（电力系统及其自动化专业论文）基于自调节遗传算法的配电网可靠性规划.pdf

a b s t r a c t 鼢t h ed e v e l o p m e n to fu r b a ne c o n o m ya n dt h ei m p r o v e m e n ti nl i f eq u a l i t yo f t h ep e o p l e ，t h er e q u i r e m e n tt ot h ee l e c t r i ce n e r g yq u a l i t yo fu s e rh a sb e e nm o r ea n d m o r er i g o r o u s d i s t r i b u t i o ns y s t e mi s r e q u i r e dt ob el a y o u ts c i e n t i f i c a lll ya n d r a t i o n a l l y e s p e c i a l l yw i t ht h ei s s u a n c ea n di m p l e m e n t a t i o no ft h ee l e c t r i cp o w e r l a w o fp r ca n dt h ei n i t i a t i o no fp r o f e s s e ds e r v i c eo fp o w e ri n d u s t r y ，t h er e l i a b i l i t yo f d i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a y sa ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tp a r ti np o w e rp r o d u c t i o na n d m a n a g e m e n t t h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mh a sad i r e c tc o n n e c t i o nt oc u s t o m e r s ，s o d i s t r i b u t i o ns y s t e mc a nm a k em o s ti n f l u e n c eo nc u s t o m e r s t h es t a t i s t i c ss h o wt h a t m o r et h a n8 0 l e t t i n go f fo fc u s t o m e r si sl e a d e db yd i s t r i b u t i o ns y s t e mf a u l t t h e r e l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e mi sm o s ti m p o r t a n tt oc u s t o m e r s ot h ep l a n n i n go f r e l i a b i l i t yi nd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n di m p r o v i n gp o w e rs u p p l yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e m a r em o s ts i g n i f i c a n tt h e o r e t i c a l l ya n da c t u a l l y d u et oe l e c t r i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k s ( e d n s ) d i v e r s i t ya n dd i f f i c u l t yo fa n a l y s i s ， ap l a n n i n gm e t h o di se s t a b l i s h e db a s e do nt h er e q u i r e m e n to fr e l i a b i l i t y o r i e m e d p l a n n i n g t h i st h e s i sm a k e ss y s t e m a t i ca n dt h o r o u g hs t u d i e so nt h ec a l c u l a t i o n r e l i a b i l i t yo fe d n s ，t h em a i nf a c t o r si m p a c t i n go nr e l i a b i l i t yo fe d n s ，t h ep r i m a r y m e a s u r e st oi m p r o v er e l i a b i l i t y , t h ea p p l i c a t i o no fi n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o np r o c e s st o a c h i e v et h er e l i a b i l i t yo f p l a n n i n ga n ds oo n t h em a i nc o n t e n t sa l ea sf o l l o w s 1 a s c e r t a i nam e t h o dt ot h ec a l c u l a t i o nr e l i a b i l i t yo fe d n s i na c c o r d a n c ew i t h t h ec h a r a c t e r i s t i c so fe d n s ，t h et h e s i sa b s t r a c t se i g h tk i n d so ft y p i c a lc o n n e c t i o n m o d e s ，a n du s e st h es t a t es p a c em e t h o dt oc a l c u l a t et h ee i g h tk i n d so ft y p i c a ln e t w o r k r e l i a b i l i t yv a l u er e s p e c t i v e l y u s i n gt h ee i g h tr e l i a b i l i t yv a l u e sw e i g h t e dw i t ht h er a t i o o fe i g h tk i n d so ft y p i c a ln e t w o r kc a l lw o r ko u tt h eo v e r a l lr e l i a b i l i t yl e v e l 2 a s c e r t a i nt h em e a s u r e st oi m p r o v er e l i a b i l i t yo fe d n s f i n do u tt h em a i n f a c t o r si m p a c t i n go nr e l i a b i l i t yo fe d n sf r o mt h r e ef a c e t so fo u t a g ef r e q u e n c y , o u t a g e t i m ea n do u t a g es c o p e b a s i n go nt h et h r e ef a c e t s p u tf o r w a r dt h ep r i m a r ym e a s u r e s t oi m p r o v er e l i a b i l i t y 3 t l l i st h e s i si m p r o v e s0 1 1t h ec o m l l l o l lg e n e t i ca l g o r i t h m , a n dp u t sf o r w a r dt h e s e l f - r e g u l a t i o no p e r a t o rt oa v o i dt h ep r e m a t u r ep h e n o m e n aa n dr e g u l a t i v eo p e r a t o rt o a c h i e v et h ec o m p l e xr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea v a i l a b l ep r o j e c t s ，n l ea p p l i c a t i o no f s e l f - r e g u l a t i o ng e n e t i ca l g o r i t h mt oo p t i m i z et h ei n e a s u r e so fi m p r o v i n gr e l i a b i l i t yi n o r d e rt oa c h i e v et h ep u r p o s eo ft h er e l i a b i l i t yo f p l a n n i n g 4 i tc o n s i d e r st h ec o m p l e x i t ya m o n gd i f f e r e n tp r o j e c t s ，r e s p e c t st ot h el i m i t so f r e l i a b i l i t yo fe d n si nt h et a r g e ty e a r , a p p l i e st h es e l f - r e g u l a t i o ng e n e t i ca l g o r i t h mt o f m do u tt h ep r o j e c t sc o m b i n a t i o no ft h em i n i m u t l la m o u n to fi n v e s t m e n t