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摘 要：可靠性是电力系统评估的重要指标，受到系统负荷、元件可靠性性能、元件电气特性和网络结构等因素的影响。本文论述了电力系统的可靠性，并对解析法和Monte Carlo 模拟法两类评估方法进行了分析。
关键词：电力系统；可靠性；发输电组合。
电力系统最根本的任务是向用户提供持续、优质的电能。电力设备中出现的随机故障以及有计划的停运等不确定因素，都可能在一定程度上导致设备停运，严重的甚至造成电力系统大面积停电，对普通用户、电力企业乃至国民经济发展，都会造成严重的经济损失和社会影响。
电力系统可靠性主要包括充裕度和安全性两方面。电力系统充裕性（Adequacy of power systems）指的是在电力系统处于稳定运行时，在系统元件额定容量、母线电压等设备条件的允许范围内，考虑系统中合理的非计划停运或计划停运条件下，向用户提供所需的全部电力和电能量的能力。电力系统的安全性是指电力系统在运行中承受短路、断路或系统中元件由于意外而退出运行等突然扰动的能力[1]。
由于电力系统可靠性评估建模困难、计算复杂性高等原因，常将电力系统的各主要部分分开进行评估分析，即：发电系统、输电系统、发输电组合系统、配电系统、电气主接线系统、直流输电系统等。发输电组合系统作为其中最重要的评估指标，更加受到重视。
发输电组合系统可靠性是指在统一并网中，运行的所有发电设备和输电设备组成的发输电系统，按可接受标准和期望数量向用户供应电力和电量的能力的度量。
自 1969 年R. Billinton 教授发表该领域的权威论文以来，发输电组合系统可靠性评估在计算模型、评估方法、工程应用等方面取得巨大进步。随着近年来研究工作的不断深入，国内产业界和学术界也取得了丰硕的成果：系统状态的选取由解析法发展到 Monte Carlo 模拟法；故障模式从只考虑独立故障发展到相关故障、共同模式故障[2-3]；系统状态分析法从网流法发展到交流潮流法[4]；负荷削减模型从基于直流潮流的线性规划发展到基于交流潮流的非线性规划[5]；此外气候因素、风电场、电压突降等都开始逐渐设计入可靠性评估模型之中。但因为发输电组合系统中需要考虑的因素较多，如网络结构、电压质量等都会使得可靠性评估变得极其复杂。目前为止，在该领域其评估方法主要分为两大类：解析法（Analysis Method）和 Monte Carlo 模拟法（Monte Carlo Simu1ation Method）。
① 解析法
基于电力系统元件的随机参数而相应的可靠性数学模型，称为解析法。解析法主要是通过数值计算方法，来获得系统中的指标参数。解析法采用严格的数学分析方法，计算结果准确性和可信度都很高。但由于解析法计算量随系统规模的增大而呈指数规模增长，增加了计算量和复杂度。在一定程度上，对于小规模系统，解析法可发挥其理论清晰、模型准确的优点。但对于较大的电力系统，或当模型中需考虑的因素较多时，解析法的复杂度会大幅度提高。
② Monte Carlo 模拟法
Monte Carlo 模拟法是用随机数来表示系统中元件参数的随机分布情况，体现在计算机上就是产生相应的随机数序列。通常我们在计算机上预先模拟电力系统运行的实际情况，按照该模拟过程进行观察和分析，最终得到所要求的指标。Monte Carlo 模拟法的基本理论依据是：为了得到数学、物理、工程技术等方面的问题，首先建立一个相应的随机概率模型，使其参数为问题所需要的解，然后通过对模型的观察、分析以及抽样试验来计算目标参数的统计特征，最后给出求解的近似分布值，而解的精确度可以用估计值的标准误差来表示。Monte Carlo法属于统计试验方法，比较直观，可以发现一些人們难以预料的事故，而且 MonteCarlo 法的采样次数与系统的规模无关，容易处理各种实际运行控制策略，所以Monte Carlo 法在进行大型电力系统的可靠性评估时更具有优越性。它的主要不足在于计算时间与计算精度的相关性，也就是说为了获得精度较高的可靠性指标，往往需要很长的计算时间[6]。
系统故障状态中的潮流计算是发输电组合系统可靠性评估中的最为关键的步骤。我们通常采用两类方法进行潮流计算：分别为网流法和潮流法。
网流法（Net Flow Algorithm）是利用网络在特定状态下的最大流代替系统中的潮流分布，从而简化了交流潮流的计算和负荷削减计算。由于该方法不考虑元件故障后系统实际的响应，而只考虑系统最大可能存在的响应极限，所以，该方法在一定程度上可反映一个网络达到的固有可靠性。该方法最大的优点是计算速度快，但由于无法考虑电压质量、支路潮流方面的约束，因此，其系统可靠性的估计偏于乐观。
潮流法又分为直流潮流法（DC Power FlowAlgorithm）和交流潮流法（AC Power Flow A1gorithm）两大类。目前在学术界中，对直流潮流法的研究较多。主要是因为该方法具有计算速度快的特点，因此在工程上得到了较广泛的应用。但该方法没有考虑系统电压和无功功率影响的缺陷。相比之下，交流潮流法通常考虑了系统的实际响应过程、电压质量及潮流的实际制约等因素，评估的结果精度较高，更接近实际情况，。
但是，对于发输电组合系统这类大型复杂网络，系统可能出现的偶然事故状态数非常大，而事故后系统行为的分析则需非线性方程、非线性规划等求解过程，因此，要达到理想精度，其计算量常常会达到难以接受的程度，这是发输电组合系统可靠性评估交流潮流法实现工程应用的主要障碍[7]。
参考文献：
[1]陈文高.配电系统可靠性实用基础[M]. 北京： 中国电力出版社， 1998.
