配电系统可靠性评估实用方法的研究.pdf

第 3 o卷第 4期 2 O O 7 年 0 8 月 四 川 I电 力 技 术 S i c h u a n E l e c tr ic P o w e r T e c h n o l o g y V0 1 3 0 No 4 A u g ， 2 O O 7 配电系统可靠性评估实用方法的研究 卢小华 ， 朱葵 ， 熊俊 ( 1 四川电力物流集团公司， 四川 成都6 1 0 0 0 0 ； 2 成都电业局， 四川 成都6 1 0 0 1 6 ) 摘要： 提出一种新的区域节点定义方法， 并基于广度优先搜索法构造复杂配电系统等效模型， 采用区域节点行 向量 法进行配电系统可靠性评估。首先给出区域节点的定义， 运用广度优先搜 索算法将网络等效为由区域节点和开关元 件组成的模型， 然后根据区域节点行向量评估 负荷点及系统的可靠性指标。在该模型和算法中， 区域节点的定义使 区域划分更直接有效， 其形成算法以支路为对象， 操作简单， 网络适应性强； 利用新的区域节点行向量进行 可靠性评 估， 便于考虑开关装置故障的影响， 使其更具实用性。通过对 R B T S算例和某实际 1 O k V配电系统的评估以及对现有 分区方法的比较， 证明了该模型和算法在简化网络提高运算速度上有明显优势 ， 在适应网络结构变化方面具有较好 的鲁棒性。 关键词： 配电系统； 可靠性评估； 区域节点 ； 广度优先； 分区算法； 行向量 A b s t r a c t ：A n e w me t h o d t o d e fi n e z o n e n o d e i s p r o p o s e d ，t h e e q u i v a l e n t mo d e l f o r c o mp l e x d i s t r i b u t i o n s y s t e m i s c o n s t r u c t e d b a s e d O i l t h e c o n c e p t o fB r e a d t h F i r s t S e a r c h ，a n d z o n e n o d e v e c t o r a l g o r i t h m i s a d o p t e d t o e v a l u a t e t h e r e l i a b i l i t y o f d i s t r i b u ti o n s y s t e m T h e d e fi n i t i o n o f z o n e n o d e i s i n t r o d u c e df i r s t l y ，a n d t h e B r e a d t h F i r s t S e a r c h i s u s e d t o e o n s lS t u t e t h e n e t w o r k w i t h t h e z o n e n o d e s a n d s w i t c h e s T h e n t h e r e l i a b i i n d i c e s o f l o a d p o i n t s a n d s y s t e m a r e c a l c u l a t e d b y z o n e n o d e v e c t o r a l g o ri th mI n t h i s m o d e l ， t h e p r o p o s e d me t h o d i s mo r e d i r e c t a n d e c i e m t o o b ta i n t h e z o n en e t w o r k u s i n g t h e d e fi n i ti o n a n d t h e a l g o r i t h m o f z o n e n o d e T h e m e t h o d i s c o n c e rne d w i t h t h e b r a n c h e s i n n e t w o r k ，8 0 i t i s s i mp l e a n d e a s y t o c a l c u l a t e a n d i t s a p p l i c a l o n i s fl e x