电力市场环境下的电力系统可靠性指标.pdf

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1、东南大学硕士学位论文电力市场环境下的电力系统可靠性指标姓名：韩如月申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：万秋兰20060301摘要摘要电力市场环境下可靠性指标的研究是可靠性问题的重要内容。由于市场环境下发、输电系统的利益分离，原先在垄断运行情况下的系统可靠性指标应重新考虑，整个电力系统的可靠性指标应分为与发电有关的可靠性指标和与输电有关的可靠性指标两类。市场的商业行为会对可靠性产生影响，因此需要研究市场环境对传统指标的影响。同时，市场环境下亟待提出新的评价系统可靠性的指标。本论文的内容是国家重点基础研究发展计划(9 7 3)课题(2 0 0 4 c B 2 1 7 9 0 5)的

2、内容之一。针对上述问题，本文主要进行了以下工作：1 在分析传统的发电系统可靠性指标和计算方法的基础上，研究了电力用户的需求弹性对发电系统可靠性指标的影响，说明电力需求侧的管理可有效改善电源的充裕性。2 对传统电力系统中输电系统的指标和市场环境下评估输电系统可靠性充裕性的指标进行了概述和分析，探讨了电力市场环境下新的评估指标。定义了线路削减阻塞电量新指标，并建立了该指标的概率模型。该指标能有效识别输电瓶颈，衡量电网的不充裕性。3 基于市场环境下，经济利益成为技术决策的准则，提出了用社会福利损失来评估电力系统可靠性的风险。定义了输电系统中线路的阻塞风险，并用考虑不确定因素的概率算法进行分析计算。输

3、电线路的阻塞风险可将阻塞产生的经济后果加以量化。同时，针对电力系统的技术风险对金融风险的影响。在风险中考虑了发电机组的随机故障这一技术风险。关键词：电力系统可靠性电力市场可靠性指标风险A B S T R A C TA B S T R A C TI nt h em a r k e te n v i r o n m e n t,i ti sa ni m p o r t a n tp a r to fs y s t e mr e l i a b i l 姆p r o b l e mt os t u d yr e l i a b i l i t yi n d i c e s C o m p a r e

4、 dw i t ht h et r a d i t i o n a ls y s t e m，t h eb e n e f i tb e t w e e ng e n e r a t i o ns y s t e ma n dt r a n s m i s s i o ns y s t e mi ss e p a r a t e d,S Ot h a tt h eb u l kp o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t yi n d i c e sn e e di m p r o v ea n du p d a t e I nt h em a r k e t

5、e n v i r o n m e n tt h eb u s i n e s sa c t i o n sm a ya f f e c tt h er e l i a b i l i t y,S Oi ti Sn e c e s s a r yt os t u d yt h ei m p a c to f m a r k e te n v i r o n m e n to nt r a d i t i o n a li n d i c e sa n dn e wi n d i c e s T h ec o n t e n to f t h i sd i s s e r t a t i o n

6、i so n ep a r to f t h ep r o j e c t9 7 3(2 0 0 4 C B 2 1 7 9 0 5)T os o l v et h ep r o b l e mm e n t i o n e da b e v e t h em a i nw o r ko f t i t i st h e s i si Sf o l l o w i n g：1 O nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so ft r a d i t i o n a lg e n e r a t i o ns y s t e mr e l i a b i l

7、i t yi n d i c e s，t h ec f r e c to fd e m a n de l a s t i c i t yi ss t u d i e d T h es i m u l a t i o nr e s u I t ss h o wt h a ti m p l e m e m i n gd e m a n ds i d em a n a g e m e n tc a ni m p r o v et h ea d e q u a c yo f g e n e r a t i o ns y s t e me f f e c t i v e l y 2 T r a d i

8、t i o n a lt r a n s m i s s i o ns y s t e mr e l i a b i l i t yi n d i c e sa n ds o m en e wi n d i c e sa r ef i r s t l yi n t r o d u c e da n da n a l y z e d T h e nan e wi n d e xt oe v a l u a t et r a n s m i s s i o ns y s t e mr e l i a b i l i t yi sp r o p o s e d 1 1 1 cn e wi n d e

