CN106971255A - 一种配网自动化方案综合评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配网自动化方案综合评估系统，包括修正单元、配网拆分单元、故障集生成单元、筛选单元、可靠性指标计算单元和经济性指标计算单元。本发明的综合评估系统利用停电时间的改善量对配网的评估方法和可靠性指标的计算方法进行了修正，可有效地综合评估配网自动化方案的可靠性、经济性，满足不同实际配网对可靠性的不同要求，具有普遍适用性，对提高配电网综合管理水平具有很重要的现实意义。

Description

一种配网自动化方案综合评估系统

技术领域

本发明属于配网技术领域，具体涉及一种配网自动化方案综合评估系统。

背景技术

配网作为发输配电的最后一级直接面向用户，与用户的联系最为紧密，对用户的影响也最为直接，其供电质量和供电的可靠性对电网和用户有重要的意义，随着用电负荷的快速增长以及供电可靠性要求的不断提高，各类配电系统设备的数量越来越多，系统日益复杂，增加了配网的风险概率以及管理难度。 配网发生故障时，对于故障的处理、供电的恢复都存在较大的困难，线路间的互倒互带及供电恢复时间普遍较长，工作繁琐，对配网的可靠供电及经济运行都带来了不利的影响 ；为了提升配网的供电质量和缩短故障停电时间，可以通过实施配网自动化方案来完成，它通过计算机、自动控制、通信等技术，保证了供电的可靠性，并且起到了缩短停电时间，改善电能质量，优化网络结构和无功分配的作用。因此，城市配网自动化建设具有重要的现实意义，它能够提高供电可靠性、缩短停电时间、改善电能质量，提高薄弱环节可靠性。然而，城市配网规模大，结构复杂，设备众多，对配网进行建设和改造需要投入大量的人力和物力，某些地方实施配网自动化并不一定会带来经济效益，因而有必要对配网自动化的效益成本进行量化分析，评估方案的经济价值。

目前国内配网的可靠性评估计算研究较多，主要是针对传统的配电网，对涉及配网自动化系统的可靠性计算及成本效益量化分析的研究不多，并且基本上是只考虑了其中一部分，没有应用到整个大网络，配网自动化是配网建设的一个趋势，配网自动化可以大大缩短停电时间，提高配网综合管理水平、配网运行的经济性具有很重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种能够综合评估量化分析自动化方案，以及能够解决工程方案的最优选择的配网可靠性的综合评估系统，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，包括修正单元、配网拆分单元、故障集生成单元、筛选单元、可靠性指标计算单元和经济性指标计算单元，所述故障集生成单元分别与所述配网拆分单元和所述筛选单元相连，所述可靠性指标计算单元分别与所述筛选单元和所述经济性指标计算单元相连，所述修正单元分别与所述配网拆分单元和可靠性指标计算单元相连，用于对所述配网的可靠性评估方法和可靠性指标计算方法进行修正；所述配网拆分单元用于将被修正后的所述配网拆分成 m 个辐射状子网；所述故障生成单元用于枚举所述辐射状子网的所有故障情况，生成故障集合；所述筛选单元用于筛选出因配网自动化改造而产生影响的故障事件和不产生影响的故障事件；所述可靠性指标计算单元用于计算所述辐射状子网内各负荷点的可靠性指标和配网自动化系统的可靠性指标；所述经济性指标计算单元用于计算配网自动化系统的经济性指标。

优选的，所述修正是采用停电时间改善量来进行修正，所述停电时间改善量的计算模型为：

其中，配网自动化方案实施前的元件故障率为λ，停电时间为t；自动化方案实施后停电时间的减小量为Δt，配网自动化系统的等值故障率为λ _s ，每次故障停电时间为t _s ，年平均停电持续时间为U _s 。

优选的，所述配网拆分是以电源或变电站为起点，分段开关或者备用电源为终点，以保持负荷均衡为原则。

优选的，所述故障集合包括相关集合和非相关集合，所述相关集合用于保存所述产生影响的故障事件，所述非相关集合用于保存所述不产生影响的故障事件。

优选的，所述可靠性指标计算单元在计算所述辐射状子网内各负荷点的可靠性指标时，所述相关集合内的故障事件采用所述停电时间改善量修正方法计算，所述非相关集合内的故障事件则采用传统的配网计算方法，共同组成 m 组可靠性指标数据。

优选的，所述可靠性指标计算单元在计算配网自动化系统的可靠性指标时，根据串联事件等效原理，将所述m组可靠性指标数据叠加，形成配网自动化系统的可靠性指标。

优选的，所述串联事件等效原理的计算模型为：

其中：λ _i 为第i个串联元件的平均故障率，r _i 为第i个串联元件的平均停运持续时间，λ _d 为串联后系统的平均故障率，r _d 为串联后系统的平均停运持续时间，U _d 为串联后系统的年平均停运时间。

