CN102222908A - 一种可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法，将配电网数据输入计算机系统，由计算机计算其正常运行状态的潮流；然后采用状态枚举法，进行配电网中各元件的停运事件枚举计算；然后计算按馈线预安排停运对配电网可靠性指标的影响；最后计算配电网可靠性指标并输出。本发明方法创造性的提出将配电网预安排停运分为按元件预安排停运及按馈线预安排停运两类，并分别给出其可靠性参数定义及计算方法，不仅能够计算仅考虑故障停运的配电网可靠性指标，还能计算考虑预安排停运影响的复杂配电网的可靠性指标，克服现有故障模式后果分析法、分块法等的不足，并且模型通用性较好，便于推广应用。本发明广泛应用于复杂中压配电网可靠性评估中，特别适用于6-10kV的配电网可靠性评估中。

Description

一种可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及一种配电网可靠性评估方法，也即电力系统配电网可靠性指标的评测方法。本发明具体涉及一种可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法。属于电气工程技术领域。

背景技术

配电网是电力系统中直接面对用户的环节，对用户供电质量和供电可靠性的影响也最为直接，对配电网进行可靠性评估对提高配电网可靠性、保证电能质量、降低网络线损、降低系统停电损失、促进和改善电力工业生产技术和管理、提高经济和社会效益等都具有十分重要的意义。

目前配电网采用闭环设计开环运行，并在配电网的线路上配置开关。在配电网中元件发生故障时可通过联络开关进行电源点的切换。现有配电网可靠性评估的方法主要有：故障模式后果分析法、分块法等。

故障模式后果分析法是利用配电网的元件的可靠性数据，建立配电网运行的故障模式后果表，分析每个故障事件及其后果，然后综合形成可靠性指标。如1998年中国电力出版社陈文高著《配电系统可靠性实用基础》书中，公开的是利用元件可靠性数据，在计算系统故障指标之前先选定某些合适的故障判据(即可靠性准则)，然后根据判据将系统状态分为完好和故障两大类的一种检验方法。具体做法是建立故障模式分析表，查清每个基本故障事件及其后果，然后加以综合分析。但当系统结构复杂时，故障模式后果表的建立将十分复杂，所以直接应用故障模式后果分析法分析复杂的配电系统是非常困难的。

分块法是利用可靠性元件的串并联原理，将配电网网络划分成若干个分块，以分块为最小单位对配电网进行故障解析分析，然后形成可靠性指标。如2008年第2卷第3期《IET proceeding-G.T.D》中的“Fast algorithm for the reliability evaluation of large-scale electrical distribution networks using the section technique”一文，公开的是以开关为界将配电网网络划分成若干个分块，根据可靠性串并联原理将分块中元件的可靠性参数进行归并，得到分块的等效可靠性参数，再以分块为单位进行故障枚举，分析故障后果并计算形成可靠性指标。应用分块法可有效提高配电网可靠性的计算效率，节省计算时间。但分块法不能直接处理考虑预安排储运的配电网可靠性评估。

某些发达国家如美国、加拿大、日本等，虽然其负荷增长较慢，且配电网结构较为固定，但其预安排停运所占的比重仍较随机故障停运的大。在发展中国家，如中国、印度、巴西等，由于经济的快速发展，负荷增长较快，配电网的建设和改造工程较多，造成预安排停运所占比重更大，预安排停运对配电网可靠性的影响不容忽略。据中国电监会电力可靠性管理中心统计，2005至2009年全国城市预安排停运造成的用户平均停电时间占总用户平均停电时间的比例均在70％以上，2009年达79.18％。因此，在配电网可靠性评估中需计及预安排停运。