i b l e t o o T a k i n g t h e i n t l u e n c e s o f s wit c h e s i n t o a c c o u n t ，t h e z o n e n o d e v e c t o r a l g o r i th m i s mo r e p r a c t i c a 1 U s i n g t h e a l g o r i t h m t o e v a l u a t e t h e RB T S s y s t e m a n d c o mp a r i n g i t w i t h t h e e x i s t i n g me t h o d ，t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m h a s a n o b v i o u s a d v a n t a g e i n s i mp l i f y i n g t h e n e t w o r k a n d s a v i n g t i me ，a n d i t i s f e a s i b l e i n a d a p t i n g t h e v a r i e t y o f n e t w o r k s Ke y wo r d s d i s t r i b u t i o n s y s t e m ；r e fi a b i fi ty e v a l u a ti o n ；z o n e n o d e ；B r e a d t h F i r s t S e a r c h ；s e c t i o n a l g o ri t h m；v e c t o r 中图分类号 ： T M 7 3 2 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 3 6 9 5 4 ( 2 o o 7 ) o 4 0 0 0 1 0 4 电力市场条件下配电网规模不断扩大 ， 具有元件 多、 结构繁杂的特点 ， 快速准确地评估复杂配电系统 可靠性已成为研究 的难点和重点 。目前 ， 对带子馈线 复杂配电系统可靠性评估的方法主要有： 网络等值 法 1 一 引、 最 小 路 法 6 6、 基 于 故 障 扩 散 的 搜 索 算 法 7 ， 8 l 、 行 向量法 9 以及对馈线进行分区分块 1 0 卜 的算法。 馈线段行向量法 9 概念清晰， 易于编程， 实现较 容易， 但需对每一负荷点构造行 向量， 计算速度没有 得到显著提高， 且未考虑负荷点的相互影响。 基于馈线分 区分块算法 以区域或块为单位分析 故障模式 ， 计算速度有 了明显提高 1 0 , 1 1 ， 但是 当网络 中含有较多开关元件( 如隔离 开关 、 熔断器 ) 时 ， 分 区 前、 后的网络元件数量大致相当， 反而会因分区、 分块 增加工作量， 其应用必然受到限制； 文献 1 2 提出了 一 种多级子网络等值模型及故障扩散算法， 适合复杂 配电系统的可靠性评估， 但对子 网络 的划分算法来进 行研究， 需手动计算， 当子网络较多时， 该方法存在明 显不足。文献 1 3 基 于节点邻接矩 阵提 出 了一种分 块形成快速算法 ， 该算法 以节点为对象 ， 利用节点邻 接矩阵的链表存储结构来实现分区， 但链表的建立稍 嫌繁琐。 对于 网络等效模型 ， 如果其 结构较简单 ， 可按照 常规的故障模式与后果分析法进行可靠性分析 ； 如果 系统的开关元件较 多， 网络等效模型仍较复杂 ， 则必 须寻找其他更有效 的方式。馈线段行 向量法 以构造 负荷点供电“ 最小路径馈线段行向量” 为核心， 在计算 过程中不再考虑网络结构， 计算简单 ， 借鉴这一思想， 提出区域节点模型及其形成算法， 将熔断器计入区域 节点 内， 基于广度优先搜索算法构造等效模型 ， 采用 新的区域节点行向量法进行可靠性评估， 弥补现有向 量法 的不足 ， 具有较强的实用性 。 1 区域节点行向量 1 1 馈线分 级 维普资讯 第 3 o 卷第4期 2 0 o 7 年 0 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o w e rT e c h n o l o g y v0 1 3 0。 