本书涵盖了电力网络可靠性评估的基本概念和分析方法。全书分为两大部分，共14章。第1部分为理论基础，其中：第1章介绍了可靠性的基本定义、量化方法和决策方法；第2、3章分别回顾了与概率论和随机过程相关的基本概念；第4章进一步介绍了基于状态转移频率的随机过程分析方法；第5、6章分别介绍了在可靠性分析中常用的解析法和蒙特卡洛模拟法。第2部分为建模分析方法，其中：第7章介绍了如何应用理论概念来分析实际电力系统的可靠性；第8章介绍了如何利用离散卷积法来评估发电裕度；第9章介绍了如何分析多节点电力系统的可靠性，在此基础上分别阐释了如何评估多区域电力系统的可靠性（第10章）和综合电力系统的可靠性（第11章）；第12章讨论了如何在发电规划中考虑电力系统可靠性；第13章则讨论了如何在综合电力系统可靠性评估中考虑具有间歇性特点的可再生能源的接入；第14章对全书进行了总结思考，旨在为电力系统可靠性领域的相关研究提供一个更为广阔的视角。书中提供了大量的案例分析以加深读者对基本概念和建模方法的理解，在部分章节后附有简单的题目供读者练习，并且提供了很多参考文献供读者延伸阅读。
本书可供电网可靠性相关领域的科研人员和技术人员阅读，也可供高等院校相关专业本科生和研究生参考。

电网是一个随时间不断发展的基础设施，所涉及的决策在大多数情况下都是不可逆转的，例如建设一条输电线或一个风、光电场，这些都是无法轻易撤销或改变的决策，所以对新设施的功能及其对整个系统的影响进行仿真计算一直都是电力系统规划和运行工作的一部分，因此成熟的分析和仿真工具也一直都是这些工作流程的一部分；为了适应新时势，这些工具还会随时间不断发生改变。
本书内容分为两部分，共14章。第1部分为理论基础，包括综述概率论、随机过程以及一个基于频率理解随机过程的方法，这些概念都通过电力系统的相关案例进行了阐释；其次，介绍了通用的解析法和蒙特卡洛法；第1部分可作为普适的可靠性课程教学资料。第2部分介绍了在电网可靠性分析方面已开发的算法，包括发电充裕度法和多节点分析法，后者涵盖了多区域以及综合电力系统的可靠性评估；最后两章分别展示如何在能源规划中使用这些方法以及与具有间歇性特点的可再生能源接入相关的讨论。

原 书 前 言
在过去很多年，电网经历了转型式的改变，其动因来自于减少碳排放、配置更多能提高状态感知程度的监测设备、赋予用户更多的选择和参与能力等需求，转型直接的结果是电网越来越复杂。随着系统内置越来越多的智能设备和功能，为电网以前所未有的新方式运行提供了契机，但这些设备和功能也可能带来更多的问题，从而导致故障波及范围更广。
电网是一个随时间不断发展的基础设施，所涉及的决策在大多数情况下都是不可逆转的，例如建设一条输电线或一个风、光电场，这些都是无法轻易撤销或改变的决策，所以对新设施的功能及其对整个系统的影响进行仿真计算一直都是电力系统规划和运行工作的一部分，因此成熟的分析和仿真工具也一直都是这些工作流程的一部分；为了适应新时势，这些工具还会随时间不断发生改变。
对电网可靠性分析而言也是如此。可靠性的量化评估使得我们能够在成本、碳排放量和其他因素之间进行合理权衡，做出理性的决策。随着我们拥有的计算能力越来越强大，电力系统可靠性评估方法也在随着时间不断演进、完善。
本书源自我们的研究生和本科生（主要来自得克萨斯A&M大学、密歇根州立大学和新加坡国立大学）授课资料，这些资料通过长期教学不断完善，我们也在针对工业界和其他学术机构的短期课程教学中使用过这些资料。我们在内容选择和呈现方式上都基于这样一个理念，即坚实的基础知识背景对于理解、正确使用可靠性分析算法并对其进行改进至关重要。随着电力系统越来越复杂，其基本特征由于可再生能源的接入而发生质的变化，这一理念尤为重要。为了适应新态势的发展需求，在计算方法上需要进行更多的创新。