发明内容

针对现有配电网可靠性评估方法的不足，本发明的目的是提供一种可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法，本方法将预安排停运分为按馈线停运和按元件停运两大类，并分别给出了各种预安排停运的可靠性参数定义及可靠性指标计算方法，得到的可靠性指标更符合实际情况。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法，其特征在于，将配电网数据输入计算机系统，由计算机计算其正常运行状态的潮流；然后采用状态枚举法，进行配电网中各元件的停运事件枚举计算；然后计算按馈线预安排停运对配电网可靠性指标的影响；最后计算配电网可靠性指标并输出；具体步骤包括：

(1)输入配电网数据：

首先输入配电网的结构数据和电气数据及可靠性数据；

(2)计算配电网正常运行时的潮流：

应用配电网潮流计算程序，计算配电网正常运行时的潮流，得到配电网各节点的电压幅值及相角、各线路传输的有功功率及无功功率；

(3)形成配电网分块：

以开关为界，将配电网中由线路、变压器等组成的网络分成若干个区域，将每个区域所包含的线路、变压器等元件的集合称为一个分块；

(4)计算各分块的等效可靠性参数：

分别计算各个分块的包括等效故障率、等效修复时间、等效按元件预安排停运率、等效按元件预安排停运时间的等效可靠性参数；

(5)配电网中各分块停运枚举计算：

采用状态枚举法，对配电网中各分块停运分别进行枚举计算；

(6)计算按馈线预安排停运的影响：

计算按馈线预安排停运对系统可靠性指标的影响；

(7)计算配电网的可靠性指标：

即配电网中各分块的停运枚举计算完成后，根据各次分块停运枚举计算过程中的结果，计算配电网的可靠性指标并输出计算结果。

其中，配电网可靠性指标如下：①系统平均停电频率(SAIFI)指每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数，由用户停电总次数与用户数之比表示；

②系统平均停电持续时间(SAIDI)指用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，由用户停电时间总和与用户数之比表示；

③用户平均停电持续时间(CAIDI)指每个用户在一年中每次停电的平均持续时间，由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；

④平均供电可用率(ASAI)指每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比，由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；

⑤平均供电不可用率(ASUI)指每个用户在一年中用电需求未得到满足的时间百分比，由用户停电总时户数与用户要求供电总时户数之比表示；

⑥系统缺供电量(ENS)指每个用户在一年中负荷削减的期望数；

⑦系统平均缺供电量(AENS)，由总缺电量与总用户数之比表示。

采用本发明技术方案，具有如下有益效果：

本发明方法创造性的提出将配电网预安排停运分为按元件预安排停运及按馈线预安排停运两类，并分别给出其可靠性参数定义及计算方法，不仅能够计算仅考虑故障停运的配电网可靠性指标，还能计算考虑预安排停运影响的复杂配电网的可靠性指标，克服现有故障模式后果分析法、分块法等的不足，并且模型通用性较好，便于推广应用。

本发明广泛应用于复杂中压配电网可靠性评估中，特别适用于6-10kV的配电网可靠性评估中。

附图说明

图1为本发明方法的程序流程框图。

图2为实施例配电网系统接线图。

图中，F₁-F₄为馈线，1-3为线路编号，LP₁-LP₄₀为负荷变压器(负荷节点编号)，S₁-S₃为分块编号。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如附图1和图2所示，某可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法，具体步骤如下：

(1)输入配电网数据：

首先输入配电网的结构数据和电气数据及可靠性数据。配电网的结构数据，包括配电网中线路的连接关系及线路与变压器的连接关系，断路器、分段开关、隔离开关等开关设备的安装位置等；配电网的电气数据，包括线路及变压器电阻、电抗，负荷节点变压器装变容量、功率因数、负载率等；配电网的可靠性参数，包括统计的线路及变压器的故障率、修复时间、按元件预安排停运率、按元件预安排停运时间、按馈线预安排停运率、按馈线预安排停运时间，故障定位时间，开关隔离操作时间等。

附图2所示是国外某10kV配电网结构。

附图2所示配电网的部分线路电气数据如下表所示：

线路编号	单位长度电阻(Ω/km)	单位长度电抗(Ω/km)	长度(km)
				1	0.17	0.337	0.75
2	0.17	0.337	0.60
				3	0.17	0.337	0.60