9、 xi sd e f i n e da sL i n eU s a g eC u r t a i l m e n t a n dap r o b a b i l i s t i cm o d e li Su s e dt oc a l c u l a t et h ei n d e x B e s i d e si d e n t i f y i n gt h eb o t t l e n e c ke f f e e t i v e l gt h i si n d e xC a ne v a l u a t et h en e t w o r ki n a d e q u a c y 3 I

10、 nt h em a r k e te n v i r o n m e n t,t h eb e n e f i ti snr o l eo fd e c i s i o n-m a k i n g,S Ot h ei n d e xo fL O S B E(1 0 s so fs o c i a lb e n e f i te x p e c t a t i o n)i sp r e s e n t e dt oe v a l u a t er i s ko f r e l i a b i l i t y T h ei n d e xo f L i n eC o n g e s t i o

11、nR j s k V a l u ei sd e f i n e d。a n dap r o b a b i l i s t i em e t h o dt a k i n gt h eu n c e r t a i n t yi n t oa c c o u n ti Su s e dt oe v a l u a t et h er i s k T h i si n d e xc a nq u a n t i f yt h ec o n s e q u e n c eo f c o n g e s t i o n A l s o F O R(f o r c e do u t a g er a

12、 t e)o f g e n e r a t i o ni sc o n s i d e r e da sn i lt e c h n i c a lr i s ki np r e d i c t i n gf i n a n c i a lr i s ko f p o w e rm a r k e t K e y w o r d s：P o w e rS y s t e mR e l i a b i l 姆；P o w e rM a r k e t；g e l i a b i l i t yI n d e x；R i s k一一学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进

13、行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：垒塑目E t 期：兰!：弦3 关于学位论文使用授权的说明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公

14、布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。生日第一章绪论1 1 引言第一章绪论电力系统的安全、可靠运行是保障供电的前提，它关系国民经济发展和社会稳定的大局。随着我国电力系统的日益扩大，电力系统可靠性问题也显得日益重要。特别是电力市场化的改革为可靠性带来了更大的挑战。放松管制和市场化机制的强化，使得市场的各利益主体更关注利润，而不是可靠性。竞争使电力系统的运行变得更复杂，输电系统不再按原先规划的方式运行，输电阻塞发生得更频繁。随着电力市场的日趋全球化，它对电力系统的可靠运行带来很大影响。世界范围有影响的电力输电网络的停电就发生了多起，其中以2 0 0 3 年8 月1 4 日北美东部系统发生的有史以

15、来最大规模的停电灾难最为典型：l O O 多个发电厂。几十条高压输电线相继停运。系统先后失去了6 1 8 G W 的负荷，5 0 0 0 万人的生活受到影响，停电长达2 9 个小时，经济损失高达3 0 0 亿美元”1这次大停电引起了专家、学者的广泛关注和深入思考。2 0 0 3 年1 1 月5 日密歇根州公用事业委员会(M P S C)发布了一份调查报告J，报告提供了大量的客观数据，在事故起因方面，报告认为输电网的分块和交叉及不能切实执行北美电力可靠性委员会(N E R c)制定的可靠性标准是导致事故的根本原因。2 0 0 3 年1 1 月1 9 日，美加电力事故联合特别工作组发布了中期报告p

16、 J，报告对事故起因进行了初步分析，其中，被确认的一个原因是：互联大电网的可靠性机构没有提供有效的电网诊断技术支持。从事故过程当中体现出来的与可靠性相关的问题，是值得我们思考和借鉴的。目前我国的电源建设相对于国民经济的发展还是滞后的，输电网也相对薄弱，可靠性管理水平相对较低。因此，进行并加强电力可靠性的研究更显重要。本文从传统的电力系统可靠性问题入手，分析并研究了市场机制对传统可靠性的影响、市场机制下如何提出新的指标来评估可靠性。进而提供合理的输电容量，此外，对可靠性的风险评估做了简单的研究。1 2 电力系统的可靠性分析1 2 1 电力系统可靠性的概述电力系统可靠性的研究历史可以追溯到2 0

17、世纪6 0 年代中期，美国、西欧、日本等国家电力系统陆续出现稳定性的破坏事故，导致大面积停电由此促使可靠性开始引入电力系统。1 9 6 8 年，美国电力可靠性委员会(N E R C)成立；1 9 8 1 年，北美电力可靠性委员会成立，英文缩写仍为N E R C。与此同时，西欧、日本各国也纷纷在电力部门开展了电力可靠性管理工作。2 0 世纪9 0 年代电力市场的出现和1 9 9 6 年美国西部电力系统发生的两次特大停电事故成为推动电力系统可靠性进一步研究的重要因素。电力市场要求竞争必须基于公开、公正、公平原则，而电力自由交易又必须在保证可靠性的基础上才能持续地、健康地进行。2 0 0 0 东南大

