【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一指標(biāo)(如配電系統(tǒng)的線損、電壓質(zhì)量或供電可靠性等)最佳的配網(wǎng)運(yùn)行方式，因此考慮自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)，配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)不僅取決于系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，還受到元件電氣極限容量和繼電保護(hù)電流整定值的影響。目前自動(dòng)化在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)日益廣泛，在進(jìn)行供電可靠性評(píng)估時(shí)如果不考慮其影響，所得到的結(jié)果肯定同樣不能真實(shí)反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。針對(duì)以上不足，本文總結(jié)和繼承了前人的成果及經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀進(jìn)行整體分析并綜合考慮影響評(píng)估指標(biāo)的各種因素后，提出了一種配電系統(tǒng)的供電可靠性評(píng)估方法，主要工作有:(1)建立了面向配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估的配電系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型，并將配電系統(tǒng)分解為一些最小配電區(qū)域，各個(gè)最小配電區(qū)域內(nèi)部不含有操作元件。以最小配電區(qū)域而不是以單個(gè)元件為單位設(shè)置故障進(jìn)行供電可靠性分析，以提高分析的效率。10(2)在配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估中，綜合考慮母線故障、開關(guān)故障、斷路器及熔斷器發(fā)生拒動(dòng)等情形的影響。(3)在配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估中，結(jié)合各供電局的實(shí)際檢修工作計(jì)劃，以各配電線路為單位設(shè)置檢修，并考慮母線及主變壓器計(jì)劃?rùn)z修的情形，使評(píng)估結(jié)果更加符合實(shí)際情況。(4)從文獻(xiàn)中提出了在故障、檢修和過(guò)負(fù)荷情況下，以甩負(fù)荷總量最小為目標(biāo)函數(shù)，以配電系統(tǒng)中各個(gè)元件的電氣極限容量和繼電保護(hù)電流整定值為約束條件的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，該算法是對(duì)配電自動(dòng)化條件下進(jìn)行配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估的關(guān)鍵，因此需要將該算法作為子程序加以實(shí)現(xiàn)。(5)綜合前 4 項(xiàng)工作，采用 vc++.60 實(shí)現(xiàn)綜合考慮通過(guò)配電自動(dòng)化進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)條件下的配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估應(yīng)用軟件。(6)采用典型算例進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)供電可靠性評(píng)估方法進(jìn)行了比較。11第 2 章 配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)及模型建立可靠性指標(biāo)及模型是進(jìn)行配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估的前提和基礎(chǔ)，在進(jìn)行分析時(shí)，一般把研究對(duì)象劃分為元件和系統(tǒng)兩個(gè)層次川。本文將對(duì)配電系統(tǒng)的供電可靠性評(píng)估理論進(jìn)行研究，給出評(píng)估的參數(shù)及指標(biāo)，并建立元件的可靠性模型和網(wǎng)絡(luò)的可靠性模型模型。以此為基礎(chǔ)，在對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行最小區(qū)域分解后，即能求出各最小配電區(qū)域的可靠性等效參數(shù)，從而可以區(qū)域?yàn)閱挝环治龉╇娍煽啃浴?供電可靠性指標(biāo)及參數(shù) 元件的可靠性參數(shù)元件的可靠性參數(shù)是進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的基本元素和原始數(shù)據(jù)。