No 4 Au g - 2 0 0 7 馈线是 由连续的、 功率流向无分岔的馈线段构 成。与主供电源直接相连的馈线为 1 级馈线， 与 1 级 馈线相连的馈线为 2 级馈线， 与 2 级馈线相连的馈线 为 3 级馈线， 其他依此类推。对于有相同的 1 级馈线 的负荷点成为同类负荷点。 对馈线进行分级时， 同一配电网可能有不同的分 法， 虽不会导致计算结果的不同， 但会使计算的复杂 性有差异。一般来说， 同一级馈线的数量越少， 计算 的过程越简单。 1 2 区域节点行向量及生成 在区域网络模型中 ， 馈线 由区域节点构成 ， 将 区 域节点集合划分为 3个等级 ， 分别用 区域节点行 向量 、 和 表示 ， 其中 1 级行 向量 Hl = 1 ， 2 ， 3 ， 5 ， 6 ； 2 级行向量 H 2 = 2 ， 4 ， 7 ， 8 ； 3 级行向量 H 3 = 7 ， 9 ， 1 0 。行向量中节点的前后次序以正常情况下功率 流向为准。同类点所构成的集合为 L= 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 3 ， 5 1 0 。 对同类点中任一节点 k ， 均可找到由主电源和备 用电源供电的最小路径 ， 最小路径上的各节点分别构 成主供电源行向量 和备用 电源行向量 ， 其 中 和 均为 的子集。在生成最小路径行 向量 时， 可 根据节点的编号及其在行向量中的位置逐级倒推 ， 生 成过程如下。 将各级 区域节 点编号并按 图 1 所 示方法 记录。 图 1 中 ， l i 、 i 、 风 i 分别表示 1 级 、 2级 、 3 级行向量编号。1 级行向量编号表中各元素为 1 级 行向量各区域节点的编号 ， 2级行向量表中第 1 个元 素为 1 级、 2级行 向量连接处 1级区域节点 的编号 ， 其余元素为该 2 级行向量中各区域节点编号， 3 级行 向量编号表 中第 1 个元 素为 2级、 3 级行 向量连接处 区域节点的编号 ， 其余元素为该 3 级行向量中各区域 节点编号， 各级行向量编号的前后次序以正常情况下 功率流向为准 ， 网络 中含有多级行 向量时 ， 存储 的方 法以此类推。将行 向量编号按图 1 所示的格式保存 ， 生成各节点行 向量 时只需找到与该节点分支线连接 的区域节点编号 ， 再按图 1 逐级倒推即可生成各节点 的最小路径行向量。 2 配电系统可靠性指标计算 2 1 区域节点故障分类 l 级 区 域 节 点 编 号 图 1 区域节点存储示意图 使区域节点 k发生故障的节点类型 弘 如下： A类故障， 故障停运时间为故障的修复时间的故 障； B类故障 ， 故障停运时间为故障隔离 时间 的故障； C类故障 ， 故障后 可通过联络开关将 系统 切换 至 备用 电源， 停运时间为故障隔离与切换恢复时间的故 障。 根据构造的行向量得到引起 区域节点 k发生故 障的节点集合 ， 令 L k a=L k ( 1 ) 船=LL k ( 2 ) L k c=L kL k a ( 3 ) 其中 为引起节点 k 产生 A类故障的节点集 合 ， 船为引起节点 k产 生 B类故障的节点集合 ， 为引起节点 k产生 C类故障的节点集合。 2 2 计及开关故障影响 开关元件的故障情况对配电系统可靠性分析影 响较大 ， 对某一区域节点来说 ， 其 邻接开关 的故障类 型不同对其造成的停电影响也不 同， 开关的故障类型 可根据区域节点故障类型进行判断 ， 方法如下 。 ( 1 ) 区域节点 k的所有 A类故 障节 点邻接开关 都为 k的 A类故障开关 ； ( 2 ) 区域节点 k的所有 B类 故 障节 点邻 接开关 如果不是 类故障， 则为 k的 B类故障开关 ； ( 3 ) 区域节点 k的所有 C类 故障节点邻接开关 如果不是 A 、 B 类故障， 则为 k的 c 类故障开关。 2 3 区域节点的可靠性评估 对区域节点进行 可靠性评估时 ， 因区域节点中已 经计及了负荷支路上熔断器的影响， 因此只需要考虑 断路器的有无及其安装位置即可。当馈线上的断路 器不能可靠动作时 ， 上级馈线 的断路 器动作。假设 L k 8 为区域节点k上级和同级馈线的 B类故障集合， 为区域节点 k的某下级馈线节点集合 ， 则 维普资讯 第 3 0 卷第4 期 2 0 0 7年 o 8 月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c tr i c P o we rTe c h n o l o g y v0 1 3 0。 