李燕杰

【摘 要】 在電網(wǎng)運行過程中，各種電氣設備由于工作環(huán)境、老化磨損程度的不同，其出現(xiàn)故障的原因、時間以及周期都難以定性計量，具有較強的隨機性和不確定性。因此，一直以來在電網(wǎng)規(guī)劃中，都是利用概率統(tǒng)計方法對電網(wǎng)中各用電設備的性能變化進行分析和評估。但是由于電氣設備本身運行狀況的不規(guī)律，以及計算過程中不可避免的誤差影響，都使得電網(wǎng)負荷水平及其故障率的計算結(jié)果模糊不清，因此，必須采用一種模糊可靠性評估方法，來處理電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定性問題。

【關(guān)鍵詞】 電網(wǎng)規(guī)劃 隨機性 模糊可靠性 評估方法

1 模糊可靠性評估方法概述

電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于所要實現(xiàn)功能的不同，需要使用到多種類型的電氣設備，這些電氣設備的材質(zhì)、質(zhì)量以及使用壽命各不相同。同時，各種電氣設備的工作環(huán)境、壓力負荷以及老化磨損程度也存在較大差異。基于上述兩種原因，各個電氣設備在使用過程中出現(xiàn)故障的時間和概率具有較強的隨機性與不確定性，這也是在電網(wǎng)系統(tǒng)中運用概率統(tǒng)計方法的根本前提。

同樣的，由于各個用電設備存在諸多方面的差異，因此其運行數(shù)據(jù)的標準化程度較低，很難保證測量數(shù)據(jù)的唯一性和精確性，即便是通過采集多組數(shù)據(jù)求平均值的方法，也很難確保設備故障率和修復率的計算結(jié)果足夠精確。除了電網(wǎng)設備本身的影響外，整個電網(wǎng)系統(tǒng)承受電力負荷壓力的大小也與設備的故障發(fā)生概率具有緊密聯(lián)系，通常情況下，電網(wǎng)負荷壓力過大或壓力不足，都會導致設備運行數(shù)據(jù)失準，與設備的額定功率相差較大。在這種情況下計算得出的最終結(jié)果具有較大的波動范圍，而以此數(shù)據(jù)分析得來的電網(wǎng)可靠性指標也必然具有模糊性，這就為采用模糊可靠性評估方法提供了基礎。

2 模糊可靠性指標的計算

電網(wǎng)規(guī)劃能夠提前分析電網(wǎng)建設和后期使用過程中可能發(fā)生或潛在的風險隱患，以便于電網(wǎng)設計人員能夠制定相應的處理措施。將模糊可靠性評估方法應用于電網(wǎng)設計的長期規(guī)劃中，幫助解決一些隨機性和不確定性問題，為確保整個電網(wǎng)運行安全提供了技術(shù)支持。對可靠性分析計算中所遇到的模糊性參數(shù)，以模糊集合論中具有較寬適應性的梯形模糊數(shù)（Trapezoid Fuzzy Number，TrFN）予以描述和處理。以設備故障率為例，通過對統(tǒng)計資料的分析可能會得出這樣的結(jié)果：其值不會小于K1或大于K4，而最有可能在K2與K3之間，故障率的這種模糊不確定性可用梯形模糊數(shù)K=（K1，K2），其隸屬函數(shù)為模糊數(shù)中心值為LK（x）=1.0截集的平均值（K2+K3）/2。模糊故障率的可能性分布可用其隸屬函數(shù)描述。對其他的模糊性參數(shù)也用類似方法予以處理。

通過將電網(wǎng)中各用電設備可能出現(xiàn)或潛在的問題，利用模糊可靠性評估方法評估后，其中一些不確定性因素就可以轉(zhuǎn)變成各種模糊數(shù)之間的運算，從而極大的提高了最終結(jié)果的精確度，降低了因誤差過大給整個電網(wǎng)規(guī)劃所帶來的損失。其中，用來計算電網(wǎng)中用電設備質(zhì)量問題的集中可靠性指標主要包含以下幾類：

