第２６卷第１２期　２０１０年１２月　电网与清洁能源　

Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｖｏ　Ｊ．２６　Ｎｏ．１２　

Ｄｅｃ．２０１０　

文章编号：１６７４—３８１４（２０１０）１２—００６２—０５　中图分类号：ＴＭ７３２　文献标志码：Ａ　

掇　恶劣气篌蘩棒下的　患系　可靠　分析　李　佳　，王海燕ｚ，梁　艳３，李　勇４　（１．山西忻州供电分公司，山西忻州０３４１００；２．华北电网承德供电公司，河北承德０６７０００；　３．山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西忻州０３５５０３；　４．山西忻州供电分公司方元电力勘测设计有限公司，山西忻州０３４１００）　

瓞ｅｌｉａｂｉｌｉ￣Ｙ　Ｅｖａ１ｕａ｜：ｉ　《》　１）ｉｓｔｒｉｂｕｆｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉ１１　Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ａｄｖｅｒｓｅ　Ｗ　营ｈｅｒ　Ｃ０１］（…ｌｉｌＯｎＳ　ＬＩ　Ｊｉａ　，ＷＡＮＧ　Ｈａｉ—ｙａｎ　，ＬＩＡＮＧ　Ｙａｎ　，ＬＩ　Ｙｏｎｇ４　（１．Ｘｉｎｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏ．，Ｂｒａｎｃｈ，Ｘｉｎｚｈｏｕ　０３４０００，Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｏａｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｇｒｉｄ　Ｃｈｅｎｇｄｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｅｎｇｄｅ　０６７０００，Ｈｅｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｈａｎｘｉ　Ｘｉｌｏｎｇｃｈｉ　Ｐｕｍｐｅｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，　Ｘｉｎｇｚｈｏｕ　０３５５０３，Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ；４．Ｘｉｎｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｆａｎｇｙｕａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｚｈｏｕ　０３４０００，Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗｅａｔｈｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｖａｒｙ．Ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌｓｔｒｅｓｓｅｓｐｌａｃｅｄｕｐｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｒｅｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｉｎ　ｔｈｅ　ａｄｖｅｒｓｅ　ｗｅａｔｈｅｒ（ｓｕｃｈ　ａｓ　ｉｃｉｎｇ　ｏｒ　ｈｕｒｒｉｃａｎｅｓ）ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｃｏｍｍｏｎ　ｗｅａｔｈｅｒ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｅｘｃｌｕｄｅｓ　ｗｅａｔｈｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｓ　ａ　ｖａｒｉａｂｌｅ，ｕｓｕａｌｌｙ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｉｎｄｅｘ　ｗｉｔｈ　ｅｒｒｏｒｓ．Ｉｔ　ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ｍａｙ　ｈａｖｅ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｏｏｋ　ｉｎｔｏ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ａｄｖｅｒｓｅ　ｗｅａｔｈｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｉｔ　ｕｓｅｄ　ａ　ｔｈｒｅｅ—　ｓｔａｔｅｗｅａｔｈｅｒｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｓｔａｔｅｓｐａｃｅｍｅｔｈｏｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｉ℃１ｉａｂｉｌｉｔｙ　０ｆａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉ０ｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｅｒｒｏｒｓ　ｔｈａｔ　ｏｃｃｕｒｒｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｕｓ，ｉｔｗａｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ａｄｖｅｒｓｅ　ｗｅａｔｈｅｒ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；　ｗｅａｔｈｅｒ　ｍｏｄｅｌ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　摘要：不同的气候环境下，电力系统的可靠性水平及电网的　运行能力是不同的。恶劣性气候时设备所承受的物理压力要　比正常气候情况下大得多（如覆冰，飓风等）。传统未考虑气　候因素的可靠性评估，其可靠性指标结果误差较大，可能会　影响运行规划人员的决策分析。考虑极端恶劣气候因素，采　用三状态气候模型，使用状态空间法分析某配电系统可靠性　水平，并进行误差分析，以此保证可靠性分析的客观实际性，　说明其现实意义。　