18、学硕士学位论文2 0 0 1 年发生在美国加州的电力危机和2 0 0 3 年8 月1 4 日北美东部系统发生的有史以来最大规模的停电更是激起了专家学者对市场环境下的电力系统可靠性问题的研究热情。在电网互联、电力工业市场化以后，系统的运行条件等与以往相比有了很大的不同，这必然引起可靠性指标和可靠性评估的不同。在我国，1 9 8 3 年成立了中国电机工程学会可靠性专业委员会，同年中国电工技术学会成立了电力可靠性管理中心，开展了发电设备、输变电设备和系统的可靠性统计工作。进入2 0 世纪9 0 年代，中国电力系统可靠性的研究和应用有了新的发展。1 9 9 9 年6 月，中国电力企业联合成立了电力行业

19、可靠性管理委员会。电力系统可靠性是对电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能能力的度量1 4 j。电力系统可靠性包括充裕度和安全性两个方面。充裕性(a d e q u a n c y)是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运。充裕度又称静态可靠性，也就是在静态条件下，电力系统满足用户对电力和电能量的能力。从定义中可以看出。充裕性是保证用户的不缺电。安全性(s e e u d t y)是指电力系统承受突然发生的扰动，例如突然短路或未预料的短路或失去系统元件现象的能力。安全性也称动态可靠性，即在动态条件

20、下电力系统经受住突然扰动，并不间断地向用户提供电力和电能量的能力。1 2 2 电力系统可靠性的指标电力系统的可靠性可分为发电系统可靠性、输电系统可靠性、发输电系统可靠性和配电系统可靠性。电力系统可靠性通过定量的可靠性指标来度量，一般有概率、持续时间、频率以及期望值指标，不同的子系统可以有专门的可靠性指标。可靠性指标的计算值，对于给定的可靠性评估提供了定量的尺度。在电源和电网的规划设计中，将指标的计算值与规划人员的工程实际经验相结合，将有助于对方案做出正确的判断和决策。目前，国内外对某些可靠性指标还规定了标准值。以L O L E 为例，国际上的标准值为0 1 d a。在进行规划时，如果某系统的L

21、 O L E 的计算值未达到这一标准，则说明该系统必须装设新机组，或可能时加强与邻近系统互联以便取得足够支援容量，提高可靠性水平。以发电系统为例，说明可靠性指标在发电规划中的应用：(1)按预定的可靠性标准，确定系统所需备用容量和装机进度。(2)估计发电系统发展方案的可靠性。(3)在系统发展规划中，当增设不同容量和具有不同F O R(发电机的强迫停运率)的发电设备时，保持预定的可靠性水平。(4)用等风险度法安排不同期间的设备检修计划。(5)在更换系统中的陈旧发电设备之前，检验系统可靠性是否在容许水平。(6)为保持同一可靠性水平。衡量在本系统增设备用容量和加强与邻近系统互联之间的经济性。(7)对采

22、用新技术。调整管理负荷和改善设备可用率等情况进行经济核算时，同时估计这些情况对可靠性的影响。此外，电力市场环境下，定量研究可靠性水平变化所带来的效益或不利后果，并根据这些数据确定最佳可靠性水平，以达到可靠性和经济性的协调和最优。目前我国广泛采用的可靠性指标仍然是通过确定性方法得到的。N E R C 正在着手制定的新的可靠性中采用了概率性可靠性指标及其评估体系。因此。如何建立和推广概率性可靠性指标及其评估体系将成为研究者需要关注的问题。2第一章绪论1 3 电力系统可靠性的研究现状下面作者就近年来研究者在这方面的研究工作做一简要的综述。1 3 1 可靠性评估的模型和方法在电力系统可靠性评估方面，研

