针对系统安全的电网安全稳定控制系统可靠性评估

王 飞

（南京南瑞继保工程技术有限公司）

0 引言

电网安全稳定控制系统是保障我国电网安全的重要设施，目前电网安全稳定控制系统呈现出大型化、复杂化等发展态势。当电网受到较为严重的故障影响时，电网安全稳定控制系统能够及时动作，从而确保电网各运行系统不会受到损害。电网安全稳定控制系统的可靠性一旦降低，会导致错误动作和不开展动作，将会加剧故障的影响，在我国社会发展过程当中，出现过多次此类电网事故［1］。因此，针对系统安全的电网安全稳定控制系统的可靠性评估，具备较强的研究价值和现实应用意义。一种基于可靠性评估的中压配电网规划确定方法及系统与流程如图所示。

1 电网安全稳定控制系统可靠性的评估指标

在电网安全稳定控制系统可靠性评估过程中，适合的评估指标能够大大增加评估的科学性和准确性，两种配电网用电可靠性指标体系及综合评估方法见表1和表2。本文主要介绍时间和概率两种评估指标，内容如下。

表1 部分用户配电网用电可靠性指标体系及综合评估方法a

表2 部分用户配电网用电可靠性指标体系及综合评估方法b

图 一种基于可靠性评估的中压配电网规划确定方法及系统与流程

1.1 时间指标

多数情况下采用时间指标评估电网稳定控制装置或系统的连续性运行能力和失去能力后的修复能力。时间指标主要包括三种，分别为平均失效前时间（MTTF）、平均首次失效前时间（MTTFF）、平均修复时间（MTTR）。其中，平均失效前时间表示电网稳定控制装置或系统，在运行过程中，发生或出现故障前的平均时间；平均首次失效前时间则表示电网稳定控制装置或系统，从最初开始投入运行，到第一次发生或出现故障的平均时间；而平均修复时间则是表示电网稳定控制装置或系统，在发生或出现故障后修复过程中所消耗的平均时间。此外，对于无法进行修复的系统来说，假若存在多种不同的运行情况，那么平均失效前时间和平均首次失效前时间也是不同的［2］。

1.2 概率指标

电网安全稳定控制系统可靠性的概率评估指标主要分为四种，分别是失效率、修复率、可用度以及要求时失效概率［3］，具体如下。

（1）失效率

失效率指标是电网稳定控制系统可靠性评估的基础指标，定义为元件运行到某时间时，没有出现失效的情况，同时在之后的单位时间段内，将会发生失效的概率。公式为：

式中，λw为失效率；λj为拒动失效率；Tw为出现错误失效时间；Tj为拒绝失效时间。

假若电网安全稳定控制装置是由多个模块组成，那么装置的实效率可用公式（3）和（4）计算：

式中，k为模块数；λM为装置失效率；λbi、λhi、λsi分别为各模块组成的硬软件部分失效率；αhi、αsi分别为各模块组成的硬软件部分的重要程度系数；m、n分别为组成模块的软件和硬件数量。

（2）修复率

修复率指标是电网安全稳定控制系统当中元件在某时间内处于失效的状态，在之后的单位时间内会被修复的概率。公式可用式（5）表示：

式中，T为被修复的时间；μ为修复率。

（3）可用度

可用度指标则为电网安全稳定控制装置或系统处于正常运行状态时，对其长期性状态的概率表示。由于电网安全稳定控制装置或系统长期处于运行或者是修复的情况，可用公式（6）表示：

式中，A为可用度。

（4）要求时失效概率指标

该指标是表示电网安全稳定控制系统在运行过程中，将会出现危险失效的概率。通过调查研究发现，利用安全仪表系统的可靠性评估方式，将要求时失效概率作为特殊保护系统可靠性的衡量指标。同时还有学者认为可将安全完整性的等级划分作为电网安全稳定控制系统的可靠性评估指标，等级越高系统出现危险失效的概率也就越低，呈反相关，从而体现出较高的电网安全稳定控制系统设计和配置指导价值，利于求取特定可靠等价下该系统中各个组成部分的要求时失效概率上限值。

