引言

　　確定性的安全評(píng)估方法已經(jīng)在電力工業(yè)中有了很廣泛的應(yīng)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(jí)。但是，使用這種方法必須付出額外的費(fèi)用；由于只重視最嚴(yán)重、最可信的事故，結(jié)果顯得過(guò)于保守。因而從運(yùn)行的角度來(lái)看，現(xiàn)存的設(shè)備沒(méi)有被充分利用；從規(guī)劃的角度來(lái)看，造成不必要的重復(fù)建設(shè)。隨著電力市場(chǎng)的逐漸興起，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)下，各個(gè)電能供應(yīng)商都不愿意投資新的設(shè)備，而是更愿意擴(kuò)展現(xiàn)有設(shè)備的傳輸極限，以便獲得更便宜的能源和更低的生產(chǎn)費(fèi)用。于是在系統(tǒng)運(yùn)行狀況頻繁緊張的環(huán)境下，確定性方法的弱點(diǎn)就變得十分顯著。在這種形勢(shì)下，提出基于風(fēng)險(xiǎn)的安全評(píng)估(riskbasedsecurityassessment，縮寫(xiě)為RBSA)方法有其重要的現(xiàn)實(shí)意義。該方法能夠定量地抓住決定安全性等級(jí)的兩個(gè)因素:事故的可能性和嚴(yán)重性。并在此基礎(chǔ)上引入了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，從而可以對(duì)電力系統(tǒng)安全性做出更科學(xué)、細(xì)致的評(píng)估。

　　風(fēng)險(xiǎn)存在于生活的方方面面，人們將“能導(dǎo)致傷害的災(zāi)害可能性和這種傷害的嚴(yán)重程度”定義為“風(fēng)險(xiǎn)(risk)"。另外，歐洲機(jī)器安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(ENSonsafetyofmachinery)還把“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(riskassessment)”，定義為：“采用一系列的邏輯步驟，使設(shè)計(jì)人員和安全工程師能夠以一種系統(tǒng)的方式檢查由于機(jī)器的使用而產(chǎn)生的災(zāi)害，從而可以選擇合適的安全措施”。

　　采用定量處理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論最初是在核能工業(yè)安全領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)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(yīng)用于諸多其他涉及安全以及環(huán)境應(yīng)用的領(lǐng)域，如：航空工業(yè)、保險(xiǎn)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(gè)步驟：①辨認(rèn)什么元件可能發(fā)生事故；②確定發(fā)生事故的頻率；③計(jì)算事故產(chǎn)生的后果；④估算風(fēng)險(xiǎn)的程度；⑤評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度；⑥采取行動(dòng)來(lái)減少任一不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。

　　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(yùn)行的基本要求就是在一個(gè)可以接受的可靠性等級(jí)下，以盡可能低的費(fèi)用向用戶(hù)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(yùn)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(píng)估于是便成為一個(gè)非常有用的工具，系統(tǒng)規(guī)劃人員可以利用它來(lái)找到合理的解決方案。但是不同的評(píng)估方法之間，其結(jié)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(gè)問(wèn)題，就必須了解確定性安全評(píng)估方法的不足和基于風(fēng)險(xiǎn)的安全評(píng)估方法的優(yōu)點(diǎn)。下面將分別給予說(shuō)明。

　　1.1確定性安全評(píng)估方法的不足

　　電力工業(yè)在現(xiàn)代化的社會(huì)中有著舉足輕重的地位，其可靠性直接關(guān)系到國(guó)家的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定。由于可靠性包括兩個(gè)方面：安全性和充分性，所以在討論可靠性的問(wèn)題時(shí)，我們可以將研究重點(diǎn)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(píng)估方法一一最嚴(yán)重事故決策標(biāo)準(zhǔn)。在具體分析時(shí)，首先選擇要分析的時(shí)間范圍、負(fù)荷狀況、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和事故列表；其次確定最先違反系統(tǒng)運(yùn)行狀況標(biāo)準(zhǔn)的事故；最后再?zèng)Q定這些事故的解決方法。