优选的，所述可靠性指标包括系统平均停电频率 SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、用户平均停电时间 CAIDI、平均供电可用率 ASAI和系统平均缺供电量 AENS。

优选的，所述经济性指标为净投资利润S _profit ，所述净投资利润的计算公式为：

其中，b为经济效益， c 为投资成本， TR ₁为配网自动化实施前的停电损失费用， TR ₂为配网自动化实施后的停电损失费用，TI 为总的投资成本，TO 为运行成本。

优选的，所述停电损失费用的计算公式为：

其中K _oc 为产电比，EENS为缺供电量，W _i 为发生第i种事故的罚款，K _i 为发生第i种事故的惩罚倍数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1) 本发明可有效地综合评估配网自动化方案的可靠性、经济性，使用户停电损失来量化配网的可靠性指标，可满足不同实际配网对可靠性的不同要求。

(2) 本发明的综合评估系统，可以大大缩短停电时间和提高管理水平，为配网自动化的成本进行量化分析提供可靠方案。

(3) 本发明的综合评估系统，还涉及到配网自动化影响，对进行网络拆分和指标修正，能有效衡量配网的实施效果，优化配网提供经济性和可靠性方案。

(4) 本发明通过加入停电时间的改善量，建立配网自动化方案的评估模型，并将网络结构拆分，筛选出配网自动化影响的故障事件，计算、叠加得到综合的可靠性、经济性指标，可应用在复杂配网结构中，并且该评估系统具有普遍适用性。

附图说明

图1为本发明一种配网自动化方案综合评估系统的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种配网自动化方案综合评估系统，包括修正单元、配网拆分单元、故障集生成单元、筛选单元、可靠性指标计算单元和经济性指标计算单元，所述故障集生成单元分别与所述配网拆分单元和所述筛选单元相连，所述可靠性指标计算单元分别与所述筛选单元和所述经济性指标计算单元相连，所述修正单元分别与所述配网拆分单元和可靠性指标计算单元相连。其中：

修正单元用于对所述配网的可靠性评估方法和可靠性指标计算方法进行修正。假设配网自动化改造前的元件故障率为 λ，停电时间为 t，实现自动化后，停电时间将获得改善值Δt，即可将未采用配网自动化技术的配网可靠性模型中的停电指标修正为 t-Δt 。因此，每一个子网的等值故障率λ _s 、每次故障停电时间 t _s 和年平均停电持续时间 U _s 分别为：

（1）

配网拆分单元用于将被修正后的配网拆分成 m 个辐射状子网，在拆分过程中，以电源或变电站为起点，分段开关或者备用电源为终点，尽可能保持负荷均衡。

故障生成单元用于分别枚举每一个辐射状子网的所有故障情况，生成故障集合，具体方法为：

对每一个辐射状子网的元件编号，枚举出所有故障事件，形成故障集合 A＝ {1,2，……，n_j}，其中 n_j 表示网络中编号为 n_j 的故障元件。

筛选单元用于分析故障集合A中的故障事件，生成相关集合和非相关集合，对于故障集合A内的元件产生的故障事件，筛选出因配网自动化对其有影响的事件，保存在相关集合 B 中，无影响的事件则保存在非相关集合 C 中。

可靠性指标计算单元用于计算辐射状子网内各负荷点的可靠性指标和配网自动化系统的可靠性指标。在计算辐射状子网内各负荷点的可靠性指标时，相关集合内的故障事件采用停电时间改善量修正方法计算，即集合 B 内的故障事件采用式 (1) 进行修正后再计算其可靠性指标。非相关集合C内的故障事件则采用传统的配网计算方法直接计算其可靠性指标。本实施例中，所选择的可靠性综合评价指标包括系统平均停电频率 SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、用户平均停电时间 CAIDI、平均供电可用率 ASAI和系统平均缺供电量 AENS，它们的计算公式如（2）式所示：

（2）

式中，λ _i 指负荷点 i 的故障率，N _i 为负荷点 i 的用户数，U _i 是负荷点 i 的平均停运时间，P _i 为负荷点 i 的平均负荷；

当计算完m个辐射状子网内各负荷点的可靠性指标后，得到 m 组可靠性指标数据。根据串联事件等效原理将m 组数据分别叠加，形成配网自动化系统指标。

假设λ _i 为第i个串联元件的平均故障率，r _i 为第i个串联元件的平均停运持续时间，λ _d 为串联后系统的平均故障率，r _d 为串联后系统的平均停运持续时间，U _d 为串联后系统的年平均停运时间，则串联事件等效原理的模型如（3）式所示：

（3）

经济性指标计算单元用于计算配网自动化系统的经济性指标，其方法为：

为了对比配网自动化方案实施前后的经济效益，将方案实施前后的故障损失费用作为经济效益，初始投资和运行费用作为投资成本，如下式所示：

（4）

其中，b为经济效益， c 为投资成本， TR ₁为配网自动化实施前的停电损失费用， TR ₂为配网自动化实施后的停电损失费用，TI 为总的投资成本，TO 为运行成本。

