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[摘 要]本文首先对电力系统可靠性管理与可靠性评估现状进行了探讨，基于其中存在的问题提出电力系统可靠性管理与在线可靠性评估，并对其构建进行介绍，然后以在线可靠性评估充裕度实例测试与应用对在线可靠性评估效果进行了分析。
[关键词]电力系统；可靠性管理；在线可靠性评估
中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0286-02
电力系统安全可靠、优质经济的为用户输送电力是其根本的任务，随着电力系统化规模的不断庞大与复杂，电力系统的可靠性显得尤为重要。电力系统的可靠性是电力系统能够接受的质量标准、不间断向用户提供电力、电能量能力的评价。
一、电力系统可靠性管理与可靠性评估现状
（一）电力系统可靠性管理现状
电力系统的可靠性问题属于全面性的一个问题，电力设备的可靠性与设备的质量、寿命等有直接的关系，在操作和检修不良情况下，都有可能对电网的安全稳定运行造成安全隐患。通过可靠性管理，将供电设备的使用情况、数据累计进行全面准确的记录，对设备故障原因进行分析，找出设备故障的规律，对设备诊断技术进行创新优化等能够为提高设备的性能，挖掘设备的潜力，了解设备的运行情况提供依据。在部分发达国家，电力系统的可靠管理已经成为了电力系统的常规性工作。目前我国的电力系统可靠性管理工作正在不断地推进，其水平与内涵也得到了较大的提升，而可靠性管理指标体系与管理方法也日益科学完善，积累了大量的可靠性数据。但是就目前电力企业的可靠性管理工作情况来看还存在三个方面的问题。首先，统计资料简单，大部分电力企业查询与统计计算的基础普遍采用注册数据和事件记录，甚至采用书面记录的形式；其次，可靠性管理工作不够深入停留在电力系统设备层，缺少独立单元的统计分析，忽视了设备之间的关联性，整体特征反映不够；可靠性评估所涉及的对象几乎为支路和节点，设备可靠性指标无法直接用于可靠性的评估。
（二）电力系统可靠性评估现状
可靠性评估的研究范围从供电稳定性、充分性向电力可靠性方向发展，传统解析方法已经无法适用于多元的大型组合系统，取而代之的是概率统计算法，如蒙特卡洛抽样法中的序贯仿真和非序贯仿真算法等，这种算法实用性较高，具有较高的计算速度与模型精度。就目前的电力系统可靠性评估来看存在以下几个问题。首先，在可靠性评估的概念与定义的认识上不够统一，可靠性要求差别较大；其次，可靠性评估模型形成中，无法将可靠性影响元素均放入一个模型；另外，工程运用中电力系统可靠性评估需要大量的不同行数据，可靠性评估计算十分复杂，目前又缺乏满意的工程方法与计算机使用软件；最后，在工程运用中，可靠性评估属于离线数据的评估，无法反映电力系统运行方式改变后的可靠性。
为了解决上述电力系统中可靠性管理与可靠性评价中的问题，研究提出了以事件为机制、支路为单元的可靠性管理信息系统，以及在线可靠性评估方法。
二、可靠性管理信息系统与在线可靠性评估
（一）可靠性管理系统
可靠性管理信息系统总体上具备了准确度、完整性、适应性、及时性与可提取性的条件，该可靠性管理信息系统将可靠性管理工作分为了三个层次，即事件层、支路层与设备层。事件层从系统的角度对系统发生的事件进行真实的记录；支路层是将支路作为单元，方便面向系统的计算与可靠性评估相接；设备层既完成设备的可靠性管理又对以往忽略的设备间的关联进行纠正。
首先，进行数据库的设计。本研究中采用的是微软公司SQL Server2000作为关系数据库管理系统，许多开发工具对该数据库平台提供编程支持与接口。该数据库平台是基于C/S处理模式的管理架构，操作方式简单友好，能够支持高性能分布式数据库处理结构；同时能够实现对动态锁定的并发控制，组织查询与更新的冲突；并且该数据库平台具有丰富的编程接口以及单进程、多线程的体系结构。
其次，进行系统框架的架构。主要包括了8各模块，即登录、用户维护、设备和支路主注册、事件注册、设备支路事件查询、统计指标、打印报表、退出。主要功能包括：对发供电设备的使用历史进行真实的记录，通过累计数据的运用，进行故障原因的查找，并找出故障规律，为日常检修与维护提供可靠的依据；对电力系统的薄弱环节进行查找，实现对事故的预防；为可靠性评估提供基础数据，为电网安全分析提供电网可靠性指标。