附图2所示配电网的部分节点电气数据如下表所示：

负荷节点号	负荷功率(kW)	功率因数	负载率
				LP1	696	0.85	0.3
LP2	696	0.85	0.3
				LP3	848	0.85	0.3

附图2所示配电网的部分可靠性数据如下：线路单位长度故障率0.065次/年·公里，修复时间5小时/次，按元件预安排停运率0.195次/年·公里，按元件预安排停运时间5小时/次；变压器故障率0.015次/年·台，修复时间200小时/次，按元件预安排停运率0.045次/年·公里，按元件预安排停运时间200小时/次；按馈线预安排停运率0.15次/年，按馈线预安排停运时间为6小时/次；故障停运发生后的隔离开关操作时间1小时/次；切换开关操作时间1小时/次；预安排停运发生后的隔离开关操作时间0.2小时/次；切换开关操作时间0.2小时/次。

(2)计算配电网正常运行时的潮流：

应用配电网潮流计算程序，计算配电网正常运行时的潮流，得到配电网各节点的电压幅值及相角、各线路传输的有功功率及无功功率等。

附图2所示配电网的部分节点电压幅值及相角结果如下表所示：

负荷节点号	电压幅值(标幺值)	电压相角(角度)
			LP1	0.997977	0.111170
LP2	0.996833	0.174225
			LP3	0.995611	0.241742

附图2所示配电网的部分线路传输的有功功率及无功功率结果如下表所示：

线路编号	有功功率(MW)	无功功率(Mvar)
			1	1.15445	0.00506
2	0.97480	0.00299
			3	0.79297	0.00199

(3)形成配电网分块

以开关为界，将配电网中由线路、变压器等组成的网络分成若干个区域，将每个区域所包含的线路、变压器等元件的集合称为一个分块。

对附图2所示配电网举例，以开关为界将配电网分成若干个分块，如线路1及负荷变压器LP₁组成的元件集合即为一个分块(如附图2中虚线框中的元件集合，称该分块为S₁)。

(4)计算各分块的等效可靠性参数：

分别计算各个分块的等效可靠性参数(包括等效故障率、等效修复时间、等效按元件预安排停运率、等效按元件预安排停运时间)。现以一个分块的等效可靠性参数计算为例，其计算公式如下：

设分块中包含的元件集为N，第i个元件的故障率和修复时间分别为

该分块的等效故障率和等效平均修复时间分别为

则该分块的等效故障率、等效修复时间分别为：

${\mathrm{\λ}}_{F_S}=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{F_i}$

$r_{F_S}=\frac{\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{\λ}}_{F_i}\×r_{F_i})}{{\mathrm{\λ}}_{F_S}}$

设第i个元件的按元件预安排停运率和按元件预安排停运时间分别为

该分块的等效故障率和等效平均修复时间分别为

则该分块的等效按元件预安排停运率、等效按元件预安排停运时间分别为：

${\mathrm{\λ}}_{{\mathrm{II}}_S}=\underset{i\∈S_C}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{{\mathrm{II}}_i}---\left(4.3\right)$

$r_{{\mathrm{II}}_S}=\frac{\underset{i\∈S_C}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{\λ}}_{{\mathrm{II}}_i}\×r_{{\mathrm{II}}_i})}{{\mathrm{\λ}}_{{\mathrm{II}}_S}}---\left(4.4\right)$

对分块S₁计算等效可靠性参数时举例，线路1的故障率为0.039次/年，修复时间为5小时/次，变压器LP7的故障率为0.015次/年，修复时间为200小时/次。则该分块的等效故障率及修复时间分别为：0.054次/年和59.2小时/次。线路1的按元件预安排停运率为0.117次/年，按元件预安排停运时间为5小时/次，变压器LP7的按元件预安排停运率为0.045次/年，按元件预安排停运时间为200小时/次。则该分块的等效按元件预安排停运率、等效按元件预安排停运时间分别为：0.162次/年和59.2小时/次。

