电气主接线可靠性的仿真计算方法

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1、电气主接线可靠性的仿真计算方法1引言   自60年代中期将可靠性技术应用于电工领域以来，取得了长足的进展，并越来越显示出其在电力系统规划、设计、建设、运行等各个环节中的重要作用[2，3，4]。电力系统可靠性研究一直是向建立准确、可靠、实用的分析模型和计算方法努力[5]。发电厂（主电所）的电气主接线是电力系统的一个子系统，其作用是将电源发出的电能通过变压器将电压升高（或降低），再通过不同的接线方式输送给用户或下级变电所。对电气主接线的可靠性，众多研究者提出了多种计算模型和方法。考虑到电气主接线各元件故障的发生是一随机事件这一特点，本文将电气主接线可靠性的描述

2、作为一种离散随机事件进行研究，并用仿真方法[1]对其可靠性进行计算，取得出了良好的效果。2计算模型的建立2.1基本假设   本文所述的电气主接线从某一电源开始（假定电源点完全可靠），以某二次母线（低压母线）为终点，由此可知，电气主接线应包括以下元件：主变压器、变压器高压侧引出线、变压器低压侧引出线、二次母线、断路器、继电保护装置（主变压器保护和母线保护）。   在估算电气主接线的可靠性时我们作如下基本假设：①元件的故障是独立的。②元件的连续工作时间、修复时间、计划检修时间和倒闸操作时间服从给定的概率分布。③不考虑元件过负荷。④最多考虑二重故障，忽略二重以上

3、故障。⑤继电保护的影响计入断路器的可靠性数据中。2.2概率模型   在离散事件中，状态仅在随机的时间点上发生瞬时的跃变，而在两个相邻的时间点之前，系统的状态保持不变。系统状态发生跃变的现象是由于系统中出现某种随机性事关所引起的。例如，某条输电线路发生短路故障而使继电保护装置动作，线路断路器跳闸使线路由运行状态变为停运状态，从而使系统状态发生跃变。这种随机发生的事件正是离散系统仿真所处理的对象。   与电气主接线可靠性分析有关的状态有：系统运行和生效、设备故障与修复、断路器合闸与路闸、系统的计划检修等。以上状态的变化可简单地认为是服从（0，1）分布的离散随机

4、事件，其概率分布为给定。   在可靠性的仿真计算中，需考虑状态变化的时刻和状态停留时间。在本文中，仿真开始时间设为0，仿真终了时间设为t1。由此即可得到，系统中状态发生变化的时刻就为（1，t1）区间内均匀分布的随机变量，其概率密度为   对于状态停留时间，取其为服从参数为λ的指数分布的随机变量，其概率密度为式中λ-故障率2.3随机数产生方法   本文用线性同余法产生（0，1），均匀分布的随机数，这种方法是当前在离散系统仿真中应用广泛的随机数发生器算法，其递推算法如下   Zi=(aZi-1+c)modM   Ui=Zi/M式中Z-第i个中间值，初始值Z0为

5、种子   a-常数乘子，取值为314159269   c-常数增量，取值为453806245   M-模，取M=2   Ui-(0,1)区间内均匀分布的随机数   按以上参数得到的随机数算法有以下两点好处：①发生器是满周期的，在范围内可以产生21亿个互不重复的随机数。②当M值很大时，每产生一个随机数都需进行一次很大的数的除法运算，十分耗费机时，而采用以上参数时，可采用“溢出法”来得到对M取模的数值，这将显示著提高产生随机数据的效率。   在随机数发生器的基础上，采用逆变法即可得到负指数分布的随机变量，公式如下xi=-lnUi2.4时间推进机制   如前所述

6、，电气主接线可靠性计算属于离散动态系统仿真需要不断地计量和记录各种事件的发生时间，并进行时间统计。在仿真开始时，将仿真时钟置为0，随后，仿真时钟不断地给出仿真时间的当前值。我们采用面向事件的时钏推进机制即按下一事件预计将要发生的时刻，以不等距的时间间隔向前推进，直到满足给定的仿真时间为止。   按照以上模型，可按图1所示流程对电气主接线可靠性进行仿真计算。首先给出电气主接线方式、各元件的故障率和计划检修率给出各随机事件（故障、检修）发生的时刻和终了时刻，并依据其系统可靠性的影响记录各时刻；然后，按时钟进机制进行仿真，模拟电气主接线的运行状况，直到仿真终了时

7、刻为止；最后，输出仿真结果。按照以上方法对电气主接线的运行状况进行模拟，只需进行一次仿真计算即可得出全部可靠性数据。3算例   选用一中型水力发电厂的电气主接线，如图2所示。该电厂共有三台水轮发电机组，三台主变压器，其中1、2号主变压器为三绕组变压器，额定电压为0.5/38.5/121kV，3号主变压器为双绕组变压器，额定电压为10.5/121kV。110kV为五角形接线方式，35kV侧接成单母线分段方式。在进行可靠性仿真计算前，首先对元件的可靠性指标按照以往运行经验进行设下，如表1。在仿真过程中，还要定义可靠性判据以及系统运行方式。对系统可靠性判据，按保

8、证110kV侧连续供电和同时保证110kV和35kV侧连续供电两种