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考慮潮流計算的配電網可靠性快速評估算法研究

  • 發布日期:2017-03-30
  • 責任編輯:lgg
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第一章  緒  論 
 
1.1  引言 
可靠性實質上是指系統、元件在某段時間內能夠穩定運行的隨機性概率問題。其目的是通過研究相應的故障情況,提高系統、元件的可靠性水平。可靠性最早是由美國航空部門提出,后經過幾十年的發展,已成為衡量每種商品質量的重要指標。電力作為一種特殊的商品,已慢慢滲入到國民經濟的各個方面。 電力系統可靠性[1]是指企業將電能從發電廠側,經送變電線路和供配電,到用戶側的供應能力。上世紀 60 年代,幾次世界性的停電事故,造成了巨大的經濟損失和沉重的社會影響,引起了人們對電力系統可靠性的普遍重視。經過幾十年的發展研究,其理論與技術取得了明顯的進步。電力系統是一個結構復雜的大系統,對其整體進行評估是很困難的。因此人們根據結構特點,將電力系統的可靠性評估分為發電系統的可靠性評估,輸電系統的可靠性評估,以及配電系統的可靠性評估三部分。發電系統方面,可對電力調度進行可靠性評估,以滿足系統運行的安全性;輸電系統方面,通過對每個規劃方案進行定量評估,對比選擇最優方案,并可基于可靠性分析方法確定后續的檢修方案(Reliability Centered Maintenance, RCM)。另外,在電力市場環境下,可靠性水平亦可為合理定價提供重要的客觀依據。 電力系統可靠性的研究初期,主要側重于發電系統和輸電系統的可靠性評估,對配電網可靠性的重視較為不足。因為在經濟發展初期,社會正處于百業待興的狀態,電力系統的首要任務是確保所需發電量,并將電能輸送到負荷中心。配電系統是分配電能的終端網絡,是由配電線路、用電設備組成,是電力系統中與客戶直接相連的一環。配電系統的可靠性是電力系統運行特性的集中體現,是電力企業服務能力的重要詮釋。隨著經濟的發展,配電系統的不可靠對用戶的影響愈發明顯。據文獻統計,配電系統引起的用戶停電事故占用戶總停電事故中的 80%。進入 21 世紀,我國進入全面建成小康社會的新發展階段,經濟發展追求量質“雙收”。而且隨著智能電網的發展,配電系統的規模將會持續壯大,結構會日益復雜。因此,配電系統的可靠性研究愈發重要。探索一種快速、有效的配電網可靠性評估算法,對提高配電系統的可靠性、改善電力工業生產技術、提高經濟和社會效益等都具有十分重要的現實意義。 
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1.2 國內外研究現狀及意義
可靠性分析主要是基于概率論和數理統計,通過經驗建立元件的基本參數,在此基礎上大量收集歷史數據,然后建立相關的數學模型,最后運用概率論和數理統計整理計算。概率論和數理統計應用到配電系統可靠性研究當中,主要分為解析法和蒙特卡羅模擬法。 解析法對配電系統進行可靠性分析,是以元件可靠性模型為基礎,以枚舉系統狀態的方式實現。例如,如果系統由 N 個元件組成,每個元件的狀態分為正常、過渡與故障三種狀態,則該系統相應有 3N 個狀態。在每一次枚舉的過程中,需要首先確定系統目前的狀態;然后根據系統的故障準則判斷該系統是否處于故障狀態;如果屬于故障狀態則采取補救措施;然后計入該狀態對可靠性指標的影響。而系統可靠性指標,需遍歷該系統所有的狀態后才能得出。可見,解析法直接使用了元件可靠性的基礎數據,計算結果精度高;在系統狀態定性和故障處理的過程中能夠直接運用系統原有準則,原理簡單。因此,配電系統的可靠性評估中廣泛采用解析法。但是,由于系統的狀態數隨著元件的數量或者元件的狀態量增加成指數增長。所以,當系統稍大,元件較多且復雜時,要得出系統可靠性指標,計算量相當大。
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第二章  配電網元件的可靠性模型 
 
