蒙特卡洛法在电力系统设计可靠性评估中的应用

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1、3蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用3.1电力系统可靠性评估的内容与意义可靠性指的是处于某种运行条件下的元件、设备或系统在规定时间内完成预定功能的概率。电力系统可靠性是指电网在各种运行条件下，向用户持续提供符合一定质量要求的电能的能力。电力系统可靠性包括充裕度(Adequacy)和安全性(seeurity)两个方面。充裕度是指在考虑电力元件计划与非计划停运以及负荷波动的静态条件下，电力系统维持连续供应电能的能力，因此又被称为静态可靠性。安全性指的是电力系统能够承受如突然短路或未预料的失去元件等事件引起的扰动并不间断供应电能的能力，安全性又被称为动态可靠性。目

2、前国内外学者对充裕度评估的算法和应用关注较多，且在理论和实践中取得了大量的研究成果，但随着研究的深入也出现了很多函待解决的新课题。电力系统的安全性评估以系统暂态稳定性的概率分析为基础，在原理、建模、算法和应用等方面都处于起步和探索阶段。由于电力系统的规模很大，通常根据功能特点将其分为不同层次的子系统，如发电、输电、发输电组合、配电等子系统，对电力系统的可靠性评估通常也是对上述子系统单独进行。不同层次的子系统的可靠性评估的任务、模型、算法都有较大区别。电力系统在正常运行情况下，系统能够正常供电，不会出现切负荷的事件。如果系统受到某些偶发事件的扰动，如元件停运(包括

3、机组、线路、变压器等电力元件的计划停运与故障停运)、负荷水平变化等，可能会引起系统功率失衡、线路潮流越限和节点电压越限等故障状态，进而导致切负荷。电力系统可靠性研究的主要内容是基于系统偶发故障的概率分布及其后果分析，对系统持续供电能力进行快速和准确的评价，并找出影响系统可靠性水平的薄弱环节以寻求改善可靠性水平的措施，为电力系统规划和运行提供决策支持。3.2电力系统可靠性评估的基本方法电力系统可靠性评估方法可分为确定性方法和概率性方法两类。确定性方法主要是对几种确定的运行方式和故障状态进行分析，校验系统的可靠性水平。在电源规划中，典型的确定性的可靠性判据有百分备用

4、指标和最大机组备用指标;电网规划中，确定性的可靠性判据主要是校验负荷的最小供电回路数。电力系统是一个具有随机特性的系统，负荷水平的波动、元件故障等都具有随机性，确定性方法难以考虑各种状态的概率分布特性，评估结果存在较大偏差，因此概率性方法在电力系统的可靠性评估领域得到更加广泛应用，并在理论和实践方面取得很大的进展。概率性可靠性评估方法主要有解析法和模拟法两大类，后者一般又被称作蒙特卡洛法。两者的共同点是都以系统随机状态发生的概率对随机状态的后果(切负荷功率)进行加权，即不仅考虑故障的严重性，同时考虑其概率性，且对随机状态的分析方法是一致的。两者的根本区别在于获取

5、系统随机状态及其概率值的方法不同，解析法通过故障枚举来获得系统随机状态，通过解析计算获得系统随机状态发生的概率;蒙特卡洛法通过随机抽样的方法获得系统随机状态，采用统计的方法以随机状态的频率来估算概率。解析法的数学模型精确，得到的可靠性指标计算精度高，但该方法的缺点也非常突出。首先，采用解析法要分析的系统状态数目随着系统元件数目的增长呈指数规律增长，因此难以应用于大规模电力系统可靠性评估的场合。采用忽略多重故障状态的“故障筛选技术”来解决这一问题，但显然会在一定程度上削弱解析法在计算精度方面的优势。其次，采用解析法难以获得频率和持续时间指标，而这些又是非常重要的可

6、靠性信息。最后，解析法难以处理系统中随机因素的影响，如负荷的波动、水库水位的变化等，也不易模拟运行人员对系统的控制措施及其后果，因此影响到了计算结果的可信度。由于解析法存在上述难以克服的缺点，在大型电力系统可靠性评估的场合应用较少，而蒙特卡洛法则得到了广泛的应用。蒙特卡洛方法（又被称作统计试验方法)或随机抽样技术，其提出可以追溯到19世纪末期，20世纪40年代中期之后随着科学技术的发展和电子计算机的发明，该方法得到了快速的发展和应用。几十年来，随着计算技术的迅速发展，蒙特卡洛方法的应用范围日趋广阔。目前它已经被广泛应用到包括电力系统可靠性分析在内的各类科学研究与

7、工程设计领域中，成为计算数学的一个重要分支。采用蒙特卡洛方法评估电力系统可靠性，存在着明显的优势。第一，在一定的精度要求下，蒙特卡洛方法的抽样次数与系统的规模无关，因此特别适用于大型电力系统的评估计算。第二，采用蒙特卡洛方法评估可靠性，不但能够获得概率性指标，而且能够得到频率和持续时间指标，得到的可靠性信息更加丰富、实用。第三，基于蒙特卡洛方法的程序数学模型相对简单，且容易模拟负荷变化等随机因素和系统的校正控制措施，因此计算结果更加符合工程实际。电力系统规模日趋扩大、元件众多、控制策略复杂，因此蒙特卡洛法在其可靠性评估中获得了日益广泛的应用。3.3蒙塔卡洛法的基

8、本内容3.3.1基本参数