　　雖然確定性方法曾經(jīng)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(diǎn)顯得越來(lái)越明顯，主要表現(xiàn)在：

　　a.沒(méi)有考慮事故發(fā)生的頻率。確定性的安全評(píng)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(shí)情況明顯不符。

　　b.在嚴(yán)重性方面，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。確定性的安全評(píng)估方法中，為事故列表中的事故設(shè)立了相同的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，這種運(yùn)行要求在經(jīng)濟(jì)性影響上所代表的就是一個(gè)門(mén)檻，但是并不意味著不同的運(yùn)行要求代表著相同的門(mén)檻，也就是說(shuō)越限事故的嚴(yán)重性沒(méi)有被很好地認(rèn)識(shí)。

　　c.忽略了非限制性的事故。通常人們把對(duì)系統(tǒng)安全性產(chǎn)生一定的但又不是最嚴(yán)重影響的事故稱(chēng)為非限制性的事故。單個(gè)這類(lèi)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(dāng)可觀的。確定性的安全評(píng)估方法的核心就是最嚴(yán)重事故決策標(biāo)準(zhǔn)，因此那些不具有十分限制性的事都對(duì)決策沒(méi)有影響。但是，事實(shí)上這些事故確實(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的風(fēng)險(xiǎn)程度起作用。

　　d.安全區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)沒(méi)有被量化。確定性的安全評(píng)估方法只能判斷在一定的可靠性標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行狀況下系統(tǒng)是可靠的還是不可靠的，而不能對(duì)安全區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化。因此它不能識(shí)別安全區(qū)域內(nèi)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，也就不能對(duì)將來(lái)可能造成系統(tǒng)不可靠的情況作出預(yù)防措施。

　　1.2基于風(fēng)險(xiǎn)的安全評(píng)估方法的優(yōu)點(diǎn)

　　電力系統(tǒng)的安全性被認(rèn)為是一個(gè)瞬間的、隨時(shí)間變化的情形，它是系統(tǒng)對(duì)于即將發(fā)生的擾動(dòng)所具有魯棒性的一個(gè)函數(shù)。由于在預(yù)測(cè)即將發(fā)生的擾動(dòng)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(píng)估方法是更可取的。因而需要將原有的確定性安全評(píng)估擴(kuò)展為可能性的安全評(píng)估。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其復(fù)雜性也在不斷增長(zhǎng)，原有的分析方法顯得過(guò)于粗糙；由于電力市場(chǎng)概念的引入，各個(gè)電能供應(yīng)商為了在運(yùn)行費(fèi)用上競(jìng)爭(zhēng)，都希望在滿(mǎn)足一定的可靠性標(biāo)準(zhǔn)下盡可能地降低成本；另外，系統(tǒng)規(guī)劃人員為了對(duì)不同的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，就需要做“費(fèi)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(lái)分析系統(tǒng)的可靠性。

　　RBSA方法的發(fā)展始于1994年，作為這項(xiàng)工作的一個(gè)主要貢獻(xiàn)，美國(guó)衣阿華州立大學(xué)的J.McCalley和V.Vittal等人發(fā)展了一種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，它能夠定量地抓住決定安全等級(jí)的因素：事故的可能性和嚴(yán)重性。因此，在電力系統(tǒng)安全分析中，就將風(fēng)險(xiǎn)定義為：事故發(fā)生的概率X事故產(chǎn)生的后果。