在實(shí)際計(jì)算中，這些參數(shù)值通常是在對(duì)各種運(yùn)行記錄經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)以后得出的，一般有以下幾項(xiàng):(1)年故障率兄(次/公里。年或次/臺(tái)。年)。(2)平均故障修復(fù)時(shí)間。(小時(shí)/次)。(3)年計(jì)劃?rùn)z修率刃(次/。年)。(4)平均檢修持續(xù)時(shí)間 r’(小時(shí)/次)。需要指出的是，系統(tǒng)中的檢修包括臨時(shí)檢修及計(jì)劃?rùn)z修。與故障情況類似，臨時(shí)檢修也是隨機(jī)事件，因此實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常都將臨時(shí)檢修率歸入故障率中，本文中的檢修僅指計(jì)劃?rùn)z修。 負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo)負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo)是衡量系統(tǒng)中各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電能力的尺度，可以根據(jù)配電系統(tǒng)中元件的可靠性參數(shù)經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出，常用指標(biāo)有:(1)年停電率入(次/年:)指負(fù)荷點(diǎn) i 在單位時(shí)間(通常為一年)中因配電系統(tǒng)元件故障或檢修而造成停電的次數(shù)。12(2)年停電時(shí)間 u，(小時(shí)/年:)指負(fù)荷點(diǎn) i 在單位時(shí)間(通常為一年)中因配電系統(tǒng)元件故障或檢修而造成停電的時(shí)間數(shù)。(3)平均停電時(shí)間 ri(小時(shí)/次):指負(fù)荷點(diǎn) i 因配電系統(tǒng)元件故障或檢修而造成停電的每次停電的平均持續(xù)時(shí)間。以上三個(gè)指標(biāo)之間存在著以下關(guān)系: ()?iuir?? 系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo) 系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)反映系統(tǒng)因故障或檢修而造成供電中斷的嚴(yán)重程度，可以根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo)經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出，常用指標(biāo)有:(1)系統(tǒng)平均停電頻率 ASIFI(次/)ASll 汀是指系統(tǒng)中運(yùn)行的用戶在一年時(shí)間內(nèi)的平均停電次數(shù)，可以用一年內(nèi)用戶停電的累積次數(shù)除以配電網(wǎng)供電的總用戶數(shù)來(lái)估計(jì)，計(jì)算公式為: ()NiSAIFT i??? //?用 戶 總 數(shù)用 戶 斷 電 持 續(xù) 時(shí) 間 總 和 (2)系統(tǒng)平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間 AS 石 Dl(小時(shí)/)AS 石 Dl 是指系統(tǒng)中運(yùn)行的用戶在一年時(shí)間內(nèi)經(jīng)受的平均停電持續(xù)時(shí)間，可以用一年時(shí)間內(nèi)用戶經(jīng)受的停電持續(xù)時(shí)間的總和除以該年中由配電網(wǎng)供給的用戶總數(shù)求得，計(jì)算公式為: () iiNUSAID??? //用 戶 總 數(shù)用 戶 斷 電 持 續(xù) 時(shí) 間 總 和 (3)用戶平均停電持續(xù)時(shí)間 AC 力 Dl(小時(shí)/)AC 石 Dl 是指一年中每個(gè)受停電影響的用戶每次停電所持續(xù)的時(shí)間，它反映了該系統(tǒng)里停電用戶的電源、設(shè)備的備用情況，可以用一年時(shí)間內(nèi)用戶停電持續(xù)時(shí)間的總和,計(jì)算公式: iiNUCAID ???? //用 戶 斷 電 總 次 數(shù)用 戶 斷 電 持 續(xù) 時(shí) 間 總 和() 13 元件的可靠性模型配電系統(tǒng)由許多特有的元件所組成，如:架空線路、配電變壓器、隔離開關(guān)、熔斷器等。在這些元件中，絕大部分是可修復(fù)元件，近似的認(rèn)為元件各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移率為常數(shù)，概率分布符合指數(shù)分布，因此可以用馬爾可夫過(guò)程來(lái)分析。 功率元件配電系統(tǒng)中的功率元件包括變壓器、輸電線路、母線等。在可靠性分析中，還可以將上一級(jí)電源(或系統(tǒng))視為具有一定可靠度的功率元件。它們的功能主要是傳送電能。