23、究者仍然关注可靠性的评估模型和方法。文献p 1 在综合分析城市中压供电系统已有供电可靠性评估算法的基础上，结合电网实际运行情况，提出了一种基于实际运行约束的供电可靠性预测评估算法。文献1 6 1 对复杂网络的可靠性评估，作者提出可采用网络等值法将其简化为简单辐射状网络，然后采用故障模式后果分析法F M E A(F a i l u r e-M o d e-e n d E f f e c tA n a l y s i s)计算每个负荷点的可靠性指标。它避免了直接使用F M E A 故障模式太多的困难，是复杂网络可靠性评估的一种较理想的方法。在发、输电系统以及发输电组合系统评估方面，蒙特卡罗模拟法的

24、应用受到了广泛的关注，文献【1 针对模拟法在大规模发输电系统充裕度评估中计算量十分巨大这一难题，提出了序贯蒙特卡罗仿真的充裕度评估模型。模型采用了分层模型和合并相同状态技术，显著减少了计算量。文献口1 参照I E E E 可靠性计算测试系统中的概率数据，建立了用蒙特卡罗算法计算可靠性的概率模型，探讨了充裕度概率计算的特点及概率指标在规划中的应用，运用充裕度计算对量化电网建设投资，提高电力系统的可靠性进行了一些尝试，提出了改进的方向。文献_ I 提出基于神经网络的发电系统可靠性评估方法，能解决以前计算电力系统可靠性分析方法的困难，例如，低精确度，复杂的模型和大量的计算。将此方法应用在发电系统可靠

25、性评估中，由于其计算时间短，能容易地适应发电系统的变化。在发电系统可靠性评估的模型方面，文献【l”利用发电系统可靠性的简化概念，将发电和负荷两类变量转化成盲数并通过盲数运算建立了关于电量全局充裕度评估模型，然后提出了相应的两个指标：发电系统可靠性盲数期望G R B E(g e n e r a t i o ns y s t e mb l i n d-n u m b e re x p e c t a t i o n)和盲数可信度G R B C(g e n e r a t i o ns y s t e mb l i n d-n u m b e rc o n f i d e n e e)，并利用I E

26、 E E R T S 的相关负荷数据，在M o n t e C a r l o 模拟产生发电量数据的情况下对模型和指标进行了的验证和讨论。结果表明，此盲数模型对于发电系统充裕度评估具有一定的宏观参考价值。对应的两个指标能从量及其分布的角度对系统长期的电能供需情况做出近似的指示。目前应用较多的还有电力系统随机生产模拟。文献l I”的作者认为，以往发电系统可靠性研究的重点在于考虑发电机组随机停运的影响，即在仅考虑发电机组随机故障的情况下判断系统满足负荷要求的裕度如何。实际上发电系统可靠性还与水电厂的来水情况、系统负荷曲线的形状、系统的规模以及系统检修计划的安排等因素相关。对于水电比重较大的系统，水

27、电厂的来水情况对系统可靠性有着决定性的影响，这时若不考虑电厂的发电量约束，仅考虑机组的随机故障，就会给发电系统可靠性计算带来很大的误差，甚至得出错误的结论。因此，文献【l“的作者提出采用电力系统随机生产模拟，这是一种通过模拟各机组生产情况，同时考虑机组的随机故障特性及电力电量约束，以计算系统可靠性指标及系统生产成本的算法。这种方法在国外许多电力系统进行运行规划、成本核算以及与其相邻电网互购电力电量等方面都得到了广泛应用。此外，文献【1 2 1 提出了随机生产模拟的等效电量函数法，被认为是在计算精度及速度方面最好的算法，特别是非常适合于进行含有多个水电厂的电力系统随机生产模拟。3东南大学硕士学位

28、论文1 3 2 市场环境下的电力系统可靠性在电力市场环境下，因为各市场主体关心的是利益，而非可靠性，因此。如何引导出充足的发电、输电容量，以保证电力系统的可靠性成为一个重要的问题。作为电力系统中最先开放，发展较为成熟的发电系统，其可靠性分析必然受市场商业运行的影响，同时可靠性管理和可靠性规则的制定又反过来影响市场的商业运作。因此，市场环境下的发电系统可靠性问题已引起了众多研究者的重视。如有研究者站在整个系统的角度，以长远的眼光看待这个问题时，认为潜在的容量不足是对放松管制后的电力工业的一个主要威胁。因此，文献”以对于在电力市场环境下如何确保充裕的发电容量相关的一些问题做了讨论，包括仅靠能量市场

