配電網(wǎng)可靠性評估的網(wǎng)絡(luò)等值法模型研究

聶丁楠，張俊財(cái)

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限公司鄂爾多斯電業(yè)局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010）

在我國的電力系統(tǒng)發(fā)展過程中一直注重發(fā)電輸電這兩方面，而配電網(wǎng)可靠性的評估是近幾年來才慢慢出現(xiàn)在大眾的視野中。配電網(wǎng)同發(fā)電和輸電一樣在電力系統(tǒng)中都有著很重要的作用。我國的大部分停電事故發(fā)生的原因都是由于配電系統(tǒng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致的，由于配電系統(tǒng)本身存在的特點(diǎn)因此在對配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行評估時所使用的方法較發(fā)電以及輸電系統(tǒng)的評估方法有著很大的差異。針對配電網(wǎng)可靠性進(jìn)行評估的時候雖然有著很多的評估方法，但運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)等值法進(jìn)行評估可以將評估的過程簡化且評估結(jié)果也是十分準(zhǔn)確。對于簡單的配電網(wǎng)可靠性評估時候網(wǎng)絡(luò)等值法有著很好的實(shí)用性，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)也可以將其簡化后再進(jìn)行評估。在進(jìn)行評估時候可結(jié)合配電網(wǎng)的實(shí)際情況建立網(wǎng)絡(luò)等值法模型對配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行分析評估。

1 配電網(wǎng)可靠性評估方法分析

配電網(wǎng)可靠性的評估方法有很多種，對于不同的方法有著不同的特點(diǎn)。有的評估方法在運(yùn)用的時候十分簡便快捷，但有些方法實(shí)施起來就很麻煩所計(jì)算的出的信息也存在著一定的偏差。

1.1 傳統(tǒng)的故障模式后果分析法（FMFA）

這種方法主要是針對配電系統(tǒng)中所可能出現(xiàn)的故障事件以及相關(guān)元件結(jié)構(gòu)失效的情況進(jìn)行分析，通過事件發(fā)生時對負(fù)荷點(diǎn)所造成的影響分析進(jìn)而找出系統(tǒng)故障的模式集合，然后基于該模式上得出負(fù)荷點(diǎn)的可靠性。這種較于傳統(tǒng)的故障模式后果分析法只適用于針對簡單的配電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，對于帶有分支饋線的復(fù)雜結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)來說并不適用。由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)所存在的故障模式過于繁雜，使用該方法時存在著一定的困難使得評估過程過長。

1.2 故障遍歷算法

這種方法能夠很好的適應(yīng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變化，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)中也能快速的對可靠性進(jìn)行評估。這種方法采用圖論中的廣度優(yōu)先搜索，對于電源到負(fù)荷點(diǎn)的最小路集進(jìn)行優(yōu)先搜索。通過這種方法找出發(fā)生故障的斷路器和熔斷器、隔離開關(guān)發(fā)生故障時的隔離范圍及負(fù)荷點(diǎn)所發(fā)生的故障類型等，并依據(jù)負(fù)荷點(diǎn)發(fā)生的故障類型來計(jì)算得出配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。這種方法在對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電系統(tǒng)進(jìn)行評估時是一種十分實(shí)用的可靠性評估方法之一。

1.3 網(wǎng)絡(luò)等值法

這種方法隸屬于解析法，使用這種方法對配電網(wǎng)可靠性進(jìn)行評估時候是運(yùn)用較多的方法之一，不僅僅因?yàn)檫@種方法能夠?qū)⒃u估過程簡便化，還可以精確的得出評估結(jié)果。這種方法的實(shí)施原理則是將部分的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)替換成一個等效的元件結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)系統(tǒng)一步步簡化，再運(yùn)用簡單的輻射網(wǎng)計(jì)算系統(tǒng)得出可靠性指標(biāo)進(jìn)行可靠性評估，這種等效機(jī)理的方法對于配電網(wǎng)的評估有著很強(qiáng)的適應(yīng)性。

2 網(wǎng)絡(luò)等值法模型

配電網(wǎng)一般是由主饋線和分支饋線所組成，網(wǎng)絡(luò)等值法能夠很好的將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)簡化成簡單結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)進(jìn)而簡化計(jì)算評估步驟。在使用網(wǎng)絡(luò)等值法進(jìn)行評估時，我們第一步需要將配電系統(tǒng)中有的饋線數(shù)進(jìn)行網(wǎng)路分層，確保配電系統(tǒng)中的每條饋線與其連接著的元件同處于一層之中，如圖1所示中的E1和E2。