本书内容分为两部分，共14章。第1部分为理论基础，包括综述概率论、随机过程以及一个基于频率理解随机过程的方法，这些概念都通过电力系统的相关案例进行了阐释；其次，介绍了通用的解析法和蒙特卡洛法；第1部分可作为普适的可靠性课程教学资料。第2部分介绍了在电网可靠性分析方面已开发的算法，包括发电充裕度法和多节点分析法，后者涵盖了多区域以及综合电力系统的可靠性评估；最后两章分别展示如何在能源规划中使用这些方法以及与具有间歇性特点的可再生能源接入相关的讨论。
Chanan Singh
Panida Jirutitijaroen
Joydeep Mitra
致谢
诸多人士以各种方式为本书做出了贡献，我们对他们表示万分感谢。
本书的部分内容是通过很多学生参加我们的课程、提供反馈意见、参与研究形成的，因为无法对他们一个个表示感谢，我们只能对这一群体的贡献表示感谢。感谢同仁、其他现场研究人员和从业人员，我们通过和他们交流以及跟踪他们的研究成果受益良多，他们使我们的专业知识更加丰富完善。
最后也是最重要的，我们要感谢家人，感谢他们在我们写书期间所给予的鼓励、支持和耐心，感谢我们的妻子Gurdeep、Wasu和 Padmini，感谢我们的孩子Khenu Singh、Praow Jirutitijaroen、Ranadeep Mitra、Rukmini Mitra和Rajdeep Mitra，感谢我们的孙子Kiran Parvan Singh和Saorise Vela Singh。
Chanan Singh
Panida Jirutitijaroen
Joydeep Mitra

【美】沙南.辛格（Chanan Singh）等

目录
译者序
原书前言
致谢
第1部分系统可靠性的概念和方法
第1章可靠性概述
1.1引言
1.2可靠性的量化
1.3考虑可靠性的基本决策方法
1.3.1可靠性作为约束之一
1.3.2可靠性作为总优化成本之一
1.3.3多目标优化和帕累托最优
1.4本书的目标和范围
1.5本书的组织结构
第2章概率论综述
2.1引言
2.2状态空间和事件
2.3概率量和相关定理
2.4随机变量
2.4.1概率密度函数
2.4.2概率分布函数
2.4.3残存函数
2.4.4风险率函数
2.5联合分布的随机变量
2.6期望、方差、协方差和相关系数
2.7矩母函数
2.8随机变量函数
2.8.1服从伯努利分布的随机变量
2.8.2服从二项分布的随机变量
2.8.3服从泊松分布的随机变量
2.8.4服从均匀分布的随机变量
2.8.5服从指数分布的随机变量
2.8.6服从正态分布的随机变量
2.8.7服从对数正态分布的随机变量
2.8.8服从伽马分布的随机变量
2.8.9服从威布尔分布的随机变量
练习
第3章随机过程综述
3.1引言
3.2离散马尔可夫过程
3.2.1转移概率矩阵
3.2.2第n个时间步长的概率分布
3.2.3马尔可夫过程性质和分类
3.2.4过程的均衡分布
3.2.5平均首达时间
3.3连续马尔可夫过程
3.3.1转移率矩阵
3.3.2t时刻的概率分布
3.3.3过程的均衡分布
3.3.4平均首达时间练习
第4章基于频率的随机过程分析方法
4.1引言
4.2转移率
4.3频率
4.3.1两个不相交集合之间的频率
4.3.2集合频率
4.3.3不相交事件并集的频率
4.4频率平衡
4.4.1一个状态的频率平衡
4.4.2一个集合的频率平衡
4.4.3离散容量系统的特例结果
4.4.4强制频率平衡
4.5等效转移率
4.6一致性
4.7条件频率
4.8时变频率
4.9概率频率转换规则
练习
第5章可靠性分析中的解析方法
5.1引言