29、是否可以引导出充足的发电容量?是否应该设置电价上限?为什么需要向发电公司支付容量费用或建立容量市场?应该怎样确定容量费用?以及现有的确定容量费用的方法、容量市场和辅助服务市场的关系、政府或监管机构应该扮演的角色等。该文作者对这一目前在国际上受到关注，但没有从理论高度上解决的问题进行了思考，同时也值得我们探讨。还有研究者关注的是短期内如何解决发电系统可靠性，也即电源容量不足的问题。电力需求侧管理中将终端用户分优先级供电、设定可中断负荷等技术将有助于缓解短期容量不足，文献I l 卅基于等效持续负荷曲线，建立了需求侧管理的发电模型，其次给出了实施需求侧管理技术后的电量不足期望值、电力不足概率和电力不

30、足期望值等几个可靠性指标的计算方法，表明实施需求侧管理不仅可使各方获得经济效益，还可有效提高系统可靠性，有利于系统安全而经济地向用户供电。事实上，机组检修计划的确定也对保证短期发电容量的供给具有重要的作用。这里存在两方面的问题：一是怎样具体计算检修计划对可靠性的影响，二是从可靠性的观点应该怎样合理安排检修计划。对于第一个问题，我们可根据修正容量模型，即将检修设备从容量模型中退出：或者我们可修正负荷模型，即保持容量模型不变，在检修期间，使系统的负荷按检修设备的容量相应增大。对于第二个问题，有些方法是力图使研究期间内(如一年)系统的备用容量或风险度相等，有些方法是试图使一年内系统风险值最小对输电系

31、统而言，输电系统的发展以及系统互联等也都是由投入产出分析决定的。作为输变电设备的所有者，只有在其投资有较好回报的情况下才会投资新的输电设备。在这种条件下，必须量化可靠性的效益并能公平分配这些效益，才可能引导出合理的电网投资，使电网建设更趋合理。这就需要我们回答以下问题，比如：系统的瓶颈在哪?阻塞发生的频率是多少?不充分的输电容量造成的经济后果?哪条线路的容量限制对系统的制约最大等等问题。在电力市场环境下，由于用户可任意选择供电者以双边交易的形式确定发电和用电的模式，因此系统潮流可能与预测的很不一样，并可能导致输电阻塞。输电阻塞使得社会福利降低。缓解电力网络的阻塞是保证电力市场环境下电力系统可靠

32、运行的关键，无论从缓解手段、预防策略及分析方法上都应进行研究。目前，相当多的文献讨论输电系统的可用输电能力A T C 计算方法。A T C 作为一个技术特性尺度，可以用来衡量互联输电网络如何运行以满足商业性输电服务要求，成为反映输电系统可靠性的指标，进而为电网规划建设提供具体的信息，为提高系统的可靠性和经济性服务。在如何进行合理的电网规划以引导出充足的输电充裕性方面，文献I l”提出了衡量阻塞的经济性指标R w 文献【1 6 l 利用全网阻塞费用指标A T C C I(A v e r a g eT o t a lC o n g e s t i o nC o s th l d e 柚，用来衡量新

33、线路对降低系统阻塞费用的效用a4第一章绪论1 3 3 电力系统可靠性的价值和风险随着电力市场概念的引入，人们越来越关注可靠性所蕴含的经济意义，人们意识到，在市场环境下，可靠性成为一种资源。如何为可靠性定价，不同可靠性的电能如何收费，不能满足某一水平的可靠性时如何赔偿等都成为研究者关注的问题。文献【l”提出了在电力市场的环境中，供电公司根据其供电可靠性的具体指标(客观概率)进行收费的思路，提出制定相应的可靠性标准，若可靠性评价指标在奖励标准和惩罚标准之间，就不收取客户的可靠性费用；若可靠性评价指标优于奖励标准，则用户向供电公司支付可靠性奖励费用；若可靠性评价指标劣于惩罚标准，则供电公司向客户赔偿

