发电系统可靠性评估

第二章发电系统可靠性评估GeneratingSystemReliabilityEvaluation2.1概述2.2发电机组停运容量概率模型2.3负荷模型2.4发电系统可靠性指标的计算2.5发电机组的计划检修2.6随机生产模拟2.7我国2000年发电系统可靠性评估2.1概述主要目标确定电力系统为保证充足的电力供应所需的发电容量。包括：静态容量运行容量指对整个系统所需容量的长期估计，可考虑为装机容量；必须满足发电机组计划检修、非计划检修、季节性降出力以及非预计的负荷增长等要求；待确定的基本量是电力系统的合理装机备用。为满足一定负荷水平所需实际容量的短期估计；需要确定的则是在短时间内(几小时或一天)，系统所需的运行备用(旋转备用、快速启动机组及互联电力系统的相互支援等)。2.1概述发电系统可靠性指标——发电系统的充裕度是在发电机组额定值和电压水平限度内，扣除机组的计划和非计划停运造成的降低出力后，向用户提供总的电力和电量需求的能力。衡量系统装机容量充裕度的方法确定性方法：百分数备用法或最大机组备用法概率方法：电力不足概率(LossofLoadProbability，LOLP)及电力不足频率和持续时间(FrequencyandDuration，F&D）1950～1960年代建立的模拟法和递推法为概率法在发电系统可靠性评估中的应用奠定了基础2.1概述表2.1国外电力公司发电系统可靠性标准国家或公司～LOLEd/aHLOLEh/a容量裕度％国家或公司LOLEd/aHLOLEh/a容量裕度％澳大利亚5～720～30日本0.320～30比利时16约旦0.425～30巴西2.5瑞典0.4加拿大0.12.520荷兰30～40独联体3515～17挪威3丹麦20葡萄牙20芬兰914罗马尼亚0.1～1.230～35法国0.22斯洛文尼亚2024德国20南非62022～28爱尔兰1.5933～35西班牙0.110意大利25英国1.824科特迪瓦17美国0.115～202.2停运容量概率模型的建立2.2.1发电系统可靠性分析原理不考虑输电网络约束（互联系统联络线例外）；不反映任何特定用户负荷点的电力不足；能衡量整个发电系统的充裕度。C发电系统容量系统总负荷a.系统模型容量模型负荷模型风险模型b.分析模型2.2停运容量概率模型的建立2.2.2建立模型时对一些工程问题的处理关于部分停运的处理采用两状态(工作状态故障停运状态)模型。实际存在部分停运状态，即机组的可用发电容量只能达到额定容量的一个百分数。通常的处理方法是把部分停运折合成等效完全停运来考虑。定义等效强迫停运率(theEquivalentForcedOutageRates，EFOR)：EFOR＝（强迫停运小时＋等效停运小时）/（运行小时＋强迫停运小时）计划检修的考虑适当减少研究期间的机组容量总数。需频繁地修改系统的机组停运容量模型，费时、不方便；利用“有效载荷能力(effectiveload-carryingcapability)”或“有效容量(effectivecapacity)”的概念修改负荷模型；能源受限机组(limitedenergyunit)。水电机组的停运可能是随机的机组强迫停运或缺乏水能停运。一般可靠性计算均假定供给发电机组的能源是完全充足的。机组停运参数的不确定性。通常采用确定的停运参数的点估计值进行分析计算；必要时再考虑机组停运参数的不确定性的影响。2.2停运容量概率模型的建立2.2.3安装容量、可用发电容量和停运容量安装容量(InstalledCapacity)：机组额定容量的总和。安装容量与机组的状态无关，即ICs＝∑ICi可用发电容量(AvailableGenerationCapacity)：指系统中每台机组处于正常可用状态，能连续带满负荷的容量。系统的可用发电容量与系统中各机组的状态有关。对于一台机组，有0处于停运状态时当机组，处于正常运行状态时当机组，iiICACii停运容量(OutageCapacity)：一台机组处于停运状态，不能连续带负荷的容量。系统的停运容量与也系统中各机组的状态有关。对于一台机组，有0处于停运状态时当机组，处于正常运行状态时当机组，iICiOCii2.2停运容量概率模型的建立相应地，下述关系成立：ICi(安装容量)＝ACi(可用容量)＋OCi(停运容量)ICs(安装容量)＝ACs(可用容量)＋OCs(停运容量)通常，发电系统可靠性评估中采用单母线模型，有niisniisOCOCACAC11)()()()(机组系统机组系统表2.2两台50MW机组构成的发电系统的可用容量和停运容量表系统状态可用发电容量/MW停运容量/MW机组1机组2机组1机组2系统机组1机组2系统正常正常5050100000故障正常0505050050正常故障5005005050故障故障00050501002.2停运容量概率模型的建立状态k(k台故障)的概率pk为pk＝Cnkrk(1－r)n－k其中，r＝λ/(λ＋μ)为机组强迫停运率；λ，μ为机组的故障率和修复率状态k的确切频率fk为fk＝pk(λk+＋λk－)式中，λk+(λk－)为从状态k向停运容量小(大)的状态的转移率。系统n台机组类型相同时停运容量概率表的制定对于上述系统，有如下关系：λk+＝kμλk－＝(n－k)λCk＝kC，k＝0,1,…,nPk＝∑ni=kpiF(Ck)＝∑ni=kpi[λ+(Ci)－λ－(Ci)]式中，λ+(Ci)/λ－(Ci)为停运容量在Ci的状态向停运容量小(大)的状态的转移率。2.2停运容量概率模型的建立例2.2某发电系统有4台50MW的机组。单台机组参数为r＝0.04，λ＝0.0011/d，μ＝0.026/d。计算发电系统的停运参数。解设系统安装容量为Z(Z＝200MW)；任一时刻可用发电容量为Y，停运容量为X，则X＝Z－Y。yk为状态k的发电容量；xk为状态k的停运容量。