[2] 鲁宗相 . 电网复杂性及大停电事故的可靠性研究 [J]. 电力系统自动化 ， 2005，29（12）： 93-97.
[3] 任震 ， 梁振升 ， 黄雯莹 . 考虑相关故障的双回输电线路可靠性评估[J]. 电力自动化设备， 2005， 25（6）： 14-17.
[4] 陈华 ， 周家启 . 大型网络可靠性评估的增流减流交叉网流法 [J]. 重庆大学学报 ，1990， 13（4）： 2-6.
[5] 赵渊， 周家启， 谢开贵. 基于网流规划的发输电组合系统可靠性评估模型研究[J].电网技术， 2003， 27（10）： 21-24.
[6] 刘洋 ， 周家启 . 大电网可靠性计算中的最优负荷削减模型 [J]. 重庆大学学报 ，2003， 26（10）： 52-55.
[7] 赵渊， 周家启， 周念成， 等.发输电系统可靠性评估的启发式就近负荷削减模型[J]. 电网技术， 2005， 29（23）： 34-39.
关键词：电力系统；可靠性；发输电组合。
电力系统最根本的任务是向用户提供持续、优质的电能。电力设备中出现的随机故障以及有计划的停运等不确定因素，都可能在一定程度上导致设备停运，严重的甚至造成电力系统大面积停电，对普通用户、电力企业乃至国民经济发展，都会造成严重的经济损失和社会影响。
电力系统可靠性主要包括充裕度和安全性两方面。电力系统充裕性（Adequacy of power systems）指的是在电力系统处于稳定运行时，在系统元件额定容量、母线电压等设备条件的允许范围内，考虑系统中合理的非计划停运或计划停运条件下，向用户提供所需的全部电力和电能量的能力。电力系统的安全性是指电力系统在运行中承受短路、断路或系统中元件由于意外而退出运行等突然扰动的能力[1]。
由于电力系统可靠性评估建模困难、计算复杂性高等原因，常将电力系统的各主要部分分开进行评估分析，即：发电系统、输电系统、发输电组合系统、配电系统、电气主接线系统、直流输电系统等。发输电组合系统作为其中最重要的评估指标，更加受到重视。
发输电组合系统可靠性是指在统一并网中，运行的所有发电设备和输电设备组成的发输电系统，按可接受标准和期望数量向用户供应电力和电量的能力的度量。
自 1969 年R. Billinton 教授发表该领域的权威论文以来，发输电组合系统可靠性评估在计算模型、评估方法、工程应用等方面取得巨大进步。随着近年来研究工作的不断深入，国内产业界和学术界也取得了丰硕的成果：系统状态的选取由解析法发展到 Monte Carlo 模拟法；故障模式从只考虑独立故障发展到相关故障、共同模式故障[2-3]；系统状态分析法从网流法发展到交流潮流法[4]；负荷削减模型从基于直流潮流的线性规划发展到基于交流潮流的非线性规划[5]；此外气候因素、风电场、电压突降等都开始逐渐设计入可靠性评估模型之中。但因为发输电组合系统中需要考虑的因素较多，如网络结构、电压质量等都会使得可靠性评估变得极其复杂。目前为止，在该领域其评估方法主要分为两大类：解析法（Analysis Method）和 Monte Carlo 模拟法（Monte Carlo Simu1ation Method）。
① 解析法
基于电力系统元件的随机参数而相应的可靠性数学模型，称为解析法。解析法主要是通过数值计算方法，来获得系统中的指标参数。解析法采用严格的数学分析方法，计算结果准确性和可信度都很高。但由于解析法计算量随系统规模的增大而呈指数规模增长，增加了计算量和复杂度。在一定程度上，对于小规模系统，解析法可发挥其理论清晰、模型准确的优点。但对于较大的电力系统，或当模型中需考虑的因素较多时，解析法的复杂度会大幅度提高。