5.2状态空间法
5.2.1系统状态转移图
5.2.2转移率矩阵
5.2.3状态概率计算
5.2.4可靠性指标计算
5.2.5状态空间法中的顺序建模方法
5.3网络化简法
5.3.1可靠性框图
5.3.2串联结构
5.3.3并联结构
5.3.4网络化简法步骤
5.4条件概率法
5.5割集法和路集法
5.5.1割集法
5.5.2路集法
5.5.3割集法和路集法比较
练习
第6章蒙特卡洛模拟
6.1引言
6.2随机数生成方法
6.3蒙特卡洛模拟法分类
6.3.1随机采样
6.3.2序贯采样
6.4采样中的近似估计和收敛性
6.4.1随机采样
6.4.2序贯采样
6.5方差缩减技术
6.5.1重点采样
6.5.2控制变量采样
6.5.3对偶变量采样
6.5.4拉丁超立方体采样
练习
第2部分电力系统可靠性建模和分析方法
第7章电力系统可靠性概论
7.1引言
7.2电力系统可靠性分析范围
7.3电力系统可靠性指标
7.4电力系统可靠性评估的考虑因素
第8章基于离散卷积的发电充裕度评估方法
8.1引言
8.2发电模型
8.2.1机组添加算法
8.2.2对发电状态进行“舍入”
8.3负荷模型
8.4发电备用模型
8.5确定可靠性指标
8.6结论
练习
第9章多节点电力系统的可靠性分析
9.1引言
9.2多节点系统的范围和建模
9.3系统建模
9.3.1元件容量状态
9.3.2节点发电
9.3.3节点负荷
9.3.4输电线模型和联络线模型
9.3.5变压器和母线
9.3.6断路器
9.3.7共模故障
9.3.8状态空间
9.4潮流模型和运行策略
9.4.1网络流模型
9.4.2直流（DC）潮流模型
9.4.3交流（AC）潮流模型
9.4.4固定功率交换
9.4.5紧急援助
9.4.6补救措施模型
第10章多区域电力系统的可靠性评估
10.1引言
10.2多区域电力系统分析方法概述
10.2.1预想事件枚举法/排序法
10.2.2等效辅助法
10.2.3随机/概率潮流法
10.2.4状态空间分解法
10.2.5蒙特卡洛模拟法
10.2.6混合法
10.3状态空间分解法
10.3.1状态空间分解
10.3.2同步分解法
10.3.3指标计算
10.3.4有关状态空间分解的小结
10.4结论
练习
第11章综合电力系统的可靠性评估
11.1引言
11.2解析法
11.2.1发电机停电事故性能指标
11.2.2电压偏差的性能指标
11.2.3预想事件筛选
11.3蒙特卡洛模拟法
11.4序贯模拟法
11.4.1指标评估
11.4.2终止判据
11.5非序贯模拟法
11.5.1算法
11.5.2指标评估
11.6状态测试
11.7加速收敛
11.8状态空间修剪：概念与方法
11.8.1修剪与模拟的概念
11.8.2对非一致性的处理
11.9智能搜索方法
11.9.1遗传算法
11.9.2粒子群优化
11.9.3神经网络
11.10结论
第12章考虑电力系统可靠性的能源规划
12.1引言
12.2问题描述
12.3样本平均近似（SAA）
12.4计算结果分析
12.4.1最优发电规划问题
12.4.2考虑新增机组的可用性
12.4.3考虑系统级可靠性约束的发电扩展问题对比分析
12.5结论及讨论
第13章可变能源建模
13.1引言
13.2可变能源特征
13.2.1一个可变能源集群内的相关性
13.2.2与其他随机因素的相关性
13.3可变能源建模方法
13.3.1方法Ⅰ：容量修正法
13.3.2方法Ⅱ：聚类法
13.3.3方法Ⅲ:引入平均停电容量表
13.4在综合系统层面集成可再生能源
13.4.1考虑可再生资源的序贯蒙特卡洛法
13.4.2考虑可再生资源的非序贯蒙特卡洛法
第14章总结思考
参考文献