电力系统可靠性评估方法的分析

高压绝缘材料作者：陈开达苏展郭著吴祖文陈柯米

来源：《科技视界》 2014年第27期

陈开达　苏　展　郭　著　吴祖文　陈柯米

（国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙 410015）

【摘　要】可靠性工程涉及原件失效数据的统计和处理、系统可靠性的定量评定、运行维护、可靠性和经济性的协调等各方面。其可靠性评估方法是可靠性研究领域一直探索的方向，本文对现有可靠性评估方法进行论述和分析，为可靠性工作者提供参考。

【关键词】系统；可靠性；评估；分析

1　电力系统可靠性概述

可靠性（Reliability）是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定条件下完成规定功能的能力。可靠度则用来作为可靠性的特性指标，表示元件可靠工作的概率，可靠度高，就意味着寿命长，故障少，维修费用低；可靠度低，就意味着寿命短，故障多，维修费用高。

电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助设施，按规定的技术经济要求组成的一个统一系统。发电厂将一次能源转换为电能，经过输电网和配电网将电能输送和分配给电力用户的用电设备，从而完成电能从生产到使用的整个过程。

通常，评价电力系统可靠性从以下两方面入手[2]。

（1）充裕性（adequacy）——充裕性是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运.又称为静态可靠性，即在静态条件下电力系统满足用户电力和电能量的能力。

（2）安全性（security）——安全性是指电力系统承受突然发生的扰动，如突然短路或未预料到的失去系统元件的能力，也称为动态可靠性，即在动态条件下电力系统经受住突然扰动且不间断地向用户提供电力和电能量的能力。

密度泛函理论 2　电力系统可靠性评估的发展

陆正方由于电力系统故障多是随机发生的，而且很多故障超出了系统工程人员的控制能力，因此一般说绝对的毫不中断地连续供电实际上是不可能的。为了尽量减少由于系统元件随机故障对系统供电造成的影响，在电力规划时，采用增加机组的办法，但是经济性和可靠性是相互制约的，增加投资可以提高可靠性，然而过高的投资违反了经济性的约束。

电力系统的根本任务是尽可能经济而可靠地将电能供给各种用户。用户对供电的要求，一是保证供电的连续性；二是保证电能的质量。由于系统内元件的随机故障，且这些故障又超出运行调度人员的控制能力，因此完全不间断的连续供电实际上是不可能的。随着人们对供电质量的要求越来越高，促使电力部门寻求提高供电可靠性的途径。

电力系统可靠性评估有两方面的目的：一是为电力系统的发展规划进行长期可靠性评估；二是为制定短期的运行调度计划进行短期可靠性预测。

3　电力系统可靠性评估方法

在电力系统可靠性评估中，分析过程一般由以下三个步骤组成：状态选择、状态估计和计算指标。其可靠性评估常采用的有两种基本方法：一种是解析法；另一种是Monte Carlo模拟法。

3．１解析法[4]

解析法基于马尔可夫模型，用数学方法从数学模型中评估可靠性指标。该法是利用系统的结构和元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立可靠性概率模型，通过递推和迭代等过程对该模型精确求解，从而计算可靠性指标，其优点在于采用了精确的数学模型。

解析法一般用于评估负荷点和系统可靠性指标的平均值或期望值，平均值在电力系统可靠性评估中

是系统的基本指标，但在指标变化性上不提供任何信息。这种方法描述了存在于实际系统中的因果关系，在给定的假设条件下，一般可求得准确的结果。当系统复杂时数学方程式会变得十分复杂，因而需要进一步地简化或近似，许多的近似技术因此就发展起来以简化计算过程，得到近似结果。

数学竞赛之窗解析法可分为网络法、状态空间法、故障树法。

3．２　蒙特卡罗模拟法

解析法的特点是基于马尔科夫模型，准确度较高，适用于结构简单的小型电力系统的可靠性评估，但其计算工作量随系统规模呈指数关系增长，而且当系统变得越来越复杂时，其状态空间的状态数剧增，这必然会造成维数灾难。同时为了获得解析模型，常常需要对系统的实际条件作较多简化，所以其应用受到较大的限制。昂达vx610w时尚版

蒙特卡罗方法[4]是一种以概率统计理论和方法为基础的数值计算方法，目前广泛应用于系统可靠性的评估中。它与故障树分析技术相结合，是对系统进行可靠性预测分析的有效的途径。它的优点是属于统计试验方法，比较直观，易于被工程技术人员掌握和理解，可以发现一些人们难以预料的事故，容易处理各种实际运行控制策略，采样次数与系统的规模无关，在进行复杂系统的可靠性评估时更具有优越性。据此，采用蒙特卡洛法可以用来分析自动化系统的可靠性。

蒙特卡罗法的基本思想为：用落入失效域的样本点数与总的投点数之比值作为失效概率的估计值。

蒙特卡罗模拟法是按一定的步骤在计算机上模拟随机出现的各种系统状态，即用数值计算方法模拟一个实际的过程，并从大量的模拟试验结果中统计出系统的可靠性指标。随机模拟的次数与系统规模无关，适应性强，算法及程序结构简单。相比解析法而言，模拟法更适合于以下问题的求解：

①需要模拟非指数型分布；

②需要某些输出指标的分布函数或统计数据；

腐蚀疲劳 ③故障、检修、计划检修间存在比较复杂的关系；

④对于大系统，解析法难以建立有效的数学模型的。

模拟法不仅可以随机模拟系统运行的实际方式，不需要对实际问题作过多简化和假设，而且考虑更加全面，因此更适用于大型电力系统的可靠性评估。模拟法的计算程序结构简单，只需对N次独立的试验结果进行统计与计算即可完成，故此模拟法又称为统计试验法。

【参考文献】

［1］郭永基.可靠性工程原理[M].北京:清华大学出版社，2001.

［2］郭永基.电力系统可靠性原理和应用（上）[M].北京:清华大学出版社，1983.

［3］郭永基.电力系统计电力设备的可靠性[J].电力系统自动化，2001，25（17）:53-56.

［4］张蔼蔷.故障树分析在电力系统可靠性研究中的应用[J].华东电力，2005，33（2）:14-17.