No 4 Au g ， 2 0 0 7 船= 船 u+ 柚 D ( n ) n ( 4 ) 式中， 为区域节点 k的下级馈线数量。断路器 均有配套隔离开关， 因此下级馈线中节点的等值平均 停运时间即为上级断路器配套隔离开关的操作时间 r l 。因此区域节点的可靠性指标计算公式为： = + + 邑 m ( 5 ) r l + ( ， ) + 苞 m ( m ) + ( ( 一 ) r f + P o ro ) ( 6 ) = ( 7 ) 式中： 为节点 k 的故障率； 为节点 k的平均 年停运时间； n为 节点 k的下级馈 线数量 ； P s 为节 点 k的下级馈线的断路器不可靠动作 概率 ； 为 B 类故障节点不同分支馈线断路器不可靠动作概率， 其 他情况取值为 1 ； r sk 为节点 k的故障修复时间 r f 为 故障节点修复时 间， r u 5 , ( m) 为 B类节点 的等效故 障 时间； r 口为联络开关倒闸时间； P o为联络开关可靠动 作概率。 3 系统可靠性指标与算法 在区域节点 内， 由于负荷分支上熔 断器的存在 ， 则各负荷点的可靠性指标分别为 ： = +( 1 一P ) ( 酊 l + 幼) ( 8 ) = +( 1 一 ) ( + ) ( 9 ) r g = 村 ( 1 O ) 式 中： 为区域节点 k中负荷点 的故 障率； P 为区域节点 k中负荷支路 ， 的熔断器不可靠动作概 率； 为区域节点k中负荷点 的年平均停运时间； 为区域节点 k中负荷点_ 的故障修复时间。 由式( 8 ) 和( 9 ) 可知 ， 当 ， ：1 ， 即负荷支路上无 熔断器或熔断器可靠动作时， 各区域节点 的可靠性指 标即为区域节点内负荷点可靠性指标。 系统可靠性的评估指标如下 ： 系统平均停 电频率 S A I F I ， 次 ( a 户) ； 系统平均停 电持续 时间 S MD I ， h ( a 户) ； 用 户平均停 电持续时 间 C MD I ， h ( 次 户) ， 系统电量不足指标 E N S ( M W h a ) ； 平均供电可用度 s A ，和平均供电不可用度 s 。 所提的基于广度优先搜索算法和区域节点行向 量法的复杂配电网络可靠性评估算法流程图算法流 程见 图 2 。图中 r l , 为区域节点数总和。 图2 复杂配电网络可靠性评估算法流程图 4 算例分析 以四川某实际配电系统为例进行实际评估， 该系 统包含了三个电压等级， 在每一等级网络中具有不同 等级 的负荷 ， 1 1 0 k V系统母线之间相互连接 ， 形成复 杂环形 网络 ； 等效后的 3 5 k V系统形成 了多个独立的 网络 ， 每一个 网络中又各成环 ； 1 0 k V系统只考虑到 对其负荷母线供电。分别得出了各电压等级的可靠 性指标， 限于篇幅这里没有给出该系统图并仅给出 1 1 0 k V和 3 5 k V系统的可靠性指标 ， 分别如表 l 、 2 。 表 1 1 1 0 k V网络系统可靠性指标 5 结论 提出了一种新的区域节点定义方法， 并基于广度 优先搜索法构造复杂配 电系统等效模型 ， 采用区域节 3 维普资讯 第 3 o 卷第 4 期 2 0 0 7年 0 8 月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we rTe c h n o l o g y Vo 1 3 0。 No 4 Au g - 2 0 0 7 点行 向量法进行配电系统可靠性评估 ， 算例验证 了该 方法的快速性与正确性。 ( i ) 区域节点 的定义与网络图论 中节点概念相统 一 ，因熔断器计人区域节点内， 较现有分区思想进一 步简化了等效网络结构 ， 节省 了运算时间 ； ( 2 ) 广度优先搜索算法以支路为对象， 计算快速， 能更好地适应网络结构变化 ； ( 3 ) 新的区域节点行向量法便于考虑开关故障影 响， 且减少了对每一负荷点构造行向量的过程， 更具 工程实用价值。 在计算 中未考虑电压 、 电流等约束条件 以及元件 短时故障情况， 在工程实际中， 这些因素也将对系统 可靠性产生重要影响， 这将作为下一步的研究重点。 