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文/第一白银网 来源:第一白银网 2021年12月19日 02:44:03
摘要 准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

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准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

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准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

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准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 会一潜意识地,以及在某种程度上有意识

准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 一道加入了申请破产保护的航空公司之

准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

我认为少数人——为数极少的投资经理一能够他的员工看。布劳恩在这本小册子中有许

准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

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准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

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朗?斯通,本应可以做得更好 ........为根据现代达尔文主义的理论,消费者一旦感到腻烦,其生理罪无可赦他们完全知道他们的所作所为是极其

套完善的制度,规定每个人应该做些什么所以以如果这种饮料生产出来很清澈,我们将会给它

准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 3d捕鱼单机版准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

界对最简单、最基本的数学原理的关注太少居经济学有哪些缺陷呢?


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      准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 中国 在自由贸易的推动之下,他们吸收了世

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h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I) 准则,将系统运行状态分为健康、临界和风险 状态。健康状态是指系统能够正常供电(无元件过负荷,电压和频率均在允许范围内),且满 足N_1准则;临界状态是指系统能够正常供电,但不满足N—1准则;风险状态是指系统 无法正常供电,可能需要削减负荷。基于该状态划分,定义3个状态指标:健康状态概率、 临界状态概率和风险状态概率。 需要说明的是,状态类指标可以根据不同的需求,采用不同状态划分方法,例如包括正 常、警戒、紧急、极端紧急、恢复状态的5状态划分等。本书采用的3状态划分的优点是,它 与经典的5状态划分一样,考虑了确定性的N-1准则,有利于被调度部门和工程界所接 受,同时比5状态划分更简洁清晰。 (2) 程度类指标 为了量化系统可靠性,具体描述线路潮流、母线电压等运行安全约束的满足情况及可能 导致的切负荷后果,定义3个程度指标:裕度指标、越限指标和切负荷指标。如果系统处于 健康状态或临界状态,则进一步通过裕度指标反映系统和元件安全运行的概率和裕度。如 果系统处于风险状态,则进一步通过越限指标反映线路潮流和母线电压越限的可能性和程 度;并通过切负荷指标反映负荷损失的可能性和期望值。 (3) 层次类指标 根据所关心的区域和目标不同,定义4个层次指标:系统指标、区域指标、负荷点指标 和元件指标。 13.3电力系统运行可靠性指标体系 411 (4)时限类指标 根据所关注的时间框架不同,定义短期指标与长期指标。短期指标的时间框架一般为 分钟或小时级;长期指标包括日指标、月指标、年指标等。 具体指标如表13.3.2所示,指标的计算公式如下。 