记Pk＝P{X≥xk}＝P{Y≤yk}为停运容量大于等于xk的累积状态概率；pk＝p{X＝xk}为停运容量等于xk的确切状态概率。则p0＝p(x＝0)＝C40(0.04)0(0.96)4＝0.8493466p1＝p(x＝50)＝C41(0.04)(0.96)3＝0.1415578p2＝p(x＝100)＝C42(0.04)2(0.96)2＝0.0088474p3＝p(x＝150)＝C43(0.04)3(0.96)＝0.0002458p4＝p(x＝200)＝C44(0.04)4(0.96)0＝0.0000026f(x＝0)＝p(x＝0)×(0－4λ)＝－0.0037371f(x＝50)＝p(x＝50)×(μ－3λ)＝0.0032133f(x＝100)＝p(x＝100)×(2μ－2λ)＝0.0004406f(x＝150)＝p(x＝150)×(3μ－λ)＝0.0000189f(x＝200)＝p(x＝200)×(4μ－0)＝0.00000032.2停运容量概率模型的建立表2.3发电系统停运参数概率状态xk/MWyk/MW确切概率pk累积概率Pk增量频率f(xk)/d-1累积频率F(xk)/d-1002000.84934661-0.0037371－1501500.14155780.15065360.00321330.003673221001000.00884740.00909580.00044060.00045983150500.00024580.00024840.00001890.0000192420000.00000260.00000260.00000030.00000032.2停运容量概率模型的建立用递推公式建立停运容量概率模型1.确切状态概率p(X)公式新增一台机组(容量CMW，FOR＝r)后，系统停运容量为X的确切概率p(X)p(X)＝(1－r)p’(X)＋rp’(X－C)对于第一台机组，p(0)＝1－r，p(C)＝r当X＜C时，p’(X－C)＝02.累积状态概率P(X)公式P(X)＝(1－r)P’(X)＋rP’(X－C)例2.3表2.4发电系统机组停运数据编号容量/MW强迫停运率r故障率λ/(次/d)平均修复时间/d修复率μ/(次/d)11000.010.005052.00.521500.020.010202.00.532000.030.012372.50.42.2停运容量概率模型的建立表2.6停运容量概率模型Xp’(X)p(X)＝(1－r)p’(X)＋rp’(X－C)P(X)011追加机组1：C＝100MW，r＝0.01010.99×1＋0.01×0＝0.991.005000.99×0＋0.01×0＝0.000.0110000.99×0＋0.01×1＝0.010.01追加机组2：C＝150MW，r＝0.0200.990.98×0.99＋0.02×0＝0.97021.00005000.98×0＋0.02×0＝00.02981000.010.98×0.01＋0.02×0＝0.00980.029815000.98×0＋0.02×0.99＝0.01980.020020000.98×0＋0.02×0＝00.000225000.98×0＋0.02×0.01＝0.00020.00022.2停运容量概率模型的建立续表2.6停运容量概率模型Xp’(X)p(X)＝(1－r)p’(X)＋rp’(X－C)P(X)追加机组3：C＝200MW，r＝0.0300.97020.97×0.9702＋0.03×0＝0.9410941.0000005000.97×0＋0.03×0＝00.0589061000.00980.97×0.0098＋0.03×0＝0.0095060.0589061500.01980.97×0.0198＋0.03×0＝0.0192060.04940020000.97×0＋0.03×0.9702＝0.0291060.0301942500.00020.97×0.0002＋0.03×0＝0.0001940.00108830000.97×0＋0.03×0.0098＝0.0002940.00089435000.97×0＋0.03×0.0198＝0.0005940.00060040000.97×0＋0.03×0＝00.00000645000.97×0＋0.03×0.0002＝0.0000060.0000062.2停运容量概率模型的建立3.用递推公式建立机组停运容量的频率和持续时间能计算进入每种停运容量的频率和从每种停运容量状态向另一个较大和较小停运容量状态转移的离去率，并可进一步计算累积状态频率和持续时间。设λ+(X)、λ－(X)分别为自确切停运容量状态X转移到另一停运容量较小、较大的状态的有效离去率(effectivedeparturerate)；λ’+(X)、λ’－(X)分别为增加一台机组前停运容量状态X转移到另一停运容量较小、较大的状态的有效离去率。若增加一台机组前系统处于停运容量X状态，新增机组又处于工作状态，则λ+(X)＝λ’+(X)λ－(X)＝λ’－(X)＋λ若增加一台机组前系统处于停运容量X－C状态，新增机组容量为C且处于停运状态，则λ+(X)＝λ’+(X－C)＋μλ－(X)＝λ’－(X－C)2.2停运容量概率模型的建立综合求加权平均可得λ+(X)＝[1/p(X)]{p’(X)(1－r)λ’+(X)＋p’(X－C)r[λ’+(X－C)＋μ]}λ－(X)＝[1/p(X)]{p’(X)(1－r)[λ’－(X)＋λ]＋p’(X－C)rλ’－(X－C)}对于第一台机组，有λ+(0)＝0，λ－(0)＝0，p(0)＝1－rλ+(C)＝μ，λ－(C)＝0，p(C)＝r当X＜C时，λ’+(X－C)＝λ’－(X－C)＝0系统出现停运容量X的确切状态频率f(X)和累积状态频率F(X)f(X)＝p(X)[λ+(X)＋λ－(X)]F(X)＝(1－r)[F’(X)－λP’(X)]＋r[F’(X－C)＋μP’(X－C)]式中，P’(X)＝∑p’(Xj)，所有