圖1 配電系統(tǒng)示意圖

網(wǎng)絡(luò)等值法就是將每個網(wǎng)絡(luò)分層等效成為一條條分支線路，在網(wǎng)路分層中每個層都有著對應(yīng)的一條等效分支線路，等效成分支線路一般是從最后的一個網(wǎng)絡(luò)分層開始的然后慢慢的向上一層進(jìn)行等效由此類推最終將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)簡化，如圖2。

圖2 配電系統(tǒng)簡化示意圖

在對每一個網(wǎng)絡(luò)分層進(jìn)行等效后，就可以對簡單結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評估了。

3 對結(jié)構(gòu)簡單的配電網(wǎng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)等值法進(jìn)行評估

結(jié)構(gòu)簡單的配電網(wǎng)系統(tǒng)在對配電網(wǎng)可靠性進(jìn)行評估時有著很重要的作用，因?yàn)檫@是對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)。這種配電系統(tǒng)的負(fù)荷點(diǎn)主要沿途分布在饋線的兩旁。常見的簡單配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 簡單配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖所示1號虛線框所表示的就時負(fù)荷點(diǎn)支路，2號虛線框則是分段線路開關(guān)，N/O則是連接線路的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，而斷路器一般安置在電源的附近。這就是部分簡單配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，該種配電系統(tǒng)常常是由斷路器、若干個干段主饋線、若干個負(fù)荷支路、若干個分段線路開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)等所構(gòu)成。在對可靠性的評估時則是選擇將斷路器、分段開關(guān)、各個饋線等看作一個元件節(jié)點(diǎn)。如果在進(jìn)行這一步的時候把負(fù)荷之路也當(dāng)作以一個元件節(jié)點(diǎn)的話，那么對該配電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估時，完全可將圖1所示的結(jié)構(gòu)圖等效轉(zhuǎn)為圖2所示的等效圖。結(jié)合圖1以及圖2可以很簡便的看出每個元件節(jié)點(diǎn)都一一相連代表著連接關(guān)系，在等效圖中并看不出相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的屬性。

圖4 簡單配電系統(tǒng)等效圖

該等效圖可以看作是由n個元件節(jié)點(diǎn)所組成，在第n個元件節(jié)點(diǎn)之前的各個元件節(jié)點(diǎn)的集合都是{斷路器、各個饋線、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)、分段線路開關(guān)}構(gòu)成，第n個元件節(jié)點(diǎn)則是聯(lián)絡(luò)開關(guān)。雖然從圖二中看不出相應(yīng)元件節(jié)點(diǎn)的屬性，但是不同的節(jié)點(diǎn)有著不一樣的屬性如：斷路器的節(jié)點(diǎn)屬性{故障率；修復(fù)時間；可斷開線路的概率}，各個主饋線的節(jié)點(diǎn)屬性{故障率；修復(fù)時間}，負(fù)荷支路的節(jié)點(diǎn)屬性{等效故障率；等效修復(fù)時間}，分段線路開關(guān)的節(jié)點(diǎn)屬性{操作時間；故障率}，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的節(jié)點(diǎn)屬性{聯(lián)絡(luò)開關(guān)倒閘時間}，一般來說來聯(lián)絡(luò)開關(guān)的倒閘時間大于分段線路開關(guān)的操作時間。簡單配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)時候需要通過下列的式子進(jìn)行計(jì)算來得出：

N（分支饋線節(jié)點(diǎn)數(shù)）

式中，j為負(fù)荷之路對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；Lj為負(fù)荷點(diǎn)（j）的故障率；

Rj為故障修復(fù)時間；Uj為年停電時間；Ln′為對應(yīng)著圖2中第n個節(jié)點(diǎn)的等效故障率；rjn為求第j個節(jié)點(diǎn)時第n個節(jié)點(diǎn)的停運(yùn)時間。

依據(jù)這個公式得出負(fù)荷點(diǎn)相應(yīng)的故障率、故障修復(fù)時間以及年停電時間后就可以的出簡單配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

4 對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)可靠性應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)等值法進(jìn)行計(jì)算評估

運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)等值法將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)等效成簡單結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)能夠很快速準(zhǔn)確地得出配電網(wǎng)可靠性地指標(biāo)。在對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行計(jì)算評估可根據(jù)下列式子來計(jì)算：

