基于大數(shù)據(jù)的城市低壓配電網(wǎng)運行可靠性評估

趙 川，趙 明，路學(xué)剛，葉 華

（云南電力調(diào)度控制中心，云南 昆明 650011）

1 城市低壓配電網(wǎng)運行可靠性評估

進(jìn)行低壓配電網(wǎng)可靠性評估前，需要作出相關(guān)假設(shè)，即設(shè)計時不將上級電網(wǎng)和其他外力電網(wǎng)破壞因素計入研究數(shù)據(jù)[1]。低壓配電網(wǎng)的常規(guī)網(wǎng)架需采用常規(guī)網(wǎng)線鏈路，試用用戶需要配備專門的環(huán)網(wǎng)柜裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行電路融電[2]。

1.1 建立配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)

為具體反映城市低壓電網(wǎng)整體運行的可靠性，需提前建立電網(wǎng)饋線的可靠性評估指標(biāo)，主要包括低壓電網(wǎng)平均故障頻率（SAIFI）、系低壓電網(wǎng)故障持續(xù)時間（SAIDI）、配電網(wǎng)可靠性（RS）和低壓配電網(wǎng)整體停電供應(yīng)量（AENS）。假設(shè)城市區(qū)域配電網(wǎng)共有m條低壓饋線，其系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的計算如下：

式（1）中，λj、Nj、Uj、Pj分別表示城市低壓配電網(wǎng)使用的第j條壓饋線平均每年發(fā)生故障的概率、使用用戶總量、每年的總體停運時間和負(fù)荷數(shù)。由式（1）可知，城市低壓配電網(wǎng)可靠性各項指標(biāo)評估計算的難點和重點在于計算λj和Nj的值。因為數(shù)據(jù)過于龐大，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式無法獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，所以設(shè)計引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流，結(jié)合數(shù)據(jù)專供容量近似分析算法計算數(shù)據(jù)[3]。

1.2 低壓配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供容量計算

城市配電網(wǎng)饋線無法實現(xiàn)與周圍饋線100%的電力轉(zhuǎn)供，因此綜合性評估低壓配電網(wǎng)的可靠性時，需要提前計算配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供容量。結(jié)合實際工程開發(fā)，根據(jù)數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)饋線熱損發(fā)裕度的載流量和負(fù)荷分散系數(shù)，以容量裕度股計算法計算抵押電網(wǎng)饋線掛接的最大能量容量負(fù)荷上限極值，再根據(jù)此極值綜合計算轉(zhuǎn)供容量，如式（2）所示：

式（2）中，V為配電網(wǎng)饋線電壓；Amax為饋線最大允許電流；C為裕度系數(shù)。

計算裕度系數(shù)需根據(jù)城市低壓饋線的工程預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)保留的載流量確定，一般取值為0.65。

城市低壓電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果規(guī)劃設(shè)計，規(guī)劃網(wǎng)架中不能直接提取準(zhǔn)確的饋線配變分布數(shù)據(jù)，但可直接確定城市低壓電網(wǎng)饋線的負(fù)荷總量和各饋線網(wǎng)架的聯(lián)絡(luò)情況。

重新定義低壓電纜中掛接配變的環(huán)網(wǎng)柜，利用分段開關(guān)隔離一段架空線作為一個單位區(qū)段。為反映城市饋線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)通道轉(zhuǎn)供和容量限制對整個低壓配電網(wǎng)用戶使用時間的影響，需要基于大數(shù)據(jù)資料獲取饋線j內(nèi)各聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)通路轉(zhuǎn)供總?cè)萘啃畔?，記做Saj。據(jù)此，可重新定義反應(yīng)饋線j的各項饋線聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)情況和對應(yīng)轉(zhuǎn)供參數(shù)，即轉(zhuǎn)供率aj：

假設(shè)饋線j共有Nnj個區(qū)段，則共有K個饋線區(qū)段負(fù)荷為轉(zhuǎn)供通道，其余為不可控段，則數(shù)據(jù)K的計算方法為：

1.3 實現(xiàn)城市低壓電網(wǎng)評估

首先說明下述設(shè)計中公式指標(biāo)符號的含義。線斷路器、線路、開關(guān)、配變等分別用b、l、s、t表示，其中符號x泛指某一設(shè)備。Nxi表示饋線j中x設(shè)備的數(shù)量。若x表示線路，則Nxi表示其長度。

計算城市低壓電網(wǎng)饋線故障率時，如果城市低壓電網(wǎng)的斷路器和線路分段開關(guān)發(fā)生故障，會導(dǎo)致低壓饋線出現(xiàn)斷路器閘門閉合，最終致使全用戶停電。因此，式（1）中λj的計算方法為：