然后，建立可靠性指标体系，进行数据的收集。包括系统可靠性指标、支路可靠性指标与设备可靠性指标。其中支路可靠性指标还包括了单条支路指标、各支路指标与所有支路指标。
最后，进行可靠性指标数据的计算。在可靠性指标的计算中，可靠性管理信息系统的数据分为三类，即基础数据、变化数据与计算获得的指标数据。其中基础数据较为固定，无需更新，但随着设备的投运与退出进行维护。同时，在可靠性管理信息系统使用前需要对电网的静态数据等进行输入。
（二）在线可靠性评估
电力系统的可靠性包括了安全性与充裕度，安全性是对系统进行的动态评价，充裕度是对系统静态特性的概率评价，两者的侧重点不同，但从理论上能够在统一的评估框架中进行评价，这里主要对蒙特卡罗模拟的在线可靠性充裕度进行评估，充裕度评估目的在于对满足用户电力与电能量能力进行评估。
蒙特卡罗抽样即是在计算机中用相应的随机数对系统中的各个元件概率参数进行表示，通过实际情况的模拟，对过程进行若干时间的观察，对指标进行估算，解的精度可采用估算值的标准误差表示。设系统不可用率为Q，xi为系统状态0-1的随机变量，当xi=0，则系统正常，当xi=1，则系统故障。系统不可用率的估算值为：
样本容量足够大时，样本方差近似为：
根据上式，为了达到a精度，抽样的样本数取决于系统的不可用率而与规模无关，所以蒙特卡洛抽樣方法适用于大规模系统的可靠性评估，并且为达到所需的精度，抽样样本数很大。 计算机上进行系统状态随机抽样模拟，设元件i正常工作概率为pi，故障概率为qi，则qi=1-pi，产生随机数为ui，且服从[0，1]上的均匀分布，当ui的一次抽样满足1≤ui 三、充裕度评估实例分析
（一）测试
以试验体系IEEE-RTS79为例，其单机容量为12400MW，共有32台发电机、5台变压器、1台电抗器、33条线路和24条母线。交流电压等级138/230，年最大负荷为2850MW。采用上述在线可靠性评估方法对试验体系IEEE-RTS79进行充裕度的评估，并使用国际公认的R.Billintion开发软件进行评估结果的比较。结果发现，在线可靠性评估对IEEE-RTS79充裕性评估结果与R.Billintion开发软件的评估结果没有大的差别，其中二者的切负荷期望值分别为10843.72MW/a和9170.90MW/a，电量不足期望值分别为138714.2（MW，h/a）和120208.1（MW，h/a），因此在線可靠性评估方法具有可行性。
（二）电力系统应用实例
目前甘肃某电力系统就采用了上述可靠性评估方法对充裕度进行评估。该电站电网统调桩基容量为7986.0MW，其中包括水电3145.06MW，火电4732MW，风、燃机108.6MW；变电容量为15270.5MVA，最大负荷为5603MW；发电机59台，变压器144台，交流线为186条，变电容量为9810MW。未保证在线稳定分析，根据在线充裕度评估分析所需的数据，其数据库设计包括了在线库、离线库、预测库和历史库。其中在线库主要用于电网实时断面的存放，离线库存放如冬季大、小符合方式，夏季大、小符合方式等典型运行方式与静态参数信息。而预测库存放电网实际预测断面、历史库存放以往实时数据。进入可开行评估程序，取电力系统实时运行的一个断面进行可靠性评估。其同一断面不同任务的评估结果间表1、表2。结果发现，同一系统断面，任务1反映出系统处于可接受但是不可靠的状态；任务2反映出系统处于严重冲击状态，不可靠。任务1与任务2的对比反映出，当状态数较多时，评估时间较长才能够较准确的反映出系统的可靠性水平。
四、结语
社会经济的不断发展，使整个社会对电能的需求量不断增加，而电力系统事故也呈逐年增加的趋势，其停电时间的长短、范围对用户的生产与生活有着直接的影响，因此电力系统的可靠性还需要进一步的加强，而电力系统的可靠性评估就显得十分重要。
参考文献
[1] 袁媛.电力系统可靠性管理与在线可靠性评估的研究[D].华北电力大学（北京），2007.