式中，λi′為主線路上串聯(lián)節(jié)點(diǎn)i發(fā)生故障對節(jié)點(diǎn)k產(chǎn)生影響的等效故障率；λkl為節(jié)點(diǎn)k所在支路的線路發(fā)生故障的等效故障率；λkt為節(jié)點(diǎn)k所在支路的配電變壓器發(fā)生故障的等效故障率；rik為節(jié)點(diǎn)i發(fā)生故障導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)k停電的時間；rkl為節(jié)點(diǎn)k所在支路上線路的修復(fù)時間；rkt為節(jié)點(diǎn)k所在支路上配電變壓器的等效修復(fù)時間。

其中k與上述中的n是同一個數(shù)值，對rkt的取值和變壓器有著一定的關(guān)聯(lián)，如果節(jié)點(diǎn)所處的支路不配有變壓器那么rkt的取值就等于變壓器所需的修復(fù)時間，若設(shè)有變壓器則等于切換到備用變壓器所消耗的時間。

根據(jù)式（1）～（3），可得出串聯(lián)在分支饋線的等效元件的可靠性參數(shù)，且串聯(lián)在下級線路的起始節(jié)點(diǎn)也是用這些參數(shù)所表示、電源則用上級的饋線表示。這樣一個簡單結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)就形成了，形成后就可按照簡單結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)對負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算的得出。

5 影響配電網(wǎng)可靠性評估的問題及改進(jìn)措施

5.1 存在的問題

（1）線路問題是影響配電網(wǎng)可靠性的重要原因之一，在線路的布置時最常見的線路問題是：單輻射線存在的問題、線路架空的問題。當(dāng)單輻射線發(fā)生故障事件時會影響到用戶的用電，不能提供用戶用電且停電時間很長。線路架空的問題則會被自然因素影響從而導(dǎo)致線路停電。（2）設(shè)備問題。設(shè)備問題能夠直接影響到配電網(wǎng)的可靠性，設(shè)備出現(xiàn)的問題常見的就是：設(shè)備老化、損壞故障等，這一系列的問題會使得配電網(wǎng)的安全性、可靠性等直線下滑。（3）人為影響。人為導(dǎo)致的問題一般是因?yàn)橥饬ζ茐闹率乖O(shè)備及線路受到一定的損壞，人為導(dǎo)致配電網(wǎng)可靠性降低的原因有：盜竊電源、施工壓力過大等。

5.2 改進(jìn)措施

（1）對電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善。在對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的完善時候可使用10kv的出線來提高線路的環(huán)網(wǎng)率，減少因維修或施工導(dǎo)致的停電現(xiàn)象提高配電網(wǎng)的可靠性。在線路中添加聯(lián)絡(luò)開關(guān)已經(jīng)分段開關(guān)，可以對停電的范圍進(jìn)行很精確地控制使得配電網(wǎng)的可靠性得到保障。（2）對設(shè)備和線路進(jìn)行優(yōu)化升級。改造線路過載能夠降低設(shè)備和線路的所受到的影響，保護(hù)配電網(wǎng)的安全性，縮小停電范圍這樣就不會導(dǎo)致所有居民停電。（3）完善電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施。線路老化的問題是電網(wǎng)中最常見的故障問題之一，對于該問題電網(wǎng)公司在這方面的投入需要加大改進(jìn)線路老化的問題，減少停電事故的發(fā)生。電網(wǎng)公司在配電系統(tǒng)中增加漏電保護(hù)器的裝置，這樣也能很好的減少漏電事故，從根本上解決安全事故的發(fā)生。

6 結(jié)語

針對配電網(wǎng)的可靠性評估只需要使用合適的方法并保證實(shí)用性高，那么配電網(wǎng)的可靠性評估就能很快速很準(zhǔn)確。關(guān)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)可靠性的評估，通過網(wǎng)絡(luò)等值法進(jìn)行簡化成簡單結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)就可以計(jì)算出負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)然后再進(jìn)一步進(jìn)行評估。用網(wǎng)絡(luò)等值法模型對各種配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估可以減少相應(yīng)的計(jì)算量保證準(zhǔn)確性?，F(xiàn)如今處于科技信息化時代，在對配電網(wǎng)可靠性進(jìn)行評估時可以利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)、編程語言等方法。