對(duì)功率元件采用三狀態(tài)模型，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系用圖 來(lái)表示:圖 21 功率元件的可靠性模型圖中，N 為正常工作運(yùn)行狀態(tài)，M 為計(jì)劃?rùn)z修狀態(tài)，R 為故障停電及修復(fù)狀態(tài)，而分別為故障率、計(jì)劃?rùn)z修率，單位為次/年。由故障狀態(tài)向正常工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率，它與故障恢復(fù)時(shí)間凡互為倒數(shù)。產(chǎn) M 是由檢修狀態(tài)向正常工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率，它與檢修持續(xù)時(shí)間馬互為倒數(shù)。 操作元件操作元件是指執(zhí)行開關(guān)操作、使系統(tǒng)狀態(tài)和拓?fù)浒l(fā)生改變的元件，14包括斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、熔斷器等。操作元件在配電系統(tǒng)可靠性分析中具有重要的地位，可以根據(jù)自身特性及對(duì)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的影響將其分為 3 類:第 1 類是可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)，包括斷路器、熔斷器等，它們可以斷開或接通電路中的正常工作電流或故障電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)動(dòng)作，決定故障在網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散情況，主要影響負(fù)荷點(diǎn)的故障率。第 2 類是不可自動(dòng)分?jǐn)嗟蓭ж?fù)荷操作開關(guān)，主要指負(fù)荷開關(guān)，它們可以斷開或接通電路中的正常工作電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不能夠自動(dòng)切除故障，經(jīng)常作為分段開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)，故障后通過(guò)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的倒閘操作可能恢復(fù)部分或全部負(fù)荷點(diǎn)的供電。第 3 類是不可自動(dòng)分?jǐn)嗲也豢蓭ж?fù)荷操作開關(guān)，主要指隔離開關(guān)，它們只能斷開或接通無(wú)電流或僅有很小電流的電路，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不能自動(dòng)切除故障，主要影響負(fù)荷點(diǎn)的故障類型和停運(yùn)時(shí)間。如果操作元件兩側(cè)和饋線之間沒有明顯的斷開點(diǎn)，則操作元件的故障完全相當(dāng)于與該操作元件相連的兩個(gè)區(qū)域同時(shí)發(fā)生故障:如果操作元件兩側(cè)和饋線之間有明顯的斷開點(diǎn)，操作元件故障后可以迅速斷開與相鄰兩個(gè)區(qū)域的連接，從而能夠盡快恢復(fù)相鄰兩個(gè)區(qū)域的供電。一般的，可以認(rèn)為除隔離開關(guān)之外，系統(tǒng)中的其它操作元件和饋線之間都有明顯的斷開點(diǎn)。操作元件故障狀態(tài)比較復(fù)雜，要真實(shí)描述其在各種故障狀態(tài)條件下的開關(guān)功能，需要較為復(fù)雜的模型， 為操作元件的原始模型:15圖 22 操作原理的可靠性原始模塊其中，N 為正常運(yùn)行狀態(tài)，M 為計(jì)劃?rùn)z修狀態(tài)，m 為臨時(shí)檢修狀態(tài)，f 為誤動(dòng)狀態(tài)，i 為接地或絕緣故障狀態(tài)，st 為拒動(dòng)狀態(tài)，R 為故障修復(fù)狀態(tài)。需要注意的是，可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)的拒動(dòng)狀態(tài)包括操作時(shí)的拒動(dòng)(未分閘和未合閘)和故障后的拒動(dòng)(故障后應(yīng)分閘而未分閘)兩種情況，不可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)則只有操作時(shí)的拒動(dòng)，操作時(shí)的拒動(dòng)一般不會(huì)造成故障的擴(kuò)大，而且在運(yùn)行中也很少發(fā)生，對(duì)可靠性指標(biāo)的影響不大，在分析時(shí)可以忽略不計(jì)，因此，本文中操作元件的拒動(dòng)僅指故障后可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)的拒動(dòng)(包括由于繼電保護(hù)不可靠使其它開關(guān)越級(jí)跳閘所造成的拒動(dòng)以及由于開關(guān)自身的原因所造成的拒動(dòng)，如果系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，則繼電保護(hù)不可靠所造成的影響可以在很短時(shí)間內(nèi)消除，只考慮由于開關(guān)自身原因所造成的拒動(dòng))。