(5)配电网中各分块停运枚举计算：

采用状态枚举法，对配电网中各分块停运分别进行枚举计算。现以一个分块的停运枚举计算为例，其计算步骤如下：

1)确定分块故障停运后配电网中各节点的停运时间类型

当配电网中任何分块发生故障停运后，按照停运时间的不同，将配电网中的节点分成四类：a类正常节点，即分块发生故障停运后，停运时间为零的节点；b类隔离操作节点，即分块发生故障停运后，停运时间为隔离操作时间的节点；c类隔离和切换操作节点，即分块发生故障停运后，停运时间为隔离操作加切换操作时间的节点；d类修复操作节点，即分块发生故障停运后，停运时间为分块等效修复时间的节点。

①确定a类正常节点

首先向前搜索断路器并确定a类正常节点，即从枚举计算的故障停运分块开始，逆着正常潮流方向搜索断路器，第一个出现的断路器为故障停运分块的前向断路器。则配电网中故障停运分块所在馈线上的前向断路器前端的节点和其它馈线上的所有节点确定为a类正常节点。

对分块S₄为故障停运分块时举例，逆着正常潮流方向搜索第一个出现的断路器为线路F₁首端的断路器，则可确定配电网中故障停运分块所在馈线上的前向断路器前端的节点和其它馈线上的所有节点为a类正常节点。

②确定d类修复操作节点

确定d类修复操作节点，即枚举计算的故障停运分块中所包含的节点为d类修复操作节点。

对分块S₄为故障停运分块时举例，分块S₄中包含的节点(如负荷节点LP₂)为d类修复操作节点。

③形成分块子系统

再形成分块子系统，即首先在配电网中删除第(5)——1)——①步中确定的a类正常节点，再删除第(5)——1)——②步中确定的d类元件修复节点，则配电网中剩余的部分被分割成若干个分块子系统。

对分块S₄为故障停运分块时举例，在配电网中删除第(5)——1)——①步中确定的a类正常节点，再删除第(5)——1)——②步中确定的d类元件修复节点，配电网中剩余的部分被分割成两个分块子系统，即分块S₄逆潮流前端的部分及顺潮流后端的部分。

④确定各分块子系统中节点的故障类型

确定各分块子系统中节点的停运时间类型。现以一个分块子系统中节点的停运时间类型的确定为例，其它分块子系统中节点的停运时间类型的确定依此进行。首先判断分块子系统与前向断路器的连接关系：当分块子系统中与前向断路器相连时，则该分块子系统中的节点均为b类隔离操作节点；当分块子系统未与前向断路器相连时：再判断分块子系统与切换开关的连接关系：当分块子系统与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为c类隔离和切换操作节点；当分块子系统未与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为d类修复操作节点。然后再判断所有分块子系统中的节点停运时间类型是否均已确定：当所有分块子系统中的节点停运时间类型均已确定时，则进行下一步计算；否则就对下一个分块子系统中的节点进行停运时间类型确定，直至第(5)——1)——③步中所有分块子系统中的节点停运时间类型均已确定为止。

对分块S₄为故障停运分块时举例，分块S₄逆潮流前端的部分组成的分块子系统中的节点停运时间类型为b类隔离操作节点，及顺潮流后端的部分组成的分块子系统中的节点停运时间类型为c类隔离和切换操作节点。

⑤确定配电网中各节点的停运时间类型

将第(5)——1)——④步确定的各分块子系统中节点的停运时间类型，加上第(5)——1)——①步确定的a类正常节点和第(5)——1)——②步确定的d类修复操作节点，就确定出配电网枚举的一个故障停运后所有节点的类型。

