浅析电网规划中的模糊可靠性评估方法

李燕杰

【摘 要】 在电网运行过程中，各种电气设备由于工作环境、老化磨损程度的不同，其出现故障的原因、时间以及周期都难以定性计量，具有较强的随机性和不确定性。因此，一直以来在电网规划中，都是利用概率统计方法对电网中各用电设备的性能变化进行分析和评估。但是由于电气设备本身运行状况的不规律，以及计算过程中不可避免的误差影响，都使得电网负荷水平及其故障率的计算结果模糊不清，因此，必须采用一种模糊可靠性评估方法，来处理电网规划中的不确定性问题。

【关键词】 电网规划 随机性 模糊可靠性 评估方法

1 模糊可靠性评估方法概述

电网系统中，由于所要实现功能的不同，需要使用到多种类型的电气设备，这些电气设备的材质、质量以及使用寿命各不相同。同时，各种电气设备的工作环境、压力负荷以及老化磨损程度也存在较大差异。基于上述两种原因，各个电气设备在使用过程中出现故障的时间和概率具有较强的随机性与不确定性，这也是在电网系统中运用概率统计方法的根本前提。

同样的，由于各个用电设备存在诸多方面的差异，因此其运行数据的标准化程度较低，很难保证测量数据的唯一性和精确性，即便是通过采集多组数据求平均值的方法，也很难确保设备故障率和修复率的计算结果足够精确。除了电网设备本身的影响外，整个电网系统承受电力负荷压力的大小也与设备的故障发生概率具有紧密联系，通常情况下，电网负荷压力过大或压力不足，都会导致设备运行数据失准，与设备的额定功率相差较大。在这种情况下计算得出的最终结果具有较大的波动范围，而以此数据分析得来的电网可靠性指标也必然具有模糊性，这就为采用模糊可靠性评估方法提供了基础。

2 模糊可靠性指标的计算

电网规划能够提前分析电网建设和后期使用过程中可能发生或潜在的风险隐患，以便于电网设计人员能够制定相应的处理措施。将模糊可靠性评估方法应用于电网设计的长期规划中，帮助解决一些随机性和不确定性问题，为确保整个电网运行安全提供了技术支持。对可靠性分析计算中所遇到的模糊性参数，以模糊集合论中具有较宽适应性的梯形模糊数（Trapezoid Fuzzy Number，TrFN）予以描述和处理。以设备故障率为例，通过对统计资料的分析可能会得出这样的结果：其值不会小于K1或大于K4，而最有可能在K2与K3之间，故障率的这种模糊不确定性可用梯形模糊数K=（K1，K2），其隶属函数为模糊数中心值为LK（x）=1.0截集的平均值（K2+K3）/2。模糊故障率的可能性分布可用其隶属函数描述。对其他的模糊性参数也用类似方法予以处理。

通过将电网中各用电设备可能出现或潜在的问题，利用模糊可靠性评估方法评估后，其中一些不确定性因素就可以转变成各种模糊数之间的运算，从而极大的提高了最终结果的精确度，降低了因误差过大给整个电网规划所带来的损失。其中，用来计算电网中用电设备质量问题的集中可靠性指标主要包含以下几类：

2.1 缺电模糊概率

在某个特定的运行周期内，在保证整个电网用电负荷不变的情况下，由于发电机、变压器以及连接线路出现故障，而导致整个电网出现负荷停电的模糊概率，即为缺电模糊概率（FLOLP）。

2.2 缺电模糊期望值

在电网运行的整个周期内，由于电网所受电力负荷变化影响，或是其他外界环境因素的影响，而导致电网中发电机、变压器以及连接导线出现质量问题，并计算最终引起整个电网负荷停电的模糊时间，求时间平均值，即为缺电模糊期望值（FLOLE）。

2.3 缺电模糊频率

根据计算选取时间的不同，缺电模糊频率又可分为部分缺电模糊频率和全部模糊频率。其中，部分模糊频率是以电网运行中的某一时间段为分母，统计在这一时间段内所有因变压器、发电机以及连接线路质量问题而引发的负荷停电的模糊时间，将其作为分子，将两者相除结果即为部分缺电模糊频率；全部模糊频率则是以整个电网运行时间做分母，以该时间区间内发电机、变压器以及连接导线的质量问题引发负荷停电模糊时间为分子，并计算两者相除结果。

3 算例及MonteCar1o 模拟

应用本文提出的模糊可靠性求解方法，对IEEE-24节点可靠性测试系统RTS在支路1-2与支路3-24同时故障停运状态下，进行系统的可靠性指标计算，并利用MonteCarlo模拟法进行模拟验证。将梯形模糊数表示的各模糊性参数用6个α-截集离散化α={0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，每个α截集对应1次MonteCarlo模拟；对每个截集随机抽样取值，批量为10000次/截集，每次调用常规（即不考虑参数模糊性）的可靠性计算程序算出相应的可靠性指标确定值。

通过最终的计算结果对比分析，可以看出：随着实验样本数量的不断增加，样本计算结果的平均值误差范围也会越来越小，并最终区域平稳，当实验样本数量达到1000时，其误差范围保持在0.01-0.03区间内，这与解析法计算求得的标准值极为接近。结合极限计算理论，当实验样本数量足够多时，采用模糊可靠性评估法计算得出的缺电模糊期望值等于解析法求得的缺电模糊期望值。由此可以得出结论，模糊可靠性评估方法能够很好的适用于电网规划。

4 结语

通过具体的实践表明，模糊可靠性评估方法能够满足电网规划对于不确定性设备故障和质量问题造成的影响，进而能够帮助相关电网规划人员提前制定应对措施，保证整个电网的运行安全。模糊可靠性算法计算得出的最终结果，其可靠性指标大致分布在标准范围内。随着电网负荷信息的不断丰富，可靠性指标的分布范围也出逐渐缩小，从而使其不断趋向于标准值。通过综合对比集中电网规划的评估方法，模糊可靠性评估法计算时间相对较短，具有较高的实际应用价值。

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