該模型比較全面的考慮了操作元件的故障狀態(tài)，然而，并非在任何情況下都必須使用如此完備的模型。在進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性分析時(shí)，這種復(fù)雜模型是不實(shí)用的，考慮的因素太多會(huì)使問(wèn)題的復(fù)雜性大大增加，因此有必要將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。從故障的后果和影響來(lái)分析，在16m、f、i、st、R 五種狀態(tài)下，都必須將該元件從系統(tǒng)隔離，必然會(huì)造成相鄰的操作元件的斷開，直到其狀態(tài)恢復(fù)正常為至，因此可以將此五種狀態(tài)合并為一種(故障修復(fù)狀態(tài) R)。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化以后，最終可以得到操作元件的三狀態(tài)可靠性模型，具體的模型以及馬爾柯夫狀態(tài)方程與 節(jié)所描述的情況類似。 負(fù)荷配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)，系統(tǒng)中的負(fù)荷與評(píng)估結(jié)果之間有密切的聯(lián)系。特別是當(dāng)考慮元件電氣極限容量和繼電保護(hù)電流整定值約束、進(jìn)行故障后的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)，事實(shí)上系統(tǒng)的可靠性是隨著負(fù)荷的改變而發(fā)生變化的，當(dāng)前負(fù)荷的大小對(duì)其結(jié)果有著直接的影響，可以對(duì)負(fù)荷不相同的各個(gè)時(shí)刻分別進(jìn)行可靠性評(píng)估，并進(jìn)一步得出 AASI 評(píng)估結(jié)果曲線。在本文的可靠性簡(jiǎn)化模型中，將開關(guān)看作是節(jié)點(diǎn)、將饋線段看作是邊，假設(shè)沿線電壓和負(fù)荷的功率因數(shù)相近，可以近似采用電流反映負(fù)荷，將負(fù)荷作為節(jié)點(diǎn)和邊的權(quán)。關(guān)于負(fù)荷的具體模型及計(jì)算在后文中敘述。 系統(tǒng)的可靠性模型 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的可靠性模型串聯(lián)和并聯(lián)是配電系統(tǒng)中元件之間的最基本、最簡(jiǎn)單的連接關(guān)系，可靠性評(píng)估時(shí)，可以將串聯(lián)系統(tǒng)或并聯(lián)系統(tǒng)等效為一個(gè)元件進(jìn)行計(jì)算，從而可以簡(jiǎn)化計(jì)算的復(fù)雜程度。(1)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型 2 配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估指標(biāo)及模型串聯(lián)系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上元件組成的系統(tǒng)，若其中任何一個(gè)元件失效均構(gòu)成系統(tǒng)失效。在串聯(lián)系統(tǒng)中，必須所有元件同時(shí)完好，系統(tǒng)才能正常工作。設(shè)圖 2 一 2 是由 N 個(gè)元件組成的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)馬爾柯夫過(guò)程理論，可以推導(dǎo)出實(shí)用于工程計(jì)算的公式，求17出串聯(lián)系統(tǒng)的等效參數(shù):圖 23 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型 ()i???5其中，λi、γ1 分別表示串聯(lián)系統(tǒng)中元件 i 的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí))。λs、γs 分別表示串聯(lián)系統(tǒng)等效后的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí))。(2)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型并聯(lián)系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上元件組成的系統(tǒng)，必須是元件同時(shí)失效才構(gòu)成系統(tǒng)失效，或者說(shuō)，只要其中一個(gè)元件完好，系統(tǒng)便算完好。 表示 2 個(gè)獨(dú)立元件組成的并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性網(wǎng)絡(luò)模型，同樣可以通過(guò)馬爾柯夫過(guò)程理論得到并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算公式以及等效參數(shù):圖 24 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型 ())(*21r???? ()2/r?