对分块S₄为故障停运分块时举例，至此已确定出配电网枚举的一个故障停运后所有节点的类型。

2)确定分块预安排停运后配电网中各节点的停运时间类型

确定分块预安排停运后配电网中各节点的停运时间类型。

当配电网中任何分块发生预安排停运后，按照停运时间的不同，将配电网中的节点分成四类：a类与第(5)——1)步中相同；新增e类预安排停运隔离操作节点，即分块发生预安排停运后，停运时间为隔离操作时间的节点；f类预安排停运隔离和切换操作节点，即分块发生预安排停运停运后，停运时间为隔离操作加切换操作时间的节点；g类预安排停运节点，即分块发生预安排停运后，停运时间为预安排停运时间的节点。

①确定a类正常节点

首先向前搜索分段开关并确定a类正常节点，即从枚举计算的预安排停运分块开始，逆着正常潮流方向搜索分段开关，第一个出现的分段开关为预安排停运分块的前向分段开关。则配电网中预安排停运分块所在馈线上的前向分段开关前端的节点和其它馈线上的所有节点确定为a类正常节点。

对分块S₄为预安排停运分块时举例，逆着正常潮流方向搜索第一个出现的分段开关逆潮流前端的分段开关，则可确定配电网中预安排停运分块所在馈线上的前向分段开关前端的节点和其它馈线上的所有节点为a类正常节点。

②确定g类预安排停运节点

确定g类预安排停运节点，即枚举计算的预安排停运分块中所包含的节点为g类预安排停运节点。

对分块S₄为预安排停运分块时举例，分块S4中包含的节点(如负荷节点LP₂)为g类预安排停运节点。

③形成分块子系统

再形成分块子系统，即首先在配电网中删除第(5)——2)——①步中确定的a类正常节点，再删除第(5)——2)——②步中确定的g类预安排停运节点，则配电网中剩余的部分被分割成若干个分块子系统。

对分块S₄为预安排停运分块时举例，在配电网中删除第(5)——2)——①步中确定的a类正常节点，再删除第(5)——2)——②步中确定的g类预安排停运节点，配电网中剩余的部分只有一个分块子系统，即分块S₄顺潮流后端的部分。

④确定各分块子系统中节点的停运时间类型

确定各分块子系统中节点的停运类型。现以一个分块子系统中节点的停运类型的确定为例，其它分块子系统中节点的停运类型的确定依此进行。首先判断分块子系统与前向断路器的连接关系：当分块子系统中与前向断路器相连时，则该分块子系统中的节点均为e类预安排停运隔离操作节点；当分块子系统未与前向断路器相连时：再判断分块子系统与切换开关的连接关系：当分块子系统与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为f类预安排隔离和切换操作节点；当分块子系统未与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为g类预安排时间节点。然后再判断所有分块子系统中的节点停运时间类型是否均已确定：当所有分块子系统中的节点停运时间类型均已确定时，则进行下一步计算；否则就对下一个分块子系统中的节点进行停运时间类型确定，直至第(5)——2)——③步中所有分块子系统中的节点停运时间类型均已确定为止。

对分块S₄为预安排停运分块时举例，分块S₄顺潮流后端的部分组成的分块子系统中的节点停运时间类型为f类预安排隔离和切换操作节点。

⑤确定配电网中各节点的停运时间类型

将第(5)——2)——④步确定的各分块子系统中节点的停运时间类型，加上第(5)——2)——①步确定的a类正常节点和第(5)——2)——②步确定的g类预安排停运节点，就确定出配电网枚举的一个预安排停运后所有节点的类型。

对分块S₄为预安排停运分块时举例，至此已确定出配电网枚举的一个预安排停运后所有节点的类型。

3)计算分块停运后配电网的潮流

首先应用潮流计算程序，计算当该枚举计算的分块停运时配电网的潮流，然后进行线路容量和电压越限检查：当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则采取无功补偿措施后，再进行越限检查：当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则进行负荷削减直至无越限为止。