关键词：极端恶劣气候；可靠性评估；气候模型；配电系统　０　引言　传统的不考虑恶劣气候条件的可靠性预测结　果是相当乐观的，其存在着很大误差１１］。像暴风雪、　冰冻、飓风这样的灾害气候对电力系统的运行会产　生巨大的负面影响。　２００８年初，我国南方地区遭受了一场特大冰雪　灾害气候的考验，持续了近一个多月１２－３１。尤其是贵　州电网，由于遭遇自１９５１年有气象资料记载以来的　罕见大面积严重冰冻灾害天气，使其电网大范围遭　受损失，２２０　ｋＶ以下低压配电线路较大范围遭受不　同程度损坏，全省很多县市受到停电影响，特别是　高寒山区输电线路及电网输送变电设施大面积覆　冰，电网的安全运行受到严重威胁。１９９８年１月，在　加拿大魁北克省，东部安大略省发生的“冰风暴”　（ｉｃｅ　ｓｔｏ咖）　灾害气候，导致供电中断用户达到３００　多万人，致使多于２５人死亡。研究表明，如果极端恶　劣气候发生的频率和持续时问相对于一般恶劣气　候来说很小时，它对长期系统可靠性指标的影响是　第２６卷第１２期　电网与清洁能源　０　豳　瓣豫ｌ缒０ｌ　｝　

６３　可以忽略的。据美国和加拿大研究人员预测，极端　恶劣气候不仅会变得越来越频繁，而且会越来越严　重。重大灾害气候给国民经济和社会各行业造成了　巨大的损失，这表明极端恶劣气候条件的影响是不　可忽略的，其显著影响着电力系统可靠性水平。　电力系统中，元件故障率应该是气候的连续函　数。经验表明，恶劣气候条件下元件发生故障的机　率会大大增加，并对元件产生巨大的破坏作用，使　输配电网发生多种相关和不相关故障的可能性急　剧增加，即出现所谓的“故障聚集”现象阴。因此，很　有必要在可靠性评估中考虑气候条件因素的影响。　ＩＥＥＥ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　３４６将电力系统运行的气候环境　按其影响程度分为正常气候（ｎｏｒｍａｌ　ｗｅａｔｈｅｒ）、恶劣　气候（ａｄｖｅｒｓｅ　ｗｅａｔｈｅｒ）和极端恶劣气候（灾害）　（ｍａｊｏｒ　ｓｔｏｒｍ　ｄｉｓａｓｔｅｒ）３类。文献『８１建立了考虑２种天　气状态时可靠性评估的数学模型，对恶劣天气占不　同比例时的可靠性指标误差进行了分析，对电网规　划和实际操作有一定的指导意义。文献［９】利用３种　气候类型，针对不同气候条件下的输电线路元件，　建立其可靠性模型，采用Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ方法对气候区　域和输电线路进行抽样，确定区域气候状态和输电　元件状态，比较了计及气候条件与否对可靠性充裕　度指标的影响。　本文在传统可靠性分析的基础上，考虑了极端　恶劣气候因素，采用三状态气候模型评估某配电系　统可靠性水平，并针对极端恶劣气候发生概率的不　同来对可靠性指标进行误差分析，保证可靠性分析　的客观实际性，说明考虑气候因素对配电系统可靠　性的影响有着重大的现实意义。　

１　可靠性评估的模型与方法　１　１三状态气候模型　电力系统是处在不同的气候条件下运行的，元　件故障率是气候的连续函数，但是由于系统模拟、　数据收集和数据处理等方面存在的困难，很难用连　续函数或者许多个离散状态对它加以描述。以往的　两状态气候模型『ｌｏ－０　ｎ】使用正常与恶劣气候２种状态　描述气候环境。近几年随着极端恶劣气候的日益加　重，使得我们在对电力系统进行可靠性评估时，不　得不遵循实际环境，将极端恶劣气候即灾害气候考　虑进来，使用三状态气候模型综合分析系统风险。　