34、可靠性费用。该文希望通过这种方式。使得供电公司和客户都有一种尺度来衡量自身的可靠性供给或需求的策略。文献l l”提出一种计算系统或者系统中某一负荷点的可靠性费用的方法。该文提出：可靠性总费用一可靠性投资费用+停电损失费用，表达了可靠性总费用随着可靠性水平的变化为u 型变化曲线。该文还提出了用户停电损失费用函数的概念。该文将可靠性指标和用户费用联系起来考虑，突破了以往在研究可靠性问题时仅仅考虑整个大电力系统的总体指标，而忽视用户差别的做法。还有一些文献也讨论了可靠性价格的问题，但这一问题还需要研究者更深入的思考，来解决如何收费才能正确体现可靠性的价值，从而利用市场的供给需求使可靠性和经济性达到统

35、一。可靠性蕴含着价值，同时也隐藏着风险。事实上，要想在市场环境下评估可靠性，对可靠性带来的风险的评估不可或缺。针对传统的电力系统运行可靠度的风险研究，一般是先考察系统的物理可靠性，再利用物理指标计算经济损失和风险指标，而文献I l”认为，电力系统中运行的每个元件都可以被看作是一种有使用风险的资源，可以计算各个元件所承担的经济风险并建立相关指标体系，而且这种风险指标随着对该元件使用程度的不同而不同。因此，该文提出了电力市场中效用风险评价指标，并在此基础上建立了相应的风险决策模型。文献【1 5 1 提出了指标，w，该指标综合分析不确定因素影响下的输电阻塞情况，来衡量此时的风险。1 3 4 电力系统

36、的可靠性经济性合理的可靠性水平总是与经济性相互联系的。可靠性与经济性的协调研究主要是分析可靠性水平的高低与投资、运行成本大小的变化关系，使系统运行在可靠性和经济性最优的状态。在电力市场环境下，可靠性与经济性的协调研究有着更重要的意义，是规划和运行决策的重要辅助信息。文献【2 0|定量分析了发电系统电源容量和系统可靠性水平之间的关系，提出了利用成本一效益分析法确定发电系统最优可靠性的理论方法。并用该方法整合发电系统的可靠性计算模型及缺电损失计算模型，建立了发电系统最优可靠性数学模型，用于确定发电系统的最优可靠性及对应的系统电源容量。文献【2 1 1 详细剖析了可靠性的经济性评估的内容，提出适合国

37、情的城网可靠性承诺赔偿方法，电价机制与可靠性有机地结合起来，为建立优质优价停电赔偿的新电价体制提供了理论支持，努力达到电力公司和用户双赢的目标。文献推导出可靠性经济性评价方法中的总拥有费用法和岁收需量法的区间值公式。5东南大学硕士学位论文首次推导建立了可靠性经济学领域的区间分析公式体系，可为决策者提供更加充分的定量决策信息。文献口M 以价值工程和电力系统可靠性理论为指导，提出一种新的发电竞争模式，建立了计及经济性和可靠性的发电竞争联合优化模型。该模型兼顾了发电厂商和用户的利益，其结果可为公平、合理地制定发电计划提供量化决策依据。1 3 5 未来研究的发展方向随着市场机制引入电力工业，系统的可靠

38、性和经济性之间的矛盾日益显露，如何在追求运营经济性的同时保证系统的可靠性已成为亟待关注并研究的重要问题。在市场环境下，由于电价的实时性、节点电价的存在、网络阻塞等新的现象，迫切需要在传统的可靠性评估中引入新的指标来衡量系统的可靠性水平，这些指标要能同时反映可靠性和经济性。同时，这些指标和评估的结果，以及市场中的定价方法、容量市场的设定、辅助服务市场、机组检修等是否能引导出充足的发电和输电容量，以满足长期的可靠性也是需要思考的问题。此外，可靠性所蕴含的价值和风险如何被确定和识别也是需要解决的问题。而在所有这些问题的思考中，都需要考虑可靠性和经济性的协调发展，即什么样的可靠性水平是合理的。在什么样

39、的可靠性水平下经济性最优。事实上，所有问题最终都是为了达到可靠性和经济性的最优。单纯追求可靠性，可靠性凌驾于经济性之上只是传统电力系统的做法；单纯追求经济性，忽略可靠性将导致电力市场更大的经济损失。因此，市场环境下的可靠性问题的思考和研究任重道远。1 4 本论文的主要工作从上述介绍和分析可以看出，电力系统可靠性的研究意义重大，而在电力市场环境下，如何实现可靠性和经济性的协调显得尤为重要。电力系统可靠性研究离不开可靠性的指标，因为指标的设定和计算是可靠性评估的前提。在电力市场环境下，与可靠性相关的问题中无论是电源和电网的规划、还是可靠性的收费问题，也都依托合理的指标对系统可靠性的反映和评估。因此

