引言

　　確定性的安全評估方法已經在電力工業(yè)中有了很廣泛的應用，并且在不需要額外研究工作的情況下提供了很高的可靠等級。但是，使用這種方法必須付出額外的費用；由于只重視最嚴重、最可信的事故，結果顯得過于保守。因而從運行的角度來看，現(xiàn)存的設備沒有被充分利用；從規(guī)劃的角度來看，造成不必要的重復建設。隨著電力市場的逐漸興起，在激烈的競爭下，各個電能供應商都不愿意投資新的設備，而是更愿意擴展現(xiàn)有設備的傳輸極限，以便獲得更便宜的能源和更低的生產費用。于是在系統(tǒng)運行狀況頻繁緊張的環(huán)境下，確定性方法的弱點就變得十分顯著。在這種形勢下，提出基于風險的安全評估(riskbasedsecurityassessment，縮寫為RBSA)方法有其重要的現(xiàn)實意義。該方法能夠定量地抓住決定安全性等級的兩個因素:事故的可能性和嚴重性。并在此基礎上引入了風險指標，從而可以對電力系統(tǒng)安全性做出更科學、細致的評估。

　　風險存在于生活的方方面面，人們將“能導致傷害的災害可能性和這種傷害的嚴重程度”定義為“風險(risk)"。另外，歐洲機器安全規(guī)范標準(ENSonsafetyofmachinery)還把“風險評估(riskassessment)”，定義為：“采用一系列的邏輯步驟，使設計人員和安全工程師能夠以一種系統(tǒng)的方式檢查由于機器的使用而產生的災害，從而可以選擇合適的安全措施”。

　　采用定量處理的風險評估理論最初是在核能工業(yè)安全領域發(fā)展起來的，其中信息管理、不確定性處理以及決策制定等方法均趨于成熟，隨后這些方法和理論即被應用于諸多其他涉及安全以及環(huán)境應用的領域，如：航空工業(yè)、保險業(yè)等，并取得了顯著的成功。通常被安全工程師所采用的這種理論方法包括如下6個步驟：①辨認什么元件可能發(fā)生事故；②確定發(fā)生事故的頻率；③計算事故產生的后果；④估算風險的程度；⑤評估風險的可接受程度；⑥采取行動來減少任一不可接受的風險。

　　1.在電力系統(tǒng)中引入RBSA方法的意義

　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行的基本要求就是在一個可以接受的可靠性等級下，以盡可能低的費用向用戶提供電能。但這兩方面常常是互相沖突的，并使電力系統(tǒng)管理人員、規(guī)劃人員和運行人員面臨諸多具有挑戰(zhàn)性的難題。電力系統(tǒng)可靠性評估于是便成為一個非常有用的工具，系統(tǒng)規(guī)劃人員可以利用它來找到合理的解決方案。但是不同的評估方法之間，其結果往往是不同的。因此要回答“為什么在電力系統(tǒng)中引入RBSA方法”這個問題，就必須了解確定性安全評估方法的不足和基于風險的安全評估方法的優(yōu)點。下面將分別給予說明。

　　1.1確定性安全評估方法的不足

　　電力工業(yè)在現(xiàn)代化的社會中有著舉足輕重的地位，其可靠性直接關系到國家的發(fā)展和社會的穩(wěn)定。由于可靠性包括兩個方面：安全性和充分性，所以在討論可靠性的問題時，我們可以將研究重點放在安全性上。

　　在傳統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)安全工程師采用的是確定性的安全評估方法一一最嚴重事故決策標準。在具體分析時，首先選擇要分析的時間范圍、負荷狀況、網絡結構和事故列表；其次確定最先違反系統(tǒng)運行狀況標準的事故；最后再決定這些事故的解決方法。

　　雖然確定性方法曾經取得了很大的成功，但是隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，由于它是十分粗糙的、非定量化的，所以該方法的弱點顯得越來越明顯，主要表現(xiàn)在：

　　a.沒有考慮事故發(fā)生的頻率。確定性的安全評估方法假定事故列表中所有事故出現(xiàn)的頻率是一樣的，這與事實情況明顯不符。

　　b.在嚴重性方面，運行標準不統(tǒng)一。確定性的安全評估方法中，為事故列表中的事故設立了相同的可靠性標準，這種運行要求在經濟性影響上所代表的就是一個門檻，但是并不意味著不同的運行要求代表著相同的門檻，也就是說越限事故的嚴重性沒有被很好地認識。

　　c.忽略了非限制性的事故。通常人們把對系統(tǒng)安全性產生一定的但又不是最嚴重影響的事故稱為非限制性的事故。單個這類事故的影響雖然有限，但是由于它們的數(shù)目比較多，所以總的影響還是相當可觀的。確定性的安全評估方法的核心就是最嚴重事故決策標準，因此那些不具有十分限制性的事都對決策沒有影響。但是，事實上這些事故確實對系統(tǒng)運行狀況的風險程度起作用。

　　d.安全區(qū)域內的風險沒有被量化。確定性的安全評估方法只能判斷在一定的可靠性標準和運行狀況下系統(tǒng)是可靠的還是不可靠的，而不能對安全區(qū)域內的風險進行量化。因此它不能識別安全區(qū)域內的高風險區(qū)，也就不能對將來可能造成系統(tǒng)不可靠的情況作出預防措施。