图１中给出了气候环境的随机变化状况，这里　假设气候持续时间的分布服从指数分布。Ａ　为正常　气候时元件故障率的期望值，　为正常气候的持续　时问；Ａ　为恶劣气候时元件故障率的期望值，ａ／为恶　劣气候的持续时间；Ａ　为极端恶劣（灾害）气候时元　件故障率的期望值；ｍ为极端恶劣气候的持续时问。　这样可以将气候的随机变化处理为３种气候状态的　平均持续时间期望值的模拟过程，如图２所示，Ⅳ、Ａ、　分别表示正常、恶劣、灾害气候的期望状态持续时　间，均服从指数分布。　

｛；｛卜　埋　辑　

九　０　

网　天气随机变化状态圈　

２三态气候持续时间期翟值　将气候环境按这３种状态分类，建立的气候三　状态模型如图３所示，它表征了气候条件在整个可　靠性研究周期内，各个状态之间的转移过程。　

图３三状态气候模型　图中ｎ　正常气候向恶劣气候的状态转移率，　为恶劣气候向正常气候的转移率，ｎＩ，Ｉ为由恶劣气候　翼　＿　Ｓ　蠢陡　爨　

６４　李佳等：极端恶劣气候条件下的配电系统可靠性分析　向灾害气候的转移率，ｍ　为灾害气候向恶劣气候的　转移率，ｍ　为灾害气候向正常气候的转移率，ｎ　为正　常气候向灾害气候的转移率。　本文结合图２和图３，可求出各气候状态的平稳　状态概率　、尸日、Ｐｍ，据此来分析气候因素对可靠性　分析的影响。　从图２、图３中，可得到不同气候状态的转移率　（次，ｈ）分别为：ｎ．＝ｌ／Ｎ，０ｒＩ＝１／Ａ，ｍ　＝ｍ　＝１／２Ｍ，Ｃｔｍ＝ｎ　＝　１／８　７６０（１　ａ为８　７６０　ｈ）。对图３使用频率平衡法　，　列出每一种状态的频率方程组如下：　『ｅｎ（／／＇ａ＂４＂／／＇　）＝尸　＋　｛ＰＨ（　＋‰）＝尸ｎｎ　＋Ｐ　（１）　ＩＰｍ（ｍ　＋ｍ　）＝　ｍ十Ｐ月‰　显然上面的方程组中只有２个式子独立，而且　由于各气候平稳状态概率之和为１，即：　Ｐｎ＋只＋Ｐｍ＝１　（２）　式中，Ｐｎ、　、　分别为正常气候、恶劣气候、灾害气候　的平稳状态概率，可通过方程组（１）中任２个方程与　式（２）的联立，求解得到各平稳状态概率，以此考虑　气候因素的影响，计算元件可靠性参数。　考虑三状态气候模型后的元件的平均故障率　Ａ　一可由下式表示：　Ａ　：　＋ｊ　Ａ　＋　）ｎ　（３）　式中Ａ　Ａ　Ａ　可由式（４）得至０。　ｌ　Ａ　＝Ａ一（７一　，Ｐｎ　｛Ａａ＝Ａ　—　（』一　）／Ｐａ　（４）　ｌＡｍ＝Ａ…　／　其中，将恶劣气候与灾害气候统称为坏气候　（ｂａｄ　Ｗｅａｔｈｅｒ）ｍ，Ｆｂ为元件故障发生在坏气候中的百　分比，　为在灾害气候中发生的元件故障占在坏气　候中发生的百分比。　１　２虢态空闻分析法　状态空问法的理论基础是马尔柯夫过程，故　分析配电系统可靠性的假设条件是由一种状态转　移到另一种状态的概率与系统早先的历史无关，　即无记忆性Ｉｌ２１。一般假定无故障工作时间ＴＴＦ，故障　修复时间１ＴｒＲ均服从指数分布，此时元件转移率则　为常数。　当系统中包含ｍ个元件，气候类型为ｎ种，假定　每个元件为两状态时，则系统的马尔柯夫模型中共　包括２ｍｘｎ个状态，通过对这些状态的分析来求解系　统可靠性指标。下面以双回线路系统（也可认为是