電氣主接線可靠性的仿真計(jì)算方法

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1、電氣主接線可靠性的仿真計(jì)算方法1引言???自60年代中期將可靠性技術(shù)應(yīng)用于電工領(lǐng)域以來，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，并越來越顯示出其在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)中的重要作用[2，3，4]。電力系統(tǒng)可靠性研究一直是向建立準(zhǔn)確、可靠、實(shí)用的分析模型和計(jì)算方法努力[5]。發(fā)電廠（主電所）的電氣主接線是電力系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其作用是將電源發(fā)出的電能通過變壓器將電壓升高（或降低），再通過不同的接線方式輸送給用戶或下級(jí)變電所。對(duì)電氣主接線的可靠性，眾多研究者提出了多種計(jì)算模型和方法?？紤]到電氣主接線各元件故障的發(fā)生是一隨機(jī)事件這一特點(diǎn)，本文將電氣主接線可靠性的描述

2、作為一種離散隨機(jī)事件進(jìn)行研究，并用仿真方法[1]對(duì)其可靠性進(jìn)行計(jì)算，取得出了良好的效果。2計(jì)算模型的建立2.1基本假設(shè)???本文所述的電氣主接線從某一電源開始（假定電源點(diǎn)完全可靠），以某二次母線（低壓母線）為終點(diǎn)，由此可知，電氣主接線應(yīng)包括以下元件：主變壓器、變壓器高壓側(cè)引出線、變壓器低壓側(cè)引出線、二次母線、斷路器、繼電保護(hù)裝置（主變壓器保護(hù)和母線保護(hù)）。???在估算電氣主接線的可靠性時(shí)我們作如下基本假設(shè)：①元件的故障是獨(dú)立的。②元件的連續(xù)工作時(shí)間、修復(fù)時(shí)間、計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間和倒閘操作時(shí)間服從給定的概率分布。③不考慮元件過負(fù)荷。④最多考慮二重故障，忽略二重以上

3、故障。⑤繼電保護(hù)的影響計(jì)入斷路器的可靠性數(shù)據(jù)中。2.2概率模型???在離散事件中，狀態(tài)僅在隨機(jī)的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生瞬時(shí)的躍變，而在兩個(gè)相鄰的時(shí)間點(diǎn)之前，系統(tǒng)的狀態(tài)保持不變。系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生躍變的現(xiàn)象是由于系統(tǒng)中出現(xiàn)某種隨機(jī)性事關(guān)所引起的。例如，某條輸電線路發(fā)生短路故障而使繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，線路斷路器跳閘使線路由運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)橥＿\(yùn)狀態(tài)，從而使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生躍變。這種隨機(jī)發(fā)生的事件正是離散系統(tǒng)仿真所處理的對(duì)象。???與電氣主接線可靠性分析有關(guān)的狀態(tài)有：系統(tǒng)運(yùn)行和生效、設(shè)備故障與修復(fù)、斷路器合閘與路閘、系統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修等。以上狀態(tài)的變化可簡(jiǎn)單地認(rèn)為是服從（0，1）分布的離散隨機(jī)

4、事件，其概率分布為給定。???在可靠性的仿真計(jì)算中，需考慮狀態(tài)變化的時(shí)刻和狀態(tài)停留時(shí)間。在本文中，仿真開始時(shí)間設(shè)為0，仿真終了時(shí)間設(shè)為t1。由此即可得到，系統(tǒng)中狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)刻就為（1，t1）區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機(jī)變量，其概率密度為???對(duì)于狀態(tài)停留時(shí)間，取其為服從參數(shù)為λ的指數(shù)分布的隨機(jī)變量，其概率密度為式中λ-故障率2.3隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方法???本文用線性同余法產(chǎn)生（0，1），均勻分布的隨機(jī)數(shù)，這種方法是當(dāng)前在離散系統(tǒng)仿真中應(yīng)用廣泛的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器算法，其遞推算法如下???Zi=(aZi-1+c)modM???Ui=Zi/M式中Z-第i個(gè)中間值，初始值Z0為

5、種子???a-常數(shù)乘子，取值為314159269???c-常數(shù)增量，取值為453806245???M-模，取M=2???Ui-(0,1)區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)???按以上參數(shù)得到的隨機(jī)數(shù)算法有以下兩點(diǎn)好處：①發(fā)生器是滿周期的，在范圍內(nèi)可以產(chǎn)生21億個(gè)互不重復(fù)的隨機(jī)數(shù)。②當(dāng)M值很大時(shí)，每產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)都需進(jìn)行一次很大的數(shù)的除法運(yùn)算，十分耗費(fèi)機(jī)時(shí)，而采用以上參數(shù)時(shí)，可采用“溢出法”來得到對(duì)M取模的數(shù)值，這將顯示著提高產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)的效率。???在隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的基礎(chǔ)上，采用逆變法即可得到負(fù)指數(shù)分布的隨機(jī)變量，公式如下xi=-lnUi2.4時(shí)間推進(jìn)機(jī)制???如前所述

6、，電氣主接線可靠性計(jì)算屬于離散動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真需要不斷地計(jì)量和記錄各種事件的發(fā)生時(shí)間，并進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)。在仿真開始時(shí)，將仿真時(shí)鐘置為0，隨后，仿真時(shí)鐘不斷地給出仿真時(shí)間的當(dāng)前值。我們采用面向事件的時(shí)釧推進(jìn)機(jī)制即按下一事件預(yù)計(jì)將要發(fā)生的時(shí)刻，以不等距的時(shí)間間隔向前推進(jìn)，直到滿足給定的仿真時(shí)間為止。???按照以上模型，可按圖1所示流程對(duì)電氣主接線可靠性進(jìn)行仿真計(jì)算。首先給出電氣主接線方式、各元件的故障率和計(jì)劃?rùn)z修率給出各隨機(jī)事件（故障、檢修）發(fā)生的時(shí)刻和終了時(shí)刻，并依據(jù)其系統(tǒng)可靠性的影響記錄各時(shí)刻；然后，按時(shí)鐘進(jìn)機(jī)制進(jìn)行仿真，模擬電氣主接線的運(yùn)行狀況，直到仿真終了時(shí)

7、刻為止；最后，輸出仿真結(jié)果。按照以上方法對(duì)電氣主接線的運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬，只需進(jìn)行一次仿真計(jì)算即可得出全部可靠性數(shù)據(jù)。3算例???選用一中型水力發(fā)電廠的電氣主接線，如圖2所示。該電廠共有三臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，三臺(tái)主變壓器，其中1、2號(hào)主變壓器為三繞組變壓器，額定電壓為0.5/38.5/121kV，3號(hào)主變壓器為雙繞組變壓器，額定電壓為10.5/121kV。110kV為五角形接線方式，35kV側(cè)接成單母線分段方式。在進(jìn)行可靠性仿真計(jì)算前，首先對(duì)元件的可靠性指標(biāo)按照以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)下，如表1。在仿真過程中，還要定義可靠性判據(jù)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式。對(duì)系統(tǒng)可靠性判據(jù)，按保

8、證110kV側(cè)連續(xù)供電和同時(shí)保證110kV和35kV側(cè)連續(xù)供電兩種