式（5）中，λji為饋線j第i段中所有短路線路和饋線變接開關(guān)的故障率之和，Nji為饋線j第i段的用戶數(shù)量。

計算饋線j的停電時間Uj，需要綜合考慮各饋線j的區(qū)段元件影響效果，即：因為城市低壓饋線負(fù)荷介入的電纜網(wǎng)和網(wǎng)架線路具有明顯差異性，電纜網(wǎng)的使用用戶計入低壓饋線需要使用環(huán)網(wǎng)，而使用低壓饋線的架空網(wǎng)需要借助聯(lián)通熔斷器。所以，即便是同一個低壓饋線區(qū)域，不同低壓饋線的故障時間存在絕對差異性。對需要評估的部分饋線而言，當(dāng)城市低壓饋線j的第i段線路出現(xiàn)明顯數(shù)據(jù)故障時，i段之前的區(qū)域分段只有通過故障隔離時間和電源側(cè)端路由器重合閘，才能有效恢復(fù)供電。設(shè)停電時間為t1，確定饋線故障段和故障段之后的各饋線區(qū)段與故障段的位置有關(guān)。當(dāng)故障段i處于不可轉(zhuǎn)供段時，有Nnj-k-i+1個饋線區(qū)段需要通過饋線故障隔離和上述轉(zhuǎn)供操作才能恢復(fù)供電。設(shè)停電時間為t2，城市低壓饋線電纜線路故障造成的停電時間為：

式（7）中，Nnj表示j的抵押饋線中，第i段的饋線長度。Njk表示整個饋線使用k部分抵押電網(wǎng)用戶的整體數(shù)量。對使用架空網(wǎng)的用戶而言，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，不同故障段的故障差別主要體現(xiàn)在電網(wǎng)可供轉(zhuǎn)供段。只有當(dāng)前使用段的使用用戶批量修復(fù)時，才能對其恢復(fù)用電。設(shè)低壓電網(wǎng)的修復(fù)時間為rij，只有i段后的(Nnj-K)各區(qū)段有效故障隔離后，才能操作電源轉(zhuǎn)供量，恢復(fù)使用用電。

因為現(xiàn)代城市使用的饋線電網(wǎng)具有不同的使用形式，所以計算其參數(shù)數(shù)據(jù)需要考慮不同情況，借助之前求取的低壓配電容量分析開關(guān)故障造成的停電時間U(s,j)：

因為城市低壓配電網(wǎng)配有明顯的熔斷器保護裝置，低壓配變器和故障不會大規(guī)模損傷饋線，所以停電現(xiàn)象僅針對饋線掛接配變的使用用戶。城市架空網(wǎng)絡(luò)線路和電纜器線路的故障饋線停電時間U(t,j)為：

由式（9）可知，通過轉(zhuǎn)供容量結(jié)果可影響計算，進(jìn)而評估城市低壓配電網(wǎng)運行可靠性的各項數(shù)據(jù)。

2 實驗數(shù)據(jù)分析

為評估大數(shù)據(jù)城市低壓配電網(wǎng)運行可靠性方案是否具有真實有效性，能否有效提高電網(wǎng)故障問題評估準(zhǔn)確率，進(jìn)行了對比實驗。設(shè)計實驗組和對比組，實驗組選擇新設(shè)計的城市低壓電網(wǎng)運行可靠率評估方法，對比組選擇傳統(tǒng)評估方法。通過第三方模擬軟件模擬200個電路架模擬區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，通過電路改造設(shè)置相同問題且問題量不斷上升，獲得如表1所示的評估結(jié)果。

表1 固定問題評估準(zhǔn)確率對比

由表1可知，相同問題環(huán)境下，實驗組的評估準(zhǔn)確率明顯高于對比組。通過計算實際量化值，可以確定整體準(zhǔn)確率提高了21%，評估準(zhǔn)確率提升明顯。

3 結(jié) 論

城市配電網(wǎng)規(guī)劃涉及的整體工程量和后期運營成本巨大，如果可以及時作出科學(xué)合理的評估，可為有關(guān)單位節(jié)約大量的經(jīng)濟維護成本。此外，設(shè)計以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過設(shè)計綜合性評估指標(biāo)，結(jié)合配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供容量等參數(shù)值，有效評估了城市低壓電網(wǎng)的可靠性。實驗研究表明，設(shè)計的評估方法可有效提高評估精度，具有實際應(yīng)用意義。