停电损失主要有两部分构成：停电造成的国民经济损失和达到事故以上引发的附加惩罚损失。前者主要针对停电造成的实际经济损失，如工业停产损失、市政等重要部门停电造成的社会影响等；后者主要针对电力部门而言，如果造成事故，会面临较大的经济惩罚及其它惩罚。

产电比即研究区域在研究时段内的国内生产总值与其用电量的比值，单位为元/kWh，用K _oc 表示。如果系统可靠性评估结果中系统平均缺供电量为 AENS，则停电损失如式(5)所示：

W _oc =K _oc · AENS （5）

根据 599 号令可知，对于特别重大事故、重大事故、较大事故、一般事故，分别对应有对电力公司的罚款，用W ₁ ~ W ₄ 分别表示上述 4 种事故的罚款。考虑到事故对社会、政治等各方面的影响，不同事故罚款需要乘以一个惩罚倍数，来反映不同级别事故的附加影响，惩罚倍数分别用k ₁ ~ k ₄ 表示，则事故引起的附加罚款损失如式(6)所示：

（6）

可以得到总的停电损失如式(7)所示：

（7）

因此，方案的净投资利润为式（8）所示：

（8）

若净利润值大于零，则说明在一定的规划期内，经济效益比投资成本高，在该地区实施配网自动化改造能产生综合效益。反之，方案需要修改或取消。

Claims (10)

1.一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，包括修正单元、配网拆分单元、故障集生成单元、筛选单元、可靠性指标计算单元和经济性指标计算单元，所述故障集生成单元分别与所述配网拆分单元和所述筛选单元相连，所述可靠性指标计算单元分别与所述筛选单元和所述经济性指标计算单元相连，所述修正单元分别与所述配网拆分单元和可靠性指标计算单元相连，用于对所述配网的可靠性评估方法和可靠性指标计算方法进行修正；所述配网拆分单元用于将被修正后的所述配网拆分成 m 个辐射状子网；所述故障生成单元用于枚举所述辐射状子网的所有故障情况，生成故障集合；所述筛选单元用于筛选出因配网自动化改造而产生影响的故障事件和不产生影响的故障事件；所述可靠性指标计算单元用于计算所述辐射状子网内各负荷点的可靠性指标和配网自动化系统的可靠性指标；所述经济性指标计算单元用于计算配网自动化系统的经济性指标。

2.根据权利要求1所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述修正是采用停电时间改善量来进行修正，所述停电时间改善量的计算模型为：

其中，配网自动化方案实施前的元件故障率为λ，停电时间为t；自动化方案实施后停电时间的减小量为Δt，配网自动化系统的等值故障率为λ _s ，每次故障停电时间为t _s ，年平均停电持续时间为U _s 。

3.根据权利要求1所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述配网拆分是以电源或变电站为起点，分段开关或者备用电源为终点，以保持负荷均衡为原则。

4.根据权利要求1所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述故障集合包括相关集合和非相关集合，所述相关集合用于保存所述产生影响的故障事件，所述非相关集合用于保存所述不产生影响的故障事件。

5.根据权利要求4所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述可靠性指标计算单元在计算所述辐射状子网内各负荷点的可靠性指标时，所述相关集合内的故障事件采用所述停电时间改善量修正方法计算，所述非相关集合内的故障事件则采用传统的配网计算方法，共同组成 m 组可靠性指标数据。

6.根据权利要求1所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述可靠性指标计算单元在计算配网自动化系统的可靠性指标时，根据串联事件等效原理，将所述m组可靠性指标数据叠加，形成配网自动化系统的可靠性指标。

7.根据权利要求6所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述串联事件等效原理的计算模型为：

其中：λ _i 为第i个串联元件的平均故障率，r _i 为第i个串联元件的平均停运持续时间，λ _d 为串联后系统的平均故障率，r _d 为串联后系统的平均停运持续时间，U _d 为串联后系统的年平均停运时间。

8.根据权利要求1所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述可靠性指标包括系统平均停电频率 SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、用户平均停电时间CAIDI、平均供电可用率 ASAI和系统平均缺供电量 AENS。

9.根据权利要求1所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述经济性指标为净投资利润S _profit ，所述净投资利润的计算公式为：

其中，b为经济效益， c 为投资成本， TR ₁为配网自动化实施前的停电损失费用， TR ₂为配网自动化实施后的停电损失费用，TI 为总的投资成本，TO 为运行成本。

10.根据权利要求9所述的一种配网自动化方案综合评估系统，其特征在于，所述停电损失费用的计算公式为：

其中K _oc 为产电比，EENS为缺供电量，W _i 为发生第i种事故的罚款，K _i 为发生第i种事故的惩罚倍数。