　　1.2基于風險的安全評估方法的優(yōu)點

　　電力系統(tǒng)的安全性被認為是一個瞬間的、隨時間變化的情形，它是系統(tǒng)對于即將發(fā)生的擾動所具有魯棒性的一個函數(shù)。由于在預測即將發(fā)生的擾動中不可避免地含有不確定因素，所以采用一種可能性框架的安全評估方法是更可取的。因而需要將原有的確定性安全評估擴展為可能性的安全評估。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其復雜性也在不斷增長，原有的分析方法顯得過于粗糙；由于電力市場概念的引入，各個電能供應商為了在運行費用上競爭，都希望在滿足一定的可靠性標準下盡可能地降低成本；另外，系統(tǒng)規(guī)劃人員為了對不同的設計進行評估，就需要做“費用一效益”分析。所有這一切都要求必須采用定量化的方法來分析系統(tǒng)的可靠性。

　　RBSA方法的發(fā)展始于1994年，作為這項工作的一個主要貢獻，美國衣阿華州立大學的J.McCalley和V.Vittal等人發(fā)展了一種風險指標，它能夠定量地抓住決定安全等級的因素：事故的可能性和嚴重性。因此，在電力系統(tǒng)安全分析中，就將風險定義為：事故發(fā)生的概率X事故產生的后果。

　　通常被采用的計算風險值的方程式為：

　　經過與確定性的安全評估方法相比較，發(fā)現(xiàn)采用RBSA方法有諸多優(yōu)點：

　　a.在安全性和經濟決策制定之間架起一座橋梁。從對風險的定義來看，就能了解到這種風險指標可以衡量不確定性事故所產生的經濟性后果，因而對系統(tǒng)的安全性可以從經濟性上進行分析。

　　b.是一個重要的狀態(tài)指示器。風險指標最基本的應用是利用現(xiàn)有的相關信息來決定未來幾分鐘、幾小時乃至幾周的情況，因而可以對系統(tǒng)的狀態(tài)進行指示。

　　c.風險可以組合。由于風險是按照每一個安全問題、每一起事故和每一個元件計算的，因此可以把對每個元件的風險分析組合成對整體的風險評估。

　　d.風險可以累計。如果能按照時間的順序提供一個連續(xù)的運行狀況曲線，就可以先對每一個運行狀況計算風險指標，然后再累計成規(guī)定時間范圍內總的風險評估。

　　e.風險優(yōu)先可以被包括在相應的決策制定中。RBSA方法在分析安全性的同時又兼顧了經濟性，因而在制定決策時可以將其作為優(yōu)失考慮的因素。

　　2.RBSA方法的研究內容和應用范圍

　　2.1RBSA方法的研究內容

　　2.1.1對于風險指標本身的研究

　　a.事故發(fā)生的概率

　　由于RBSA方法要考慮所有可能發(fā)生的不確定事故，而且這些事故發(fā)生的概率又完全不同，所以就需要通過對歷史數(shù)據的收集、分析，然后利用條件概率和全概率的公式得出最終的事故概率值。作為一個示例，文獻[7]給出了如何計算一個有穩(wěn)定限制的電力系統(tǒng)失穩(wěn)的概率。

　　b.事故產生的后果

　　風險指標的另一個有機組成部分是事故產生的后果。如果要使所提供的風險指標結果令人信服，一個精確的事故后果模型是必不可少的，這就需要電力企業(yè)進行大量的調查、研究。經過數(shù)年的努力，國外的電力行業(yè)已經在這方面取得了一定的成果[8,9]。過去因為我國的電力行業(yè)過分注重系統(tǒng)的可靠性而往往忽略了其經濟性，因此缺乏對這方面的研究。但是隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和我國電力市場機制的實施，這將成為一項重要的基礎工作。

　　2.1.2對電力系統(tǒng)規(guī)模的簡化

　　RBSA方法的一個主要特點就是要對大量的數(shù)據進行計算和處理。在理論研究時，通常都是對一個規(guī)模較小的系統(tǒng)或是選取系統(tǒng)的一個部分來分析。因此將這種方法應用到實際系統(tǒng)時，必須先對實際系統(tǒng)進行一定的處理，而一般采用的方法就是對實際系統(tǒng)降階，進行等值化簡。文獻[10]在這方面做了有益的嘗試。