　　通常被采用的計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值的方程式為：

　　經(jīng)過(guò)與確定性的安全評(píng)估方法相比較，發(fā)現(xiàn)采用RBSA方法有諸多優(yōu)點(diǎn)：

　　a.在安全性和經(jīng)濟(jì)決策制定之間架起一座橋梁。從對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的定義來(lái)看，就能了解到這種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)可以衡量不確定性事故所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)性后果，因而對(duì)系統(tǒng)的安全性可以從經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行分析。

　　b.是一個(gè)重要的狀態(tài)指示器。風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最基本的應(yīng)用是利用現(xiàn)有的相關(guān)信息來(lái)決定未來(lái)幾分鐘、幾小時(shí)乃至幾周的情況，因而可以對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行指示。

　　c.風(fēng)險(xiǎn)可以組合。由于風(fēng)險(xiǎn)是按照每一個(gè)安全問(wèn)題、每一起事故和每一個(gè)元件計(jì)算的，因此可以把對(duì)每個(gè)元件的風(fēng)險(xiǎn)分析組合成對(duì)整體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

　　d.風(fēng)險(xiǎn)可以累計(jì)。如果能按照時(shí)間的順序提供一個(gè)連續(xù)的運(yùn)行狀況曲線，就可以先對(duì)每一個(gè)運(yùn)行狀況計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，然后再累計(jì)成規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)總的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

　　e.風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先可以被包括在相應(yīng)的決策制定中。RBSA方法在分析安全性的同時(shí)又兼顧了經(jīng)濟(jì)性，因而在制定決策時(shí)可以將其作為優(yōu)失考慮的因素。

　　2.RBSA方法的研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用范圍

　　2.1RBSA方法的研究?jī)?nèi)容

　　2.1.1對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)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(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)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(gè)示例，文獻(xiàn)[7]給出了如何計(jì)算一個(gè)有穩(wěn)定限制的電力系統(tǒng)失穩(wěn)的概率。

　　b.事故產(chǎn)生的后果

　　風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的另一個(gè)有機(jī)組成部分是事故產(chǎn)生的后果。如果要使所提供的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)結(jié)果令人信服，一個(gè)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(jìn)行大量的調(diào)查、研究。經(jīng)過(guò)數(shù)年的努力，國(guó)外的電力行業(yè)已經(jīng)在這方面取得了一定的成果[8,9]。過(guò)去因?yàn)槲覈?guó)的電力行業(yè)過(guò)分注重系統(tǒng)的可靠性而往往忽略了其經(jīng)濟(jì)性，因此缺乏對(duì)這方面的研究。但是隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和我國(guó)電力市場(chǎng)機(jī)制的實(shí)施，這將成為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。

　　2.1.2對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)模的簡(jiǎn)化

　　RBSA方法的一個(gè)主要特點(diǎn)就是要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理。在理論研究時(shí)，通常都是對(duì)一個(gè)規(guī)模較小的系統(tǒng)或是選取系統(tǒng)的一個(gè)部分來(lái)分析。因此將這種方法應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，必須先對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行一定的處理，而一般采用的方法就是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)降階，進(jìn)行等值化簡(jiǎn)。文獻(xiàn)[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(dāng)討論電力系統(tǒng)安全性時(shí)，由于其涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，圖1可以幫助我們更清楚地了解其內(nèi)容。通常，安全性分為靜態(tài)安全性和動(dòng)態(tài)安全性?xún)刹糠?，其中靜態(tài)安全性又包含過(guò)載安全性和電壓安全性，同時(shí)每一部分又有各自的子問(wèn)題。目前RBSA方法主要是對(duì)安全性中各自的子問(wèn)題進(jìn)行研究，并取得了一定的成果。

　　a.很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，輸電線路的熱容量一直都是用確定性的方法計(jì)算得到。文獻(xiàn)[11]通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析的方法來(lái)增加輸電線的熱容量，這確實(shí)是一個(gè)大膽的創(chuàng)新。因?yàn)樵陲L(fēng)險(xiǎn)分析中需要考慮諸多因素(溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、光照等)，所以要獲得一個(gè)十分精確的結(jié)果顯得非常困難。但是隨著有關(guān)數(shù)據(jù)的不斷完善以及處理方法的不斷提高，該方法得出的結(jié)果會(huì)越來(lái)越科學(xué)、可靠。另外，在文獻(xiàn)[12]中還指出了用RBSA方法決定變壓器熱負(fù)荷容量的可能性。