2 电网安全稳定控制系统的可靠性

2.1 保证电网的安全运行

最大限度保证电网区域范围内的安全、稳定且有效地运行，使电网长期保持功率的平衡，可有效预防电网在运行过程中事故和故障的发生，降低后期维修费用［4］。因此，电网相关运行部门在管理电网时应当做好停电预警方案和措施，保证不会影响正常供电。

2.2 满足负荷的条件

统一化管理且平衡电气发、送、配电工作，制定出有效的各项日常工作计划，可确保电网系统的正常稳定运行，不断提高发电厂及变电站间的协调性。将电气设备的维护运行工作作为最基础的保障性工作，从而满足我国人民生产及生活的电能需求。

2.3 能源的充分利用

能源的充分利用一直都是我国实现可持续性社会发展的重要内容，提升电网安全稳定控制系统的可靠性，能在很大程度上减少火力发电厂的能源消耗和运营成本。合理控制火力发电厂和变电站之间的能源消耗和电能输送，通过自动最优的负荷与分配内容，可使以火力发电厂所构建的电网实现最大化的经济价值。

2.4 制动系统的改进

制动系统改进的主要作用为在电力系统出现故障时，有效保证最低输入功率的安全性和稳定性，同时将机器调节阀的作用发挥到最大，有效控制发电机与设备的通用角度检测，使电网动力系统当中的发电机和设备能够在同一种角度的变化过程中结合起来，最终达到电源系统稳定且安全的运行状态。

3 针对系统安全的电网安全稳定控制系统可靠性评估方法

3.1 可靠性框图法

可靠性框图法能够将电网安全稳定控制系统从图像的形式转化为框图网络，框图网络中的单个方框表示该系统中存在的特殊组件，再由各个方框联合组成［5］。假若在利用该方法进行可靠性评估时，能从框图网络当中寻找到一条非常顺畅的通路，那么该通路所有的组件可以保证该系统的正常运行。此外，可靠性框图法在建立过程中过分依赖电网安全稳定控制系统的实际架构和各装置间的逻辑关系，所此种方法比较适于物理结构相对简单且清晰的系统，同时不能将其用在平均首次失效时间前的计算当中。

3.2 故障树分析法

故障树分析法主要用于电力安全稳定控制系统的可靠性评估建模，是一种由上而下的识别模式，可利用故障树相关符号，清楚反映出能够使系统失效的故障元件组合，从而以此建立树形模型。但是由于受到底层时间的确定需要影响，假若该系统建设规模较大且复杂时，使用此种方法就很难找到最小的影响，并且不同最小影响所导致的一种时间，非常容易出现概率重复出现和重叠的问题，进而此种方法的适用范围较小。

3.3 马尔可夫模型法

马尔可夫模型法在应用过程中，需要具备的一个条件为：电网安全稳定控制系统中的修复系统是该模型法的修复系统。电网安全稳定控制系统自身属于可修复的系统，在实际运行过程当中，将会存在多种运行状态，假若出现失效或修复状态时，该系统能够自行进行状态的转换，而不同状态的转换主要动力为部件的失效或修复概率。

3.4 蒙特卡罗法

蒙特卡罗法作为建立在概率理论和统计理论两种理论基础上的随机数模拟法，将其应用到电网安全稳定控制系统可靠性评估过程当中，不仅可以获得关于该系统的可靠性评估的期望值指标，同时还能得到该系统的可靠性评估指标概率分布，从而建立出科学合理的电网安全稳定控制系统模型、明确系统当中的变量分布情况、得到概率和处理两种抽样的结果。

上述四种可靠性评估方法各有各的优点，在实际应用当中，应当结合不同的可靠性评估场景，选择最优的评估方法。

4 结束语

综上所述，在实际应用过程中，应当按照电网的运行状态对系统安全的电网安全稳定控制系统可靠性评估指标、内容以及方法进行合理的挑选，从而为之后进行深度的电网安全稳定控制系统可靠性评估研究提供重要的参考数据，为其奠定坚实的实践操作基础。