② Monte Carlo 模拟法
Monte Carlo 模拟法是用随机数来表示系统中元件参数的随机分布情况，体现在计算机上就是产生相应的随机数序列。通常我们在计算机上预先模拟电力系统运行的实际情况，按照该模拟过程进行观察和分析，最终得到所要求的指标。Monte Carlo 模拟法的基本理论依据是：为了得到数学、物理、工程技术等方面的问题，首先建立一个相应的随机概率模型，使其参数为问题所需要的解，然后通过对模型的观察、分析以及抽样试验来计算目标参数的统计特征，最后给出求解的近似分布值，而解的精确度可以用估计值的标准误差来表示。Monte Carlo法属于统计试验方法，比较直观，可以发现一些人們难以预料的事故，而且 MonteCarlo 法的采样次数与系统的规模无关，容易处理各种实际运行控制策略，所以Monte Carlo 法在进行大型电力系统的可靠性评估时更具有优越性。它的主要不足在于计算时间与计算精度的相关性，也就是说为了获得精度较高的可靠性指标，往往需要很长的计算时间[6]。
系统故障状态中的潮流计算是发输电组合系统可靠性评估中的最为关键的步骤。我们通常采用两类方法进行潮流计算：分别为网流法和潮流法。
网流法（Net Flow Algorithm）是利用网络在特定状态下的最大流代替系统中的潮流分布，从而简化了交流潮流的计算和负荷削减计算。由于该方法不考虑元件故障后系统实际的响应，而只考虑系统最大可能存在的响应极限，所以，该方法在一定程度上可反映一个网络达到的固有可靠性。该方法最大的优点是计算速度快，但由于无法考虑电压质量、支路潮流方面的约束，因此，其系统可靠性的估计偏于乐观。
潮流法又分为直流潮流法（DC Power FlowAlgorithm）和交流潮流法（AC Power Flow A1gorithm）两大类。目前在学术界中，对直流潮流法的研究较多。主要是因为该方法具有计算速度快的特点，因此在工程上得到了较广泛的应用。但该方法没有考虑系统电压和无功功率影响的缺陷。相比之下，交流潮流法通常考虑了系统的实际响应过程、电压质量及潮流的实际制约等因素，评估的结果精度较高，更接近实际情况，。
但是，对于发输电组合系统这类大型复杂网络，系统可能出现的偶然事故状态数非常大，而事故后系统行为的分析则需非线性方程、非线性规划等求解过程，因此，要达到理想精度，其计算量常常会达到难以接受的程度，这是发输电组合系统可靠性评估交流潮流法实现工程应用的主要障碍[7]。
参考文献：
[1]陈文高.配电系统可靠性实用基础[M]. 北京： 中国电力出版社， 1998.
[2] 鲁宗相 . 电网复杂性及大停电事故的可靠性研究 [J]. 电力系统自动化 ， 2005，29（12）： 93-97.
[3] 任震 ， 梁振升 ， 黄雯莹 . 考虑相关故障的双回输电线路可靠性评估[J]. 电力自动化设备， 2005， 25（6）： 14-17.
[4] 陈华 ， 周家启 . 大型网络可靠性评估的增流减流交叉网流法 [J]. 重庆大学学报 ，1990， 13（4）： 2-6.
[5] 赵渊， 周家启， 谢开贵. 基于网流规划的发输电组合系统可靠性评估模型研究[J].电网技术， 2003， 27（10）： 21-24.
[6] 刘洋 ， 周家启 . 大电网可靠性计算中的最优负荷削减模型 [J]. 重庆大学学报 ，2003， 26（10）： 52-55.
[7] 赵渊， 周家启， 周念成， 等.发输电系统可靠性评估的启发式就近负荷削减模型[J]. 电网技术， 2005， 29（23）： 34-39.