2.1 缺電模糊概率

在某個特定的運行周期內(nèi)，在保證整個電網(wǎng)用電負荷不變的情況下，由于發(fā)電機、變壓器以及連接線路出現(xiàn)故障，而導致整個電網(wǎng)出現(xiàn)負荷停電的模糊概率，即為缺電模糊概率（FLOLP）。

2.2 缺電模糊期望值

在電網(wǎng)運行的整個周期內(nèi)，由于電網(wǎng)所受電力負荷變化影響，或是其他外界環(huán)境因素的影響，而導致電網(wǎng)中發(fā)電機、變壓器以及連接導線出現(xiàn)質(zhì)量問題，并計算最終引起整個電網(wǎng)負荷停電的模糊時間，求時間平均值，即為缺電模糊期望值（FLOLE）。

2.3 缺電模糊頻率

根據(jù)計算選取時間的不同，缺電模糊頻率又可分為部分缺電模糊頻率和全部模糊頻率。其中，部分模糊頻率是以電網(wǎng)運行中的某一時間段為分母，統(tǒng)計在這一時間段內(nèi)所有因變壓器、發(fā)電機以及連接線路質(zhì)量問題而引發(fā)的負荷停電的模糊時間，將其作為分子，將兩者相除結(jié)果即為部分缺電模糊頻率；全部模糊頻率則是以整個電網(wǎng)運行時間做分母，以該時間區(qū)間內(nèi)發(fā)電機、變壓器以及連接導線的質(zhì)量問題引發(fā)負荷停電模糊時間為分子，并計算兩者相除結(jié)果。

3 算例及MonteCar1o 模擬

應用本文提出的模糊可靠性求解方法，對IEEE-24節(jié)點可靠性測試系統(tǒng)RTS在支路1-2與支路3-24同時故障停運狀態(tài)下，進行系統(tǒng)的可靠性指標計算，并利用MonteCarlo模擬法進行模擬驗證。將梯形模糊數(shù)表示的各模糊性參數(shù)用6個α-截集離散化α={0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，每個α截集對應1次MonteCarlo模擬；對每個截集隨機抽樣取值，批量為10000次/截集，每次調(diào)用常規(guī)（即不考慮參數(shù)模糊性）的可靠性計算程序算出相應的可靠性指標確定值。

通過最終的計算結(jié)果對比分析，可以看出：隨著實驗樣本數(shù)量的不斷增加，樣本計算結(jié)果的平均值誤差范圍也會越來越小，并最終區(qū)域平穩(wěn)，當實驗樣本數(shù)量達到1000時，其誤差范圍保持在0.01-0.03區(qū)間內(nèi)，這與解析法計算求得的標準值極為接近。結(jié)合極限計算理論，當實驗樣本數(shù)量足夠多時，采用模糊可靠性評估法計算得出的缺電模糊期望值等于解析法求得的缺電模糊期望值。由此可以得出結(jié)論，模糊可靠性評估方法能夠很好的適用于電網(wǎng)規(guī)劃。

4 結(jié)語

通過具體的實踐表明，模糊可靠性評估方法能夠滿足電網(wǎng)規(guī)劃對于不確定性設備故障和質(zhì)量問題造成的影響，進而能夠幫助相關(guān)電網(wǎng)規(guī)劃人員提前制定應對措施，保證整個電網(wǎng)的運行安全。模糊可靠性算法計算得出的最終結(jié)果，其可靠性指標大致分布在標準范圍內(nèi)。隨著電網(wǎng)負荷信息的不斷豐富，可靠性指標的分布范圍也出逐漸縮小，從而使其不斷趨向于標準值。通過綜合對比集中電網(wǎng)規(guī)劃的評估方法，模糊可靠性評估法計算時間相對較短，具有較高的實際應用價值。

參考文獻：

[1]王懷遠，張保會，楊松浩，蘇福.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定切機控制策略表的快速整定方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2015（11）：164-165.

[2]胡源，別朝紅，寧光濤，高玉潔.計及風電不確定性的多目標電網(wǎng)規(guī)劃期望值模型與算法[J].電工技術(shù)學報，2012（10）：131-133.

[3]張焰，張國慧.電網(wǎng)規(guī)劃中的最小模糊缺電成本計算研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2011（07）：109-111.