[2] 刘宗兵.电力系统可靠性评估的若干问题研究[D].昆明理工大学，2007.
[3] 张跃丽.智能变电站二次系统可靠性及相关问题研究[D].上海交通大学，2013.
[关键词]电力系统；可靠性管理；在线可靠性评估
中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0286-02
电力系统安全可靠、优质经济的为用户输送电力是其根本的任务，随着电力系统化规模的不断庞大与复杂，电力系统的可靠性显得尤为重要。电力系统的可靠性是电力系统能够接受的质量标准、不间断向用户提供电力、电能量能力的评价。
一、电力系统可靠性管理与可靠性评估现状
（一）电力系统可靠性管理现状
电力系统的可靠性问题属于全面性的一个问题，电力设备的可靠性与设备的质量、寿命等有直接的关系，在操作和检修不良情况下，都有可能对电网的安全稳定运行造成安全隐患。通过可靠性管理，将供电设备的使用情况、数据累计进行全面准确的记录，对设备故障原因进行分析，找出设备故障的规律，对设备诊断技术进行创新优化等能够为提高设备的性能，挖掘设备的潜力，了解设备的运行情况提供依据。在部分发达国家，电力系统的可靠管理已经成为了电力系统的常规性工作。目前我国的电力系统可靠性管理工作正在不断地推进，其水平与内涵也得到了较大的提升，而可靠性管理指标体系与管理方法也日益科学完善，积累了大量的可靠性数据。但是就目前电力企业的可靠性管理工作情况来看还存在三个方面的问题。首先，统计资料简单，大部分电力企业查询与统计计算的基础普遍采用注册数据和事件记录，甚至采用书面记录的形式；其次，可靠性管理工作不够深入停留在电力系统设备层，缺少独立单元的统计分析，忽视了设备之间的关联性，整体特征反映不够；可靠性评估所涉及的对象几乎为支路和节点，设备可靠性指标无法直接用于可靠性的评估。
（二）电力系统可靠性评估现状
可靠性评估的研究范围从供电稳定性、充分性向电力可靠性方向发展，传统解析方法已经无法适用于多元的大型组合系统，取而代之的是概率统计算法，如蒙特卡洛抽样法中的序贯仿真和非序贯仿真算法等，这种算法实用性较高，具有较高的计算速度与模型精度。就目前的电力系统可靠性评估来看存在以下几个问题。首先，在可靠性评估的概念与定义的认识上不够统一，可靠性要求差别较大；其次，可靠性评估模型形成中，无法将可靠性影响元素均放入一个模型；另外，工程运用中电力系统可靠性评估需要大量的不同行数据，可靠性评估计算十分复杂，目前又缺乏满意的工程方法与计算机使用软件；最后，在工程运用中，可靠性评估属于离线数据的评估，无法反映电力系统运行方式改变后的可靠性。
为了解决上述电力系统中可靠性管理与可靠性评价中的问题，研究提出了以事件为机制、支路为单元的可靠性管理信息系统，以及在线可靠性评估方法。
二、可靠性管理信息系统与在线可靠性评估
（一）可靠性管理系统
可靠性管理信息系统总体上具备了准确度、完整性、适应性、及时性与可提取性的条件，该可靠性管理信息系统将可靠性管理工作分为了三个层次，即事件层、支路层与设备层。事件层从系统的角度对系统发生的事件进行真实的记录；支路层是将支路作为单元，方便面向系统的计算与可靠性评估相接；设备层既完成设备的可靠性管理又对以往忽略的设备间的关联进行纠正。
首先，进行数据库的设计。本研究中采用的是微软公司SQL Server2000作为关系数据库管理系统，许多开发工具对该数据库平台提供编程支持与接口。该数据库平台是基于C/S处理模式的管理架构，操作方式简单友好，能够支持高性能分布式数据库处理结构；同时能够实现对动态锁定的并发控制，组织查询与更新的冲突；并且该数据库平台具有丰富的编程接口以及单进程、多线程的体系结构。
其次，进行系统框架的架构。主要包括了8各模块，即登录、用户维护、设备和支路主注册、事件注册、设备支路事件查询、统计指标、打印报表、退出。主要功能包括：对发供电设备的使用历史进行真实的记录，通过累计数据的运用，进行故障原因的查找，并找出故障规律，为日常检修与维护提供可靠的依据；对电力系统的薄弱环节进行查找，实现对事故的预防；为可靠性评估提供基础数据，为电网安全分析提供电网可靠性指标。