40、，本文重点研究电力市场环境下的电力系统可靠性指标。但同时，对指标的研究也不能独立于可靠性评估、可靠性与经济性的协调等问题。因为，指标的提出是为可靠性评估，并最终为可靠性和经济性的协调服务的。因为电力市场环境下发、输电系统的利益分离，原先在垄断运行情况下的系统可靠性指标应重新考虑，因此整个电力系统的可靠性指标应分为与发电有关的可靠性指标和与输电有关的可靠性指标2 类。此外，市场的商业行为会对可靠性产生影响，需要研究市场环境对传统指标的影响。市场环境下也亟待提出新的更适合评价系统可靠性的指标。针对上述问题，本文进行了以下工作：(1)在分析传统的发电系统可靠性指标和计算方法的基础上，研究了电力用户的

41、需求弹性对发电系统可靠性指标的影响，说明电力需求侧的管理可有效改善电源的充裕度。相关内容见第二章。(2)对传统电力系统中输电系统的指标和市场环境下评估输电系统可靠性充裕度的指标进行了概述和分析，探讨了电力市场环境下的新的评估指标。定义了线路削减阻塞电量新指标，并建立了该指标的概率模型。该指标能有效识别输电瓶颈，衡量电网的不充裕性。相关内容见第三章。(3)基于市场环境下，经济利益成为技术决策的准则，提出了用社会福利损失来评估电力系统可靠性的风险。定义了输电系统中线路的阻塞风险，并用不确定因6第一章绪论素的概率算法进行分析计算。输电线路的阻塞风险可将其产生的经济后果加以量化。同时，针对电力市场的技

42、术风险对金融风险的影响，在进行电价和购电方短期金融风险中考虑发电机组的随机故障这一技术风险，应用蒙特卡罗法进行了电价的风险值(V a R)计算。相关内容见第四章。以上内容用I E E E-2 4 R T S 或I E E E 3 0 节点系统进行了仿真。7东南大学硕士学位论文第二章考虑市场影响的传统发电系统可靠性指标2 1 引言发电系统的可靠性，也即电源充裕度，是对系统是否有充分的发电容量满足负荷需要进行判断。在分析中，通常假定输电和配电系统均正常工作，不会导致系统失负荷。在传统的发电系统可靠性评估中，负荷被当成被动的受控终端。在电力市场环境下，面对电价的波动，用户有更多的选择和应对策略。理性

43、的用户总是根据最大效益原则，适时调整负荷计划，导致实际负荷的分布往往偏离预测值。负荷的变化将影响发电系统的可靠性指标。因此，短期来看，这种负荷变化改变了实际负荷曲线，直接影响发电系统可靠性的计算：长远来看，这种负荷变化可能会影响电源的规划。因此在电力市场环境下研究发电系统可靠性问题。必须考虑需求弹性，即用户对电价的响应。本章首先对发电系统传统可靠性指标及其计算方法进行了分析。并以I E E E-2 4 R T S系统为例进行计算，分析影响和改善系统可靠性的因素。然后建立了引入需求弹性的电价模型，并计算此时的发电系统可靠性指标，研究了需求弹性对发电系统可靠性指标的影响。2 2 发电系统可靠性指标

44、及其计算2 2 1 指标发电系统的可靠性指标为可靠性评估提供了定量的尺度，也为电力系统的规划设计提供了决策依据，如依据可靠性准则进行装机容量和备用容量的确定、检修计划的制定等。目前，在国内外研究中最广泛使用的一些指标如下：L O L P(1 0 s so fl o a dp r o b a b i l i t y)缺电时间概率，是研究期间(1 天)可用发电容量不满足负荷需要量的概率值，也即风险度。L O L E(1 0 s s 口厂l o a d e x p e c t a t i o n)缺电时间期望值，是某个研究期间(例如1 周，1年)，系统容量小于日最高负荷的天数期望值。H L O L

