針對系統安全的電網安全穩定控制系統可靠性評估

王 飛

（南京南瑞繼保工程技術有限公司）

0 引言

電網安全穩定控制系統是保障我國電網安全的重要設施，目前電網安全穩定控制系統呈現出大型化、復雜化等發展態勢。當電網受到較為嚴重的故障影響時，電網安全穩定控制系統能夠及時動作，從而確保電網各運行系統不會受到損害。電網安全穩定控制系統的可靠性一旦降低，會導致錯誤動作和不開展動作，將會加劇故障的影響，在我國社會發展過程當中，出現過多次此類電網事故［1］。因此，針對系統安全的電網安全穩定控制系統的可靠性評估，具備較強的研究價值和現實應用意義。一種基于可靠性評估的中壓配電網規劃確定方法及系統與流程如圖所示。

1 電網安全穩定控制系統可靠性的評估指標

在電網安全穩定控制系統可靠性評估過程中，適合的評估指標能夠大大增加評估的科學性和準確性，兩種配電網用電可靠性指標體系及綜合評估方法見表1和表2。本文主要介紹時間和概率兩種評估指標，內容如下。

表1 部分用戶配電網用電可靠性指標體系及綜合評估方法a

表2 部分用戶配電網用電可靠性指標體系及綜合評估方法b

圖 一種基于可靠性評估的中壓配電網規劃確定方法及系統與流程

1.1 時間指標

多數情況下采用時間指標評估電網穩定控制裝置或系統的連續性運行能力和失去能力后的修復能力。時間指標主要包括三種，分別為平均失效前時間（MTTF）、平均首次失效前時間（MTTFF）、平均修復時間（MTTR）。其中，平均失效前時間表示電網穩定控制裝置或系統，在運行過程中，發生或出現故障前的平均時間；平均首次失效前時間則表示電網穩定控制裝置或系統，從最初開始投入運行，到第一次發生或出現故障的平均時間；而平均修復時間則是表示電網穩定控制裝置或系統，在發生或出現故障后修復過程中所消耗的平均時間。此外，對于無法進行修復的系統來說，假若存在多種不同的運行情況，那么平均失效前時間和平均首次失效前時間也是不同的［2］。

1.2 概率指標

電網安全穩定控制系統可靠性的概率評估指標主要分為四種，分別是失效率、修復率、可用度以及要求時失效概率［3］，具體如下。

（1）失效率

失效率指標是電網穩定控制系統可靠性評估的基礎指標，定義為元件運行到某時間時，沒有出現失效的情況，同時在之后的單位時間段內，將會發生失效的概率。公式為：

式中，λw為失效率；λj為拒動失效率；Tw為出現錯誤失效時間；Tj為拒絕失效時間。

假若電網安全穩定控制裝置是由多個模塊組成，那么裝置的實效率可用公式（3）和（4）計算：

式中，k為模塊數；λM為裝置失效率；λbi、λhi、λsi分別為各模塊組成的硬軟件部分失效率；αhi、αsi分別為各模塊組成的硬軟件部分的重要程度系數；m、n分別為組成模塊的軟件和硬件數量。

（2）修復率

修復率指標是電網安全穩定控制系統當中元件在某時間內處于失效的狀態，在之后的單位時間內會被修復的概率。公式可用式（5）表示：

式中，T為被修復的時間；μ為修復率。

（3）可用度

可用度指標則為電網安全穩定控制裝置或系統處于正常運行狀態時，對其長期性狀態的概率表示。由于電網安全穩定控制裝置或系統長期處于運行或者是修復的情況，可用公式（6）表示：

式中，A為可用度。

（4）要求時失效概率指標

該指標是表示電網安全穩定控制系統在運行過程中，將會出現危險失效的概率。通過調查研究發現，利用安全儀表系統的可靠性評估方式，將要求時失效概率作為特殊保護系統可靠性的衡量指標。同時還有學者認為可將安全完整性的等級劃分作為電網安全穩定控制系統的可靠性評估指標，等級越高系統出現危險失效的概率也就越低，呈反相關，從而體現出較高的電網安全穩定控制系統設計和配置指導價值，利于求取特定可靠等價下該系統中各個組成部分的要求時失效概率上限值。