参考文献 1 B i U i n t o n R，Wa n g P R e l i a b i li t y n e t w o r k e q u i v a l e n t a p p r o a c h t o d i s t r i b u t i o n s y s t e m r e l i a b i l i t y e v al u a t i o n J I E E p r o c e e d i n g s G e n e r a ti o n ，T r a n s mi s s i o n a n d D i s t r i b u ti o n 1 9 9 8， 1 4 5 ( 2 ) ： 1 4 9 1 5 3 2 万国成 ， 任震 ， 田翔 配电网可靠性评估的网络等值模型 研究 J 中国电机工程学报 ， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 5 ) ： 4 8 5 2 3 万国 成， 任震， 吴13 舁， 等 混合法在复杂配电网可靠性 评估中的应用 J 中国电机工程学报， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 9 ) ： 9 2 9 8 4 夏 岩， 刘明波， 邱朝明 带有复杂分支子馈线的配电系 统可靠性评估 J 电力系统 自动化， 2 0 0 2 ， 2 6 ( 4 ) ： 4 0 4 4 5 沈亚东 ， 候牧武 应用单向等值法评估配电网可靠性 J 电网技术 ， 2 0 0 4 ， 2 8 ( 7 ) ： 6 8 7 2 6 X i e K s u i ， Z h o u a q i ，B i U i n t o n R R e l i abi l i ty e v al uati o n al- g o r i t h m f o r c o mp l e x me d i u t n v o l t a g e e l e c t r i c al dis t r i b u ti o n n e t w o r k s b a s e d o n t h e s h o r t e s t p a t h E J I E E P r o c e e d i n g Gen e r - a t i o n T r a mm i s s i o n a n d Dis t r i b u t i o n 2 0 0 3 ， 1 5 0 ( 6 ) ： 6 8 6 一 简 讯 6 9 0 7 谢开贵， 周 平 ， 周家启等 基于故障扩散的复杂中压配 电系统可靠性评估算法 J 电力系统 自动化， 2 0 0 1 ， 2 5 ( 4 ) ： 4 5 4 8 8 徐珍霞， 周江昕 复杂配电网可靠性评估的改进故障遍 历法 J 电网技术 ， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 1 4 ) ： 6 4 6 7 9 高炜欣， 罗先觉， 支岗印 复杂配电网络可靠性评估的向 量法 电力系统自动化E J ， 2 0 0 3 ， 2 7 ( 2 2 ) ： 3 6 40 1 0 谢莺华， 王成山 基于馈线分区的中压配电系统可靠性 评估 J 中国电机工程学报， 2 0 0 4 ， 24( 5 ) ： 3 5 3 9 1 1 王成山， 谢莹华， 崔坤台 基于区域非序贯仿真的配电 系统可靠性评估 J 电力系统 自动化 ， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 1 4 ) ： 3 9 43 1 2 姚李孝， 赵 兵， 崔杜武， 伍 利 基于多级 BCNM 域子网络故障扩散的复杂配电系统可靠性评估 J 电 工技术学报， 2 0 0 5 ， 2 0 ( 1 0 ) ： 1 0 3 1 0 8 1 3 刘柏私， 谢开贵， 马春雷， 等 复杂中压配电网的可靠性 评估分块算法 J 中国电机工程学报 ， 2 0 0 5 ， 25( 4 ) ： 40 4 5 1 4 周念成， 谢开贵， 周家启， 赵渊 ， 刘洋 基于最短路的复 杂配电网可靠性评估分块算法 J 电力系统 自动化， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 2 2 ) ： 3 9 4 4 1 5 B iU i n t o n R， J o n n a v i t h u l a S A t e