)可靠性成本和效益的綜合評價。這為最佳控制操作可靠性提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，也在最小化預(yù)期的社會成本。

4.2 運行可靠性最優(yōu)控制模型的研究

為系統(tǒng)提供了最優(yōu)的初始運行點是運行可靠性的最優(yōu)運行控制，即在關(guān)注該初始運行點進行可靠性成本評估后，預(yù)期的社會成本小于其他的運行點?？刂拼胧┌ㄔ黾影l(fā)電機的有功功率輸出，母線電壓幅度和有功功率輸出（使用十個模型研究與經(jīng)濟性和可靠性協(xié)調(diào)的功率流分布問題，因此不包括切割負荷控制措施）。約束條件是初始運行點的流量約束。

4.3 對運行可靠性評估算法的流程的分析

（1）計算當前運行狀態(tài)下線路的功率流量值，母線電壓和系統(tǒng)頻率（包括正常運行狀態(tài)，故障狀態(tài)和特殊運行方式），并根據(jù)實時運行工況計算元件可靠性模型。線路的停止概率，停止率和維護率，發(fā)電機和負載。（2）基于部件停運率和維修率，采用蒙特卡羅模擬方法，形成當前工況下系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障狀態(tài)。（3）考慮到機組的運行方式，實時負荷運行情況發(fā)生變化，如當前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的變化，可能的故障狀態(tài)模擬和故障分析系統(tǒng)的后果，可以正常運行的組件（無過載，交流電壓安全），以及元件電壓過載限制條件，確保系統(tǒng)正常運行。（4）根據(jù)評價指標等于概率和后果乘積的定義計算可靠性指標。

5 電力系統(tǒng)運行可靠性的維護措施分析

5.1 對繼電保護系統(tǒng)的優(yōu)化

電力系統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠性，也是維修可靠性措施的關(guān)鍵。繼電保護改善了電力系統(tǒng)的運行，使其符合運行的安全標準，并根據(jù)繼電保護系統(tǒng)的可靠性要求分析了具體的維護方法，如：（1）加強管理和控制，全面了解。對組件和設(shè)備進行強大的繼電保護，特別是那些在繼電保護裝置和設(shè)備中運行的組件和設(shè)備。嚴格的質(zhì)量控制設(shè)備用于保持繼電保護裝置的性能，避免對繼電保護可靠性的影響。（2）建立繼電保護系統(tǒng)的運行機制，通過法律法規(guī)限制繼電保護系統(tǒng)的運行。目的是創(chuàng)建一個可靠的操作環(huán)境，定義繼電保護系統(tǒng)應(yīng)遵循的規(guī)則，提供高質(zhì)量的環(huán)保，并改進繼電保護系統(tǒng)。（3）注重電力人員技能的培養(yǎng)，要求電力人員首次掌握繼電保護裝置的信息，提高故障處理效率，通過保持繼電保護的性能，防止繼電保護突發(fā)事故。

5.2 對保護直流電源的分析

直流電源也是電力系統(tǒng)運行可靠性的關(guān)鍵點，支持電力系統(tǒng)的安全運行。直流電源可以為電力系統(tǒng)可靠性提供穩(wěn)定性措施，保證電力系統(tǒng)的可靠性。首先，直流電源的選擇必須符合電力系統(tǒng)的規(guī)定。與直流電源相關(guān)的設(shè)備必須符合標準規(guī)格，不能配備不合格的設(shè)備。高性能設(shè)備在直流電源中的應(yīng)用也可以消除電磁干擾的影響。然后管理鉛酸電池中常用的電池，這些電池是高度密封的并且不會造成環(huán)境污染，并且可以穩(wěn)定地安裝在直流電壓系統(tǒng)中以提供穩(wěn)定的電力。在電池管理過程中，應(yīng)合理安排測試，以提高直流電源的可靠性。最后，監(jiān)測直流電源的運行情況，采用監(jiān)控方法掌握直流電源的運行信息，保證了電力系統(tǒng)直流電源的可靠性。

5.3 加強設(shè)備狀態(tài)的正常運行以提高電網(wǎng)運行可靠性

確保設(shè)備運行狀態(tài)在安全運行范圍內(nèi)，確保輸電線路安全穩(wěn)定運行。根據(jù)線段的實際情況，將線路改為不同的線段進行管理。在此基礎(chǔ)上，維護人員通過設(shè)備維護計劃定期檢修電路。在巡邏期間，應(yīng)檢查和檢查特殊線路或設(shè)備。及時分析和總結(jié)線路或設(shè)備的現(xiàn)狀以及可能存在的隱患和問題;及時檢查并修復(fù)隱藏的問題。在大修過程中，要認真對待，注意電路或設(shè)備所有可能出現(xiàn)的問題，及時總結(jié)設(shè)備運行經(jīng)驗，分析原因，發(fā)展過程和規(guī)律，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

5.4 提高電網(wǎng)運行人員的專業(yè)素質(zhì)以提高電網(wǎng)運行可靠性

可靠性水平是電網(wǎng)運行狀態(tài)的綜合評價指標，反映了電網(wǎng)運行水平和電網(wǎng)管理者的水平，也是電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)濟利益的直接決定因素。因此，有必要建立必要的標準評估，完善管理體系，實施評估考核。

6 結(jié)語

總之，電力系統(tǒng)是電網(wǎng)的重要組成部分，其運行可靠性直接影響電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。因此，電力部門必須采取有效措施，確保電力系統(tǒng)運行的可靠性，并在實際實施可靠性技術(shù)時制定相關(guān)標準和準則。

參考文獻

[1] 賈小淵.電力系統(tǒng)運行可靠性最優(yōu)控制[J].中國科技縱橫，2013（23）：171.

[2] 王明海，艷暉，龔光輝等.電力系統(tǒng)運行可靠性及其最優(yōu)控制研究[J].通訊世界，2014（10）：56-57.

[3] 金大博，馮憲彬.電力系統(tǒng)運行可靠性分析[J].科技與企業(yè)，2013（23）：380.