　　b.電壓穩(wěn)定問(wèn)題目前正是研究電力系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題的一個(gè)熱點(diǎn)，而基于風(fēng)險(xiǎn)考慮的電壓穩(wěn)定也在文獻(xiàn)[13]中有所研究。但由于電力行業(yè)對(duì)電壓穩(wěn)定問(wèn)題還未形成一個(gè)比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，因而使基于風(fēng)險(xiǎn)考慮的電壓穩(wěn)定失去了統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)。所以，RBSA方法在這個(gè)問(wèn)題上的應(yīng)用前景將取決于電壓穩(wěn)定問(wèn)題本身的發(fā)展情況。

　　c.與上述兩個(gè)方面比較而言，暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題具有先天的優(yōu)勢(shì)，這也將是本文作者今后的研究方向。因?yàn)闀簯B(tài)穩(wěn)定在電力系統(tǒng)中處于十分重要的位置，所以有關(guān)這方面的文獻(xiàn)非常多。此外，概率性暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題也已研究多年[14-16]。所有上述研究都為基于風(fēng)險(xiǎn)分析的暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)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(xiàn)[17,18]。

　　2.2RBSA方法的應(yīng)用范圍

　　RBSA方法所要解決的最主要問(wèn)題就是將安全性等級(jí)和采用該等級(jí)而帶來(lái)的費(fèi)用或利益綜合起來(lái)進(jìn)行評(píng)估。因此在電力系統(tǒng)中能夠使用這種評(píng)估方法的地方還是很多的，下面給予具體說(shuō)明:

　　a.在運(yùn)行中，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行人員在對(duì)涉及經(jīng)濟(jì)性一安全性交易做出運(yùn)行決定時(shí)，RBSA方法可以為運(yùn)行人員提供更加精確的評(píng)估，并且還能利用風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)作為影響市場(chǎng)行為的價(jià)格信號(hào)。

　　b.在運(yùn)行規(guī)劃中，線路、變壓器和發(fā)電機(jī)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)。

　　c.在設(shè)備規(guī)劃中，RBSA方法可以對(duì)候選的新規(guī)劃方案在風(fēng)險(xiǎn)上的影響進(jìn)行比較，從而規(guī)劃人員可以從中選出更經(jīng)濟(jì)、更可靠的方案。

　　d.為了處理不確定性問(wèn)題，就需要搜集大量的數(shù)據(jù)，而RBSA方法可以在數(shù)據(jù)搜集之前就能決定搜集數(shù)據(jù)所能帶來(lái)的利益是否超過(guò)搜集數(shù)據(jù)本身所需要的費(fèi)用，從而決定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集活動(dòng)。

　　3.結(jié)束語(yǔ)

　　隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)的任何事故都可能給電力系統(tǒng)以至整個(gè)社會(huì)帶來(lái)巨大的危害，因此有必要對(duì)系統(tǒng)的安全性做出更細(xì)致的評(píng)估。另外，電力市場(chǎng)的逐漸興起也促使各個(gè)電能供應(yīng)商更加注重生產(chǎn)的效益性，在滿(mǎn)足一定的可靠性的情況下，盡可能降低運(yùn)行的費(fèi)用，于是有一個(gè)更科學(xué)、細(xì)致的評(píng)估方法顯得非常必要。而RBSA方法的出現(xiàn)正好滿(mǎn)足了這些需求，適應(yīng)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(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，電力市場(chǎng)機(jī)制的逐步形成，對(duì)電力系統(tǒng)的要求將越來(lái)越嚴(yán)格，電網(wǎng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，因此上述問(wèn)題極有可能在不久的將來(lái)出現(xiàn)。所以對(duì)RBSA方法的深入研究將是一項(xiàng)非常緊迫的任務(wù)，作者衷心希望能有更多的電力工作者投入到這項(xiàng)研究工作中去。

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