2 電網安全穩定控制系統的可靠性

2.1 保證電網的安全運行

最大限度保證電網區域范圍內的安全、穩定且有效地運行，使電網長期保持功率的平衡，可有效預防電網在運行過程中事故和故障的發生，降低后期維修費用［4］。因此，電網相關運行部門在管理電網時應當做好停電預警方案和措施，保證不會影響正常供電。

2.2 滿足負荷的條件

統一化管理且平衡電氣發、送、配電工作，制定出有效的各項日常工作計劃，可確保電網系統的正常穩定運行，不斷提高發電廠及變電站間的協調性。將電氣設備的維護運行工作作為最基礎的保障性工作，從而滿足我國人民生產及生活的電能需求。

2.3 能源的充分利用

能源的充分利用一直都是我國實現可持續性社會發展的重要內容，提升電網安全穩定控制系統的可靠性，能在很大程度上減少火力發電廠的能源消耗和運營成本。合理控制火力發電廠和變電站之間的能源消耗和電能輸送，通過自動最優的負荷與分配內容，可使以火力發電廠所構建的電網實現最大化的經濟價值。

2.4 制動系統的改進

制動系統改進的主要作用為在電力系統出現故障時，有效保證最低輸入功率的安全性和穩定性，同時將機器調節閥的作用發揮到最大，有效控制發電機與設備的通用角度檢測，使電網動力系統當中的發電機和設備能夠在同一種角度的變化過程中結合起來，最終達到電源系統穩定且安全的運行狀態。

3 針對系統安全的電網安全穩定控制系統可靠性評估方法

3.1 可靠性框圖法

可靠性框圖法能夠將電網安全穩定控制系統從圖像的形式轉化為框圖網絡，框圖網絡中的單個方框表示該系統中存在的特殊組件，再由各個方框聯合組成［5］。假若在利用該方法進行可靠性評估時，能從框圖網絡當中尋找到一條非常順暢的通路，那么該通路所有的組件可以保證該系統的正常運行。此外，可靠性框圖法在建立過程中過分依賴電網安全穩定控制系統的實際架構和各裝置間的邏輯關系，所此種方法比較適于物理結構相對簡單且清晰的系統，同時不能將其用在平均首次失效時間前的計算當中。

3.2 故障樹分析法

故障樹分析法主要用于電力安全穩定控制系統的可靠性評估建模，是一種由上而下的識別模式，可利用故障樹相關符號，清楚反映出能夠使系統失效的故障元件組合，從而以此建立樹形模型。但是由于受到底層時間的確定需要影響，假若該系統建設規模較大且復雜時，使用此種方法就很難找到最小的影響，并且不同最小影響所導致的一種時間，非常容易出現概率重復出現和重疊的問題，進而此種方法的適用范圍較小。

3.3 馬爾可夫模型法

馬爾可夫模型法在應用過程中，需要具備的一個條件為：電網安全穩定控制系統中的修復系統是該模型法的修復系統。電網安全穩定控制系統自身屬于可修復的系統，在實際運行過程當中，將會存在多種運行狀態，假若出現失效或修復狀態時，該系統能夠自行進行狀態的轉換，而不同狀態的轉換主要動力為部件的失效或修復概率。

3.4 蒙特卡羅法

蒙特卡羅法作為建立在概率理論和統計理論兩種理論基礎上的隨機數模擬法，將其應用到電網安全穩定控制系統可靠性評估過程當中，不僅可以獲得關于該系統的可靠性評估的期望值指標，同時還能得到該系統的可靠性評估指標概率分布，從而建立出科學合理的電網安全穩定控制系統模型、明確系統當中的變量分布情況、得到概率和處理兩種抽樣的結果。

上述四種可靠性評估方法各有各的優點，在實際應用當中，應當結合不同的可靠性評估場景，選擇最優的評估方法。

4 結束語

綜上所述，在實際應用過程中，應當按照電網的運行狀態對系統安全的電網安全穩定控制系統可靠性評估指標、內容以及方法進行合理的挑選，從而為之后進行深度的電網安全穩定控制系統可靠性評估研究提供重要的參考數據，為其奠定堅實的實踐操作基礎。