其中，λγi 分別表示并聯(lián)系統(tǒng)中元件 i 的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí))。λp、γp 今分別表示并聯(lián)系統(tǒng)等效后的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí))。類似的，可以得到多元件并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算公式及等效參數(shù)。 復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性模型配電系統(tǒng)中的元件數(shù)目眾多，而且相互之間的連接關(guān)系十分復(fù)雜，18簡(jiǎn)單的串、并聯(lián)等效也不能完全適用。因此，如果直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，計(jì)算量必將非?？捎^，對(duì)于部分特別復(fù)雜的系統(tǒng)，甚至很難得到有效的結(jié)果。本文將建立配電系統(tǒng)的可靠性簡(jiǎn)化模型，并在評(píng)估過(guò)程中引入最小配電區(qū)域的概念。最小配電區(qū)域是指相互連通的若干饋線段構(gòu)成的子網(wǎng)絡(luò)，其外部端點(diǎn)全部為開關(guān)節(jié)點(diǎn)或末梢點(diǎn)。內(nèi)部或者沒有端點(diǎn)，或者全部端點(diǎn)為 T 接點(diǎn)(配電開閉所、小區(qū)變中的 10kv 母線節(jié)點(diǎn)也可看作廣義的 T 接點(diǎn))或末梢點(diǎn)。當(dāng)最小配電區(qū)域中的任一元件發(fā)生故障時(shí)，必然會(huì)造成整個(gè)最小配電區(qū)域停電，也即最小配電區(qū)域是故障停電的最小范圍，可以將每個(gè)最小配電區(qū)域都當(dāng)作串聯(lián)系統(tǒng)處理。因此，建立了配電系統(tǒng)可靠性簡(jiǎn)化模型并進(jìn)行最小配電區(qū)域分解后，可以最小配電區(qū)域?yàn)閱挝灰来卧O(shè)置故障并分析可靠性。關(guān)于可靠性簡(jiǎn)化模型的建立以及最小配電區(qū)域的分解在后文中有詳細(xì)的敘述。19第 3 章 基于簡(jiǎn)化模型的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估 配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估的基本方法 (FaliuerMdoenadEeffctAnalssis，F(xiàn)MEA)，它是以系統(tǒng)中的每一個(gè)元件為對(duì)象，分析其基本故障事件及后果，然后結(jié)合元件的可靠性數(shù)據(jù)，求得所有的故障狀態(tài)，綜合形成系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)川。FMEA法概念清晰、原理簡(jiǎn)單，但是具有計(jì)算過(guò)程繁瑣、計(jì)算量大的不足，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件眾多時(shí)，這個(gè)缺點(diǎn)尤為突出。因此，不少學(xué)者都對(duì)FMEA 法進(jìn)行了完善，并提出了多種改進(jìn)方法，基于故障擴(kuò)散的可靠性評(píng)估方法就是其中比較常用和有效的一種，該方法首先利用前向搜索算法確定斷路器動(dòng)作影響范圍、利用故障擴(kuò)散方法確定故障隔離的范圍，從而可以確定節(jié)點(diǎn)的故障類型(根據(jù)受故障影響的時(shí)間不同，將所有節(jié)點(diǎn)分為不受故障影響、受故障影響時(shí)間為隔離時(shí)間、受故障影響時(shí)間為隔離時(shí)間加切換操作時(shí)間、受故障影響時(shí)間為故障修復(fù)時(shí)間 4 種類型)，根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)的類型便可求出其供電可靠性指標(biāo)，并進(jìn)一步求出整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)腳鄧]。由于類型相同的負(fù)荷點(diǎn)可以一起進(jìn)行計(jì)算，因此比較 FMEA 法而言，基于故障擴(kuò)散的可靠性評(píng)估方法的計(jì)算效率有了明顯的提高，但是對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，直接使用該方法仍然具有一定的難度，而且該方法沒有深入考慮母線和開關(guān)的故障對(duì)于供電可靠性指標(biāo)的影響。本章將在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，建立配電系統(tǒng)可靠