然后，建立可靠性指标体系，进行数据的收集。包括系统可靠性指标、支路可靠性指标与设备可靠性指标。其中支路可靠性指标还包括了单条支路指标、各支路指标与所有支路指标。
最后，进行可靠性指标数据的计算。在可靠性指标的计算中，可靠性管理信息系统的数据分为三类，即基础数据、变化数据与计算获得的指标数据。其中基础数据较为固定，无需更新，但随着设备的投运与退出进行维护。同时，在可靠性管理信息系统使用前需要对电网的静态数据等进行输入。
（二）在线可靠性评估
电力系统的可靠性包括了安全性与充裕度，安全性是对系统进行的动态评价，充裕度是对系统静态特性的概率评价，两者的侧重点不同，但从理论上能够在统一的评估框架中进行评价，这里主要对蒙特卡罗模拟的在线可靠性充裕度进行评估，充裕度评估目的在于对满足用户电力与电能量能力进行评估。
蒙特卡罗抽样即是在计算机中用相应的随机数对系统中的各个元件概率参数进行表示，通过实际情况的模拟，对过程进行若干时间的观察，对指标进行估算，解的精度可采用估算值的标准误差表示。设系统不可用率为Q，xi为系统状态0-1的随机变量，当xi=0，则系统正常，当xi=1，则系统故障。系统不可用率的估算值为：
样本容量足够大时，样本方差近似为：
根据上式，为了达到a精度，抽样的样本数取决于系统的不可用率而与规模无关，所以蒙特卡洛抽樣方法适用于大规模系统的可靠性评估，并且为达到所需的精度，抽样样本数很大。 计算机上进行系统状态随机抽样模拟，设元件i正常工作概率为pi，故障概率为qi，则qi=1-pi，产生随机数为ui，且服从[0，1]上的均匀分布，当ui的一次抽样满足1≤ui
（一）测试
以试验体系IEEE-RTS79为例，其单机容量为12400MW，共有32台发电机、5台变压器、1台电抗器、33条线路和24条母线。交流电压等级138/230，年最大负荷为2850MW。采用上述在线可靠性评估方法对试验体系IEEE-RTS79进行充裕度的评估，并使用国际公认的R.Billintion开发软件进行评估结果的比较。结果发现，在线可靠性评估对IEEE-RTS79充裕性评估结果与R.Billintion开发软件的评估结果没有大的差别，其中二者的切负荷期望值分别为10843.72MW/a和9170.90MW/a，电量不足期望值分别为138714.2（MW，h/a）和120208.1（MW，h/a），因此在線可靠性评估方法具有可行性。
（二）电力系统应用实例
目前甘肃某电力系统就采用了上述可靠性评估方法对充裕度进行评估。该电站电网统调桩基容量为7986.0MW，其中包括水电3145.06MW，火电4732MW，风、燃机108.6MW；变电容量为15270.5MVA，最大负荷为5603MW；发电机59台，变压器144台，交流线为186条，变电容量为9810MW。未保证在线稳定分析，根据在线充裕度评估分析所需的数据，其数据库设计包括了在线库、离线库、预测库和历史库。其中在线库主要用于电网实时断面的存放，离线库存放如冬季大、小符合方式，夏季大、小符合方式等典型运行方式与静态参数信息。而预测库存放电网实际预测断面、历史库存放以往实时数据。进入可开行评估程序，取电力系统实时运行的一个断面进行可靠性评估。其同一断面不同任务的评估结果间表1、表2。结果发现，同一系统断面，任务1反映出系统处于可接受但是不可靠的状态；任务2反映出系统处于严重冲击状态，不可靠。任务1与任务2的对比反映出，当状态数较多时，评估时间较长才能够较准确的反映出系统的可靠性水平。
四、结语
社会经济的不断发展，使整个社会对电能的需求量不断增加，而电力系统事故也呈逐年增加的趋势，其停电时间的长短、范围对用户的生产与生活有着直接的影响，因此电力系统的可靠性还需要进一步的加强，而电力系统的可靠性评估就显得十分重要。
参考文献
[1] 袁媛.电力系统可靠性管理与在线可靠性评估的研究[D].华北电力大学（北京），2007.
[2] 刘宗兵.电力系统可靠性评估的若干问题研究[D].昆明理工大学，2007.
[3] 张跃丽.智能变电站二次系统可靠性及相关问题研究[D].上海交通大学，2013.