4)计算负荷节点可靠性指标

首先根据节点停运时间类型和削减负荷量计算负荷节点可靠性指标，然后判断分块停运枚举是否完成：当完成时，则进行下一步计算；否则返回第(5)步再进行分块停运枚举，直至配电网中各分块的停运枚举完成为止。

(6)计算按馈线预安排停运的影响

计算按馈线预安排停运对系统可靠性指标的影响；

若按馈线预安排停电率及停电时间分别为：λ_TP、r_TP，则系统主要可靠性指标的增加量ΔSAIFI、ΔSAIDI、ΔENS为：

ΔSAIFI＝λ_TP

ΔSAIDI＝λ_TP×r_TP

ΔENS＝λ_TP×r_TP×L

式中，L为该馈线的负荷大小。其它可靠性指标也可依此得到。

(7)计算配电网的可靠性指标

即配电网中各分块的停运枚举计算完成后，根据各次分块停运枚举计算过程中第(5)——4)步的结果，计算配电网的可靠性指标并输出计算结果。

附图2所示配电网可靠性指标如下表所示：

由附图2所示配电网部分可靠性指标：系统平均停电频率为3.5104次/(户·年)，系统平均停电时间为26.842小时/(户·年)，平均供电可用率为0.996936可知，附图2所示配电网可靠性水平较差，急需改善。

从上述结果可知，运用本方法评估中压配电网可靠性时，对考虑预安排停运的配电网络非常有效。算法接口简单，通用性较好，便于工程人员学习实用。

本发明方法不限于对考虑预安排停运的配电网络的可靠性进行评估，也能对普通配电网的可靠性进行评估，具体方法相同，在此不再累述。本发明方法具有算法接口简单，通用性较好，便于推广应运的特点。

Claims (1)

1.一种可考虑预安排停运的配电网可靠性评估方法，其特征在于，将配电网数据输入计算机系统，由计算机计算其正常运行状态的潮流；然后采用状态枚举法，进行配电网中各元件的停运事件枚举计算；然后计算按馈线预安排停运对配电网可靠性指标的影响；最后计算配电网可靠性指标并输出；具体步骤包括：

(1)输入配电网数据：

首先输入配电网的结构数据和电气数据及可靠性数据；

(2)计算配电网正常运行时的潮流：

应用配电网潮流计算程序，计算配电网正常运行时的潮流，得到配电网各节点的电压幅值及相角、各线路传输的有功功率及无功功率；

(3)形成配电网分块：

以开关为界，将配电网中由线路、变压器等组成的网络分成若干个区域，将每个区域所包含的线路、变压器等元件的集合称为一个分块；

(4)计算各分块的等效可靠性参数：

分别计算各个分块的包括等效故障率、等效修复时间、等效按元件预安排停运率、等效按元件预安排停运时间的等效可靠性参数；

(5)配电网中各分块停运枚举计算：

采用状态枚举法，对配电网中各分块停运分别进行枚举计算；

(6)计算按馈线预安排停运的影响：

计算按馈线预安排停运对系统可靠性指标的影响；

(7)计算配电网的可靠性指标：

即配电网中各分块的停运枚举计算完成后，根据各次分块停运枚举计算过程中的结果，计算配电网的可靠性指标并输出计算结果；

其中，配电网可靠性指标如下：①系统平均停电频率(SAIFI)指每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数，由用户停电总次数与用户数之比表示；

②系统平均停电持续时间(SAIDI)指用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，由用户停电时间总和与用户数之比表示；

③用户平均停电持续时间(CAIDI)指每个用户在一年中每次停电的平均持续时间，由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；

④平均供电可用率(ASAI)指每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比，由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；

⑤平均供电不可用率(ASUI)指每个用户在一年中用电需求未得到满足的时间百分比，由用户停电总时户数与用户要求供电总时户数之比表示；

⑥系统缺供电量(ENS)指每个用户在一年中负荷削减的期望数；

⑦系统平均缺供电量(AENS)，由总缺电量与总用户数之比表示。

Images