45、E(h o u r l y l o s so f l o a d e x p e c t a t i o n)缺电小时期望值，是把典型日负荷衄线分配到2 4 个小时，从而逐小时计算得到的指标，表明的是研究期间(1 年)的期望停电小时数。它并不能由L O L E 转化得到，因为L O L E 在计算时，是假定研究期间各天的日最高负荷持续一天E E N 3(e x p e c t a t i o ne n e r g y n o t s u p p l i e d)电量不足期望值，是在研究期间内由于发电设备停运造成负荷停电而少供的电量。F(f r e q u e n c y)和D(d u r a

46、t i o n)分别表明在一定时期内由于电源不充分而导致的负荷停电的平均次数和每次停电的平均持续时间。在电力市场环境下，需要有新的衡量可靠性经济性的指标。目前，广受研究者重视的是成本风险指标c。如果通过统计分析得到l k w h 电量的停电损失费口，则成本风险为C R=口E E N S 8第二章考虑市场影响的传统发电系统可靠性指标2 2 2 计算方法计算发电系统可靠性指标的方法有解析法和模拟法两种。解析法是通过建立发电系统和负荷的可靠性数学模型，利用数值计算方法求解。这种方法物理概念清晰，易于理解。在给定的简化假设条件下。一般可求得正确的结果，因此得到了广泛的应用。特别是在电源规划中，须考虑机

47、组计划检修，这时要求计算结果较为精确，用解析法就更为合理。但是，当系统增加元件或发生变化时，计算量将呈指数增长模拟法虽也使用数学模型，但是它是通过在此模型上进行采样试验求得结果，类似通常的统计实验。模拟法是一种非常灵活的方法，且对于处理某些复杂问题是唯一可行的方法。但由于具有明显的统计性质，计算结果不够精确且计算费时间。1 解析法(t)L o L P 和F D 法L O L P 和F D 法是一种比较通用的计算电源可靠性的方法，它是根据需要计算的几种主要的指标而命名的。应用这种方法分析可靠性时，计算步骤如下：1)建立容量模型。容量模型是考虑系统发电设备随机停运，根据停运容量而形成的系统状态空间

48、模型。具体地讲，就是使停运容量x 从0 开始以一定的步长取值，直到C s(系统内所有发电机容量之和)，并计算与某一x 对应的确切概率p(X)，或将所有大于等于z 的状态组合后形成累积概率P)，也即停运容量大于等于z 的概率。2)建立负荷模型。建立负荷模型是为了表示出全年任一周期时间内(每个季度、每周、每天或每小时)系统负荷及其变化趋势。常用的是按年表次序形成的负荷模型，此外，还有两极日负荷模型和累积状态负荷模型。3)计算发电系统的可靠性指标。考虑发电机组的检修计划对负荷模型的修正，计算指标。(2)等值负荷持续曲线法(E L D c)在某些发电系统的规划中，不需要强调F 和D 指标，这时应用E

49、L D C 法非常简单和灵活。这种方法的最大特点是不需要分别建立系统的容量模型和负荷模型，而是将这两种模型用一个有效负荷模型来代替，并直接在此模型上求得所需的可靠性指标，计算步骤如下：1)原始的负荷数据形成研究期间的原始负荷持续曲线，如图2 1 中圪o r)，横坐标表示一周内的负荷，纵坐标表示负荷大于等于某一给定z 的概率p(x)。2)在建立了这一原始的负荷持续曲线后(为简化计算。可用一直线代替，如兄(x)，考虑发电设备的随机停运，根据递推的卷积公式逐个追加到原负荷三的概率模型中，可形成等值负荷持续曲线兄)。如图2 1 所示。3)计算发电系统可靠性指标。可以看到，等值持续负荷曲线是把发电机组的

50、随机故障影响当成等值负荷对原始持续负荷曲线不断修正的结果。图2 1 中，气)为考虑了所有发电机的随机停运后形成的等值负荷持续曲线。显然，当等值负荷大于C s(系统内所有发电机容量之和)时，系统的9东南大学硕士学位论文可用发电容量不能满足负荷需求，故系统的L O L P 值即为，L(x)曲线上横坐标为c s 的点对应的纵坐标。E E N S 为屯r)曲线上从C s 盈J L m a x+C s 的一段与横坐标围成的面积。图2 1 一周的原负荷模型和有效负荷模型2 模拟法模拟法，也称蒙特卡罗法，是以概率理论和统计方法为基础的一种计算机模拟方法，它用抽样的方法进行状态选择，用统计的方法得到可靠性指标