2.1  引言 
在配電網可靠性的評估過程中,其本質是通過對配電網中的元件的可靠性指標進行數理統計,最后計算得出系統的可靠性指標。而變壓器和線路作為配電網中的重要元件,是輸變電與用戶之間的重要媒介,其可靠性水平與電網公司的安全穩定運行密切相關。如果這些元件發生故障,將可能會給電力系統造成重大損失,給人民造成財產損失,給社會帶來負面影響。因此,對配電網的組成元件進行分析,對其運行和維護都有重要的現實意義。 技術方面上,變壓器和線路等電力設備承擔著電力系統中大量電能的傳輸、轉換任務,是保證電能可靠供應的第一道防線。但傳統的定期檢修形式容易造成這些設備“無病呻吟”的假象,造成巨大的人力、物力以及財力等方面的浪費。憑借科學的狀態檢測和可靠性評價方法來辨別該設備的實際運行情況,可對其性能狀態和發展趨勢進行全面的了解。當其可靠性指標下降到一定程度之前,可通過檢修的方式提高其可靠性水平。可發現,建立元件級可靠性模型,能夠為配電網的可靠性評估,以及系統運行和維護,提供有效的理論基礎。
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2.2 元件的可靠性模型 
電力變壓器和線路是電網電壓轉換、電能傳輸的重要橋梁,是電網中最重要和最關鍵的設備之一,能夠順利檢測其可靠性水平,對評估配電網的供電能力,制定相應的維護計劃具有很大的參考意義。 可見,溫度是電氣類元件壽命評估的最核心參數。本文的變壓器 HST 理論和電纜線的溫度暫態模型能夠準確求取其核心位置的溫度,并考慮了各自內部之間的溫度關系。與 Weibull 壽命公式的結合,能夠評估其相應的可靠性指標。
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第三章  基于元件歸并特性的配電網可靠性評估 ............. 22
3.1  引言 .......... 22 
3.2  配電網可靠性評估的新模型 .......... 22 
3.3  主網絡的可靠性指標計算 .... 23 
3.4  元件可靠性指標在支網絡中的逆流傳遞 .......... 24
3.5  元件可靠性指標在支網絡中的逆流傳遞 .......... 26
3.6  基于元件歸并特性的配電網可靠性評估算法框圖 .... 28 
3.7  算例 .......... 29 
3.8  總結 .......... 32 
第四章  基于保護元件分級傳遞的配電網可靠性快速評估 ....... 33 
4.1  引言 .......... 33 
4.2  保護元件模型 .... 33
4.3  逆流傳遞 ............ 35 
4.4  順流傳遞 ............ 38
4.5  基于元件分級傳遞的快速評估算法框圖 .......... 41 
4.6  算例 .......... 42 
4.7  總結 .......... 45 
第五章  考慮潮流計算的配電網可靠性快速評估 ............. 47 
5.1  引言 .......... 47 
5.2 潮流計算和目標函數 ............. 47
5.3  牛頓拉夫遜法 .... 49 
5.4  考慮潮流計算的配電網可靠性快速評估 .......... 50 
 
第五章  考慮潮流計算的配電網可靠性快速評估 
 
5.1  引言 
隨著社會經濟的持續發展,現實的配電網結構將會越來越復雜。電力系統正常運行時,需要檢查設備、元件是否過負荷,各節點電壓是否負荷要求,并且從中發現系統中的薄弱環節等,因此引入了潮流計算。電力系統的潮流計算,是描述電力系統穩定運行狀態的技術術語。它表明電力系統在確定運行方式和接線方式的前提下,系統中從電源到負荷各處的功率、電壓、電流的大小和方向。它也可以幫助我們確定合適的供電方案,合理的調整負荷。運用計算機求解潮流計算時,一般需要完成以下幾個步驟:(1)  建立數學模型;(2)  確定解算方法;(3)  制定程序框圖;(4)  編輯計算程序。 目前國內外學者在進行配電網可靠性的研究時,大部分還停留在評估方法的改進上,較少涉及其在工程實際當中的應用。而在電力系統的實際運行當中,不可避免地會涉及電力系統的三大計算內容:潮流計算,短路故障計算,穩定計算等。在配電網可靠性評估的推廣應用中,如何與該三大計算進行結合,是首要解答的問題之一。而本文以潮流計算為例,將其計入配電網可靠性快速評估中。 
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總結 
 
隨著我國經濟的發展,用戶對配電網供電可靠性的要求也將不斷提高。在傳統的電力建設中存在“重發電、輕供電、不管用電”的情形,使得落后的生產質量不能滿足人民日益增長的物質需求。在這種條件下,我國的電力投資開始向配電網傾斜。加上目前用戶停電事故大多數是由配電網故障引起的,針對配電網可靠性的改善措施從某種程度上更好地闡述了“供給側改革”的內涵,具有重大的現實意義。本文在廣泛查閱國內外相關文獻的基礎上,以元件為線索,總結和分析了配電網可靠性從元件,負荷到系統的評估過程。總體而言,本文的主要工作和成果可以總結如下: 
(1)  介紹了配電網可靠性的研究背景及意義;以解析法和模擬法為分類標準,介紹了現有配電網的可靠性評估方法;以評估對象為分類標準,介紹了配電網的負荷可靠性指標和系統可靠性指標。 
(2)  介紹了威布爾分布函數,以及如何用極大似然估計法求取參數;基于威布爾分布函數,建立了配電網元件的可靠性模型;其中以溫度作為評估核心和橋梁,計及了環境以及各部件之間的溫度影響,提出了變壓器的 HST 模型和電纜線路的溫度暫態模型;
(3)  根據主電源和備用電源在配電網中的位置,將配電網劃分為主網絡與支網絡;在主網絡中沿用 FMEA 法求取結點的可靠性指標;用基于元件的可靠性指標傳遞特性,以及支網絡中的傳遞特性和順流傳遞,表示元件故障對其他位置的影響。
(4)  根據保護元件在可靠性指標的傳遞過程中的匯聚作用,和其在配電網中的位置,提出了保護元件模型;文中定義了配電網元件的通用模型,并通過保護元件模型簡化了可靠性指標的傳遞路徑;通過完善傳遞特性和傳遞過程,實現了可靠性指標的全網絡傳遞。 
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參考文獻(略)
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