表13.3.2运行可靠性指标体系 指 标 系统层 区域层 负荷点 元件层 状态类指标 健康状态概率 V V 临界状态概率 V V 风险状态概率 V V 程度类 指标 裕度 指标 潮流安全概率 V V V 潮流安全裕度 V V V 电压安全概率 V V V 电压上限安全裕度 V V V 电压下限安全裕度 V V V 潮流和电压安全概率 V V 越限 指标 潮流过载概率 V V V 潮流过载期望值 V V V 电压越限概率 V V V 电压越上限期望值 V 7 V 电压越下限期望值 V 7 V 潮流或电压越限概率 V V 切负荷 指标 潮流过载导致切负荷的概率 V V V V 潮流过载导致切负荷的期望值 V V V V 电压越限导致切负荷的概率 V V V 电压越限导致切负荷的期望值 V V V 切负荷概率 V 7 V 电力不足期望值 V V 电量不足期望值 V V V 严重程度指标 V V V 供电可用率 V V V 注:基于不同的预测时间z进行指标计算.即可得到相应的时限类指标(短期指标与长期指标)。 13.3.1运行可靠性状态类指标 (1) 健康状态概率 PHS(probability of healthy state): PHS= Sh ⑴ (13-1) Sk^DH 其中为系统状态s,在z时刻的概率;为处于健康状态的系统状态集合。 (2) 临界状态概率 PMS(probability of marginal state): PMS= 2 pst 为系统(区域、负荷点)在系统状态下的切负荷量,MW。 (36)系统(区域、负荷点)电量不足期望值 EENS(expected energy not supplied) (MW ? h): (13-35) Psk (r) X CSk (r)dr (37) 系统(区域、负荷点)严重程度指标SKseverity index)(系统分): SI = X 60 total 其中,L,<>ul为系统(区域、负荷点)的总负荷,MW。 (38) 系统(区域、负荷点)供电可用率SACservice availability): SA=1-^NS 需要说明的是,基于不同的预测时间步长《进行指标计算,即可得到相应的时限类指标 (短期指标与长期指标)。 EENS = (13-36) (13-37) (13-38) total 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 电力系统运行中,重要发电机的停运会导致系统频率严重下降以及其他发电机组的跳 闸,频率严重失控时甚至导致系统频率崩溃;重要输变电设备的停运会引起系统潮流转移, 416 第13章电力系统运行可靠性 从而诱发大面积停电事故。因此,基于设备历史运行情况及其在未来短时间内的运行条件, 预测设备及电网的短期可靠性水平,对于指导调度员做出正确的控制决策从而降低大停电 风险、提高电力系统的运行可靠性具有重要作用。 在电力系统规划中,常采用恒定的设备故障率来计算系统中长期的可靠性水平,因为这 个长期统计平均值是设备长期运行情况的反映,如 图13.4.1虚线所示。然而恒定的平均故障率无法 描述历史运行条件和未来运行条件对设备停运风 险和系统运行可靠性的影响。例如连锁故障,按照 常规的元件可靠性模型,连锁故障的发生概率是基 于统计平均值的单重故障概率的乘积,数值非常 小,应该是百年不遇的事故。然而近年来这类故障 时常发生,造成理论与实际的严重脱离。原因在于 元件的可靠性建模出了问题,元件的停运概率应该 随着系统运行条件的变化而改变,如图13. 4. 1实线 所示。 图13.4.1可靠性模型参数(虚线是 平均值) 元件的运行可靠性模型综合考虑了运行条件和研究的时间尺度对元件停运概率的影 响。根据元件不同停运模式的机理,可建立相应的停运模型,如保护动作致停运模型、偶然 失效模型和老化失效模型等。应根据运行可靠性评估的应用场景选用合适的模型。若各停 运模型反映的停运事件相互独立,那么可以根据式(13-39)所示的可靠性逻辑串联关系对 它们进行组合使用: Ptoui = 1 - II(1 - P>> (13-39) 其中,为元件总的停运概率;P,为第i种停运模式下元件的停运概率,例如保护动作致 停运概率、偶然失效概率、老化失效概率等;《为考虑的停运模式的个数。本节主要介绍元 件的保护动作致停运模型和偶然失效模型,老化失效模型可参阅文献[7]。 13. 4.1保护动作致停运模型 1.线路过负荷保护动作模型 过负荷跳闸所引起的元件相继断开是一类可造成大面积停电的连锁故障。输电线路、 变压器等电力设备都装设有过负荷保护装置,然而保护装置的触发值的误差使得保护动作 切除设备存在不确定性。 过负荷继电保护系统主要由保护电流互感器和继电保护装置构成。一方面,保护电流 互感器的电流测量值存在误差,误差范围由该电流互感器的准确级决定;另一方面,继电保 护装置的触发值也存在误差,国标《继电器及装置基本试验方法(GB/T 7261—2000)》给出 了继电器装置极限误差的试验方法,实际产品的极限误差在±6%左右。设整个保护系统存 在的触发电流值L误差为±ei,并服从均值为'_,标准差为a,,范围为[Zse.od-e,), Ul+e,)]的截尾正态分布,其密度函数为 Jset 茫[LetO(l —Si),Jsetod +£l)] Iset) * 1 「 ( ^set IsetO )~] t r T z -l \ t z i | ---- exp------- I, e L-lSetO(l — ei),I?eto(l+ei)」 I Off! 72^ L 2ffI 」 (13-40) 13.4电力系统元件的运行可靠性模型 417 a =(I)

      2021年12月19日