　　2.1.3電力系統(tǒng)安全性的研究

　　當討論電力系統(tǒng)安全性時，由于其涉及的內容相當廣泛，圖1可以幫助我們更清楚地了解其內容。通常，安全性分為靜態(tài)安全性和動態(tài)安全性兩部分，其中靜態(tài)安全性又包含過載安全性和電壓安全性，同時每一部分又有各自的子問題。目前RBSA方法主要是對安全性中各自的子問題進行研究，并取得了一定的成果。

　　a.很長時間以來，輸電線路的熱容量一直都是用確定性的方法計算得到。文獻[11]通過風險分析的方法來增加輸電線的熱容量，這確實是一個大膽的創(chuàng)新。因為在風險分析中需要考慮諸多因素(溫度、風速、風向、光照等)，所以要獲得一個十分精確的結果顯得非常困難。但是隨著有關數(shù)據的不斷完善以及處理方法的不斷提高，該方法得出的結果會越來越科學、可靠。另外，在文獻[12]中還指出了用RBSA方法決定變壓器熱負荷容量的可能性。

　　b.電壓穩(wěn)定問題目前正是研究電力系統(tǒng)運行問題的一個熱點，而基于風險考慮的電壓穩(wěn)定也在文獻[13]中有所研究。但由于電力行業(yè)對電壓穩(wěn)定問題還未形成一個比較統(tǒng)一的認識，因而使基于風險考慮的電壓穩(wěn)定失去了統(tǒng)一的衡量標準。所以，RBSA方法在這個問題上的應用前景將取決于電壓穩(wěn)定問題本身的發(fā)展情況。

　　c.與上述兩個方面比較而言，暫態(tài)穩(wěn)定問題具有先天的優(yōu)勢，這也將是本文作者今后的研究方向。因為暫態(tài)穩(wěn)定在電力系統(tǒng)中處于十分重要的位置，所以有關這方面的文獻非常多。此外，概率性暫態(tài)穩(wěn)定問題也已研究多年[14-16]。所有上述研究都為基于風險分析的暫態(tài)穩(wěn)定問題提供了大量有用的信息，其中一些研究成果可以參閱文獻[17,18]。

　　2.2RBSA方法的應用范圍

　　RBSA方法所要解決的最主要問題就是將安全性等級和采用該等級而帶來的費用或利益綜合起來進行評估。因此在電力系統(tǒng)中能夠使用這種評估方法的地方還是很多的，下面給予具體說明:

　　a.在運行中，當系統(tǒng)運行人員在對涉及經濟性一安全性交易做出運行決定時，RBSA方法可以為運行人員提供更加精確的評估，并且還能利用風險指標作為影響市場行為的價格信號。

　　b.在運行規(guī)劃中，線路、變壓器和發(fā)電機的額定容量不僅由正常情況決定，潛在的停電事故狀況也對其有影響，所以RBSA方法可以為確定這些額定容量和限制提供決策標準。

　　c.在設備規(guī)劃中，RBSA方法可以對候選的新規(guī)劃方案在風險上的影響進行比較，從而規(guī)劃人員可以從中選出更經濟、更可靠的方案。

　　d.為了處理不確定性問題，就需要搜集大量的數(shù)據，而RBSA方法可以在數(shù)據搜集之前就能決定搜集數(shù)據所能帶來的利益是否超過搜集數(shù)據本身所需要的費用，從而決定是否進行數(shù)據搜集活動。

　　3.結束語

　　隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)的規(guī)模越來越復雜，系統(tǒng)的任何事故都可能給電力系統(tǒng)以至整個社會帶來巨大的危害，因此有必要對系統(tǒng)的安全性做出更細致的評估。另外，電力市場的逐漸興起也促使各個電能供應商更加注重生產的效益性，在滿足一定的可靠性的情況下，盡可能降低運行的費用，于是有一個更科學、細致的評估方法顯得非常必要。而RBSA方法的出現(xiàn)正好滿足了這些需求，適應了電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的最新情況，顯示出很好的發(fā)展前景。伴隨著中國現(xiàn)代化建設的飛速發(fā)展，電力市場機制的逐步形成，對電力系統(tǒng)的要求將越來越嚴格，電網的規(guī)模也在不斷擴大，因此上述問題極有可能在不久的將來出現(xiàn)。所以對RBSA方法的深入研究將是一項非常緊迫的任務，作者衷心希望能有更多的電力工作者投入到這項研究工作中去。

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