電網(wǎng)規(guī)劃中的模糊可靠性評估方法

徐海棟　王浩粼

摘 要 在電網(wǎng)運行過程中，受外界環(huán)境、設備工作狀態(tài)、人為破壞等因素的影響，電網(wǎng)容易出現(xiàn)各種類型的故障，電力用戶因得不到穩(wěn)定、優(yōu)質的電能而造成嚴重的經濟損失。因此，合理規(guī)劃電網(wǎng)系統(tǒng)、保障電網(wǎng)運行安全也成為現(xiàn)階段供電公司重要的工作內容。而模糊可靠性評估是一種近似于直觀分析的推算方法，將其運用便可在電網(wǎng)設備模糊化視角下得到設備的微觀狀態(tài)、整體狀態(tài)以及事故百分點的信息，并對信息結果進行模糊性評估，為供電公司進行電網(wǎng)規(guī)劃和開展電網(wǎng)管理提供了必要的參考。

關鍵詞 電網(wǎng)規(guī)劃；模糊可靠性指標；模糊概率；評估方法

中圖分類號 TM7 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0170-01

電網(wǎng)系統(tǒng)中的各類電氣設備以及輸電線路大多暴露在自然環(huán)境中，容易受到來自各個方面的不確定性影響，給電網(wǎng)的優(yōu)化管理增加了難度。結合以往工作經驗，如果能夠利用模糊可靠性評估方法對這些隨機不確定事件進行分析和計算，從而獲得設備故障率、設備狀態(tài)概率以及電網(wǎng)狀態(tài)概率等參數(shù)的具體數(shù)值，進而為開展針對性的管理措施提供了借鑒。文章首先對模糊可靠性評估方法進行了概述，而后根據(jù)部分模糊可靠性評估方法的實際計算及分析結果對其計算機模擬過程進行了階段分析。

1 模糊可靠性評估方法

電網(wǎng)系統(tǒng)包含許多電氣設備，故在其運行過程中必然會產生一些無可避免的故障問題，且包含設備種類越多，發(fā)生故障的種類和故障點就越有隨機性特征。近年來，在電網(wǎng)覆蓋面積增加的同時，電力用戶對于供電質量也提出了更加嚴格的要求。從供電公司角度來說，只有掌握對電氣設備運行狀態(tài)的評估方法，才能提前采取針對性的管理和維護措施，達到“防患于未然”的管理效果，保障電網(wǎng)的正常運行，確保電能的正常和穩(wěn)定供應。概率統(tǒng)計法可以針對不確定性事件的出現(xiàn)時間和發(fā)生頻率，在數(shù)學期望計算的基礎上做出較為客觀和準確的評估。因此，基于概率統(tǒng)計的模糊可靠性評估方法得到了廣泛應用。

該評估方法的基本原理為：首先，利用概率統(tǒng)計模型，收集電網(wǎng)中各個電氣設備的運行狀態(tài)，以及某一段時間內設備負荷的動態(tài)變化情況，并利用數(shù)學模型進行初步的數(shù)據(jù)分析和計算。隨后，利用模糊理論中極具代表性特征的梯形模糊數(shù)作為比對點，逐一分析其所反映的故障點、修復率和負荷界點之間的模糊性比對特征，例如關聯(lián)性、模糊不確定性等。最后，利用公式求出電網(wǎng)的模糊可靠性指標，從而為管理人員進行電網(wǎng)規(guī)劃提供必要的依據(jù)。

2 模糊可靠性指標的計算

電網(wǎng)的長期規(guī)劃必須要解決電網(wǎng)設備運行過程中的隨機性和不確定性問題，從而降低設備發(fā)生故障的概率，在保證電網(wǎng)平穩(wěn)運行的同時，也維護了供電公司自身的經濟效益。我們在分析電網(wǎng)設備運行安全問題的過程中引入了“模糊數(shù)”這一概念，可以將不確定性的數(shù)據(jù)進行模糊計算，一方面是減輕了技術人員分析原始數(shù)據(jù)的工作壓力，提高了計算效率；另一方面也可以豐富原始數(shù)據(jù)的容量，為提高模糊計算的精確性也起到了一定的幫助作用。根據(jù)具體計算形式的不同，模糊數(shù)又可分為“梯形模糊數(shù)”和“三角形模糊數(shù)”兩種，其中梯形模糊數(shù)因為數(shù)據(jù)篩選區(qū)間更廣、適應性較強等特點，在電網(wǎng)規(guī)劃中具有更為廣泛的應用。

