电力系统可靠性的价值就是在保证质量条件下连续供电的价值。对用户来说,连续供电的价值取决于他们在用电中所能得到的效益。可靠性低往往会引起缺电和停电,造成经济损失和社会损失。为提高可靠性,电力部门要增加投资,这部分投资应由用户作为电费的一部分来负担。因此电力部门要研究投资与提高电力系统可靠性水平间的关系。电力系统可靠性经济学的研究内容包括缺电和停电损失、重大电力系统事故调查分析、可靠性投资和可靠性效益分析、全寿命周期成本、经济比较法等。
在中国,电力系统可靠性评估的理论体系于20世纪80年代开始建立,90年代不断完善发展。
由于可靠性低导致用户缺电、停电而造成的经济损失,这种损失通常以货币形式表示。
由于电源容量不足或电网输配容量不足而少供或限供电量(包括低频率、低电压)所造成的经济损失和社会损失。缺电损失是普遍加到每个用户身上的,因而很难用某些特定用户的用电性能来分析其损失细目,往往只能用大范围平均值来计量。可以作为计量依据的有:①单位电量的产值。②政府指定或社会统计出的计价单位。③电力公司的单位电量的综合利润。其中第①、②种计量方法用得较普遍。
由于电力供应不足或电力系统发生事故导致供电中断而造成的经济损失和社会损失。停电损失包括直接停电损失和间接停电损失两部分。直接停电损失是在停电时及停电以后的一段时间内遭受的经济损失和社会损失,它一般直接反映到产品成本、性能效益和经济活动中。间接停电损失是由于停电的间接影响而造成的经济损失和社会损失。
无论哪种停电损失,一般都只能根据国情,在统计基础上分别求出它们的平均值。停电损失是衡量电力系统可靠性影响的重要指标,经济发达国家主要用停电损失来评估可靠性水平。
主要目的有两个:①直接获得可靠性经济学的原始资料。②分析事故的具体原因和造成的社会后果,提出预防事故的对策。例如2003年“8·14”美加大面积停电事件发生后,美国和加拿大政府曾组织专门调查委员会进行调查,2004年1月给出最终调查报告,提出了46条建议。
主要目的是对可靠性投资和可靠性效益进行协调,以取得最佳经济效益。可靠性投资就是电力公司为保持和提高电力系统的可靠性水平所需的投资。它包括一次性投资和运行维护费。可靠性效益指可靠性指标改善后所得到的经济价值。在做经济分析时,各类费用必须折算到统一的时间价值才能进行比较。
一个设备或系统在整个寿命期内所需要的总费用,包括设计、购置、运行、维修和退役处理等费用。美国预算局定义:全寿命周期成本(life cycle cost,LCC)是大型系统在预定有效期内发生的直接、间接、重复性、一次性及其他有关费用,它是设计、制造、开发、使用、维修、支援等过程中发生的费用和预算中所列入的必然发生的费用的总和。通常,由于不同方案中设备或系统寿命周期可能不同,在方案比较时,一般将全寿命周期成本转换为等年值形式。全寿命周期成本已成为电力设备资产管理、电力系统设计方案比较中重要的指标之一,通常以寿命周期成本最小为优先选项。
电力设备从设计到退役的整个期间需要的费用总和,它往往数倍于设备购置费用。LCC的显著特点是其费用并不只是发生在投资初期,而是按时序发生在整个寿命周期内。因此,规划人员不仅为设备投资负责,更要为降低设备或系统寿命周期内全部成本负责。电力公司在投资、设备选型,甚至设备的检修决策中,常常以全寿命周期成本的计算结果作为依据,以降低综合成本,提高设备的整体效益。电力设备全寿命周期成本主要包括设备投资费用、设备运行维护费用、设备故障引起的停电损失、残值及气候等因素引起的其他费用。
电力系统中所有设备的全寿命周期成本、系统运行维护费用、用户停电损失费用、电网线损费用等相关费用总和。通常也转换为等年值进行分析比较。
在定量评估可靠性指标的基础上,计算各种方案的相关费用,找出最优方案的方法。可用各种量化可靠性指标与费用指标进行比较。常用的可靠性指标及其相应的费用指标见表。最常用的经济比较法(method of economic comparison)有绝对可靠性评估法、可靠性排序法、可靠性比较分析法、成本与效益分析法和可靠性优化法5种。
可靠性经济学常用指标
可靠性指标 | 费用指标 |
故障率/(次·a-1) | 元/a |
故障频率/次 | 元/次 |
停电持续时间/h | 元/h |
停电容量/kW | 元/kW |
停供电量/(kW·h) | 元/(kW·h) |
平均修复时间/h | 元/h |
期望缺供电量/(kW·h·a-1) | 元/(kW·h) |
选定一项可靠性指标作为评价方案的依据,当评估结果达不到规定指标时,则改变设计方案。在发电可靠性评估中,半定量化的概念性指标——备用容量百分值曾经被使用。在概率指标形成以后,更多地使用电力不足期望值或电力不足概率等指标。
在选定的可靠性指标的基点上来比较不同设计或计划的相对优劣,然后把各个被比较的方案按其相对优劣的递增或递减顺序排列,选出最优方案。此法的优点是可以直接应用潮流计算的结果,不需进行电力不足概率的计算,故应用较方便;缺点是与经济性的联系少,较难从经济上来评价其相对佳度指标的经济效益。这种方法的一种演变是打分法,即选定若干评判项目对各比较方案进行逐项评定,最后以总分的高、低排列择优。在打分法中,评定人员的经验起着重要作用。
计算被比较方案的投资,然后再以单位投资所取得的可靠性指标改善幅度来衡量各方案的优劣。在配电系统中,当采用每个用户每年的累积停电时间期望值为比较基点时,衡量各方案的尺度I为:

I值越大,表明单位投资所取得的可靠性指标改善幅度越大,所以I值应取大者为优。
成本与效益分析法要求计算出可靠性指标改善所对应的经济价值,然后再与所需投资做比较。成本和效益均表示为共同的货币单位,效益应大于成本,而且比值越大越好。这种方法的优点是在同一的定量化成本和增益的基础上判断一个设计或者计划方案是否合理。
可靠性优化法以计算成本和增益为基础,寻求最佳可靠性水平的一种方法。此法经常把电力系统故障引起的停电损失作为系统可靠性的函数,然后计算作为可靠性函数的系统总安装费用,最后按停电损失和总安装费用最小来决定系统的可靠性水平。