以電網(wǎng)中的電氣設備故障率為例，在確定的區(qū)間[t1，t4]內，再分別隨機選取兩個模糊數(shù)據(jù)t2、t3。根據(jù)區(qū)間分析可知，模糊故障率的數(shù)值趨向于（t1+t4）/2，因此很大可能在t2和t3之間，具體表示如圖1所示。

3 電網(wǎng)規(guī)劃中模糊可靠性評估方法的應用

3.1 缺電模糊概率

在某一段時間內，電網(wǎng)結構中常在發(fā)電設備或輸電線路運行過程中產生故障癥狀，而因其癥狀多為停電故此概率被定義為缺電模糊概率。通常用Flolp表示。在缺電模糊概率的計算中，可能會對計算結果產生影響的要素包括電網(wǎng)負荷水平、故障設備數(shù)量以及故障持續(xù)時間等。需要注意的是，缺電模糊概率計算中的數(shù)值取值區(qū)間為[0，x]，即所有概率數(shù)值均為正數(shù)，這對于下一步開展其他模糊可靠性評估提供了必要的數(shù)據(jù)支持。

3.2 缺電模糊數(shù)學期望

電網(wǎng)運行過程中，由于電壓負荷發(fā)生波動性變化，導致設備出現(xiàn)故障并停運，計算負荷停電的模糊時間T（取平均值），然后利用上文中求出的模糊缺電概率除以模糊時間，所得結果即為缺電模糊數(shù)學期望。

3.3 缺電模糊頻率

缺電模糊頻率定義為研究期間內，電網(wǎng)在不同負荷水平下，由于設備故障停運引起供電不足而造成負荷停電的模糊平均次數(shù)，次/期間。缺電模糊頻率不僅與負荷水平和設備狀態(tài)有關，還與電網(wǎng)各狀態(tài)之間的轉移率有關。

4 算例及MonteCar1o模擬

通過上文分析，我們對于電網(wǎng)規(guī)劃中如何應用模糊可靠性評估方法有了一個基本的了解。但是由于數(shù)據(jù)龐大加上計算過程較為繁雜，因此還需要借助于計算機專業(yè)軟件的仿真模擬，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行分析，并得出對應的評估結果，以此來檢驗該種方法的可用性和價值性。可靠性試驗系統(tǒng)RTS進行模擬計算：將梯形模糊數(shù)表示的各模糊性參數(shù)用6個A-截集離散化A={0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，每個A截集對應1次Monte Carlo模擬；對每個截集隨機抽樣取值，批量為10 000次/截集，每次調用常規(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。隨著模擬試驗次數(shù)的增加模擬法與解析法所得結果的誤差將會趨于減小，圖中的點劃線是抽樣批量為100 000次/截集得出的結果，它與解析法所得結果很接近，由此可以說明本文提出的求解方法是正確的。

5 結論

電網(wǎng)運行過程中可能發(fā)生的各種不確定性事件，使得供電公司在開展電網(wǎng)規(guī)劃和管理工作時，也必須要采用合理的技術方法，在完成日常管理任務的同時，做到對隱藏風險的提前預知的有效防控。基于統(tǒng)計概率的模糊可靠評估方法，以獲取電網(wǎng)各個設備運行數(shù)據(jù)為基礎，通過公式計算和統(tǒng)計分析，能夠對不確定性因素做出一個相對準確的判斷，從而為供電公司下一步規(guī)劃的方向提供了參考。通過計算機軟件仿真，驗證了模糊可靠評估方法的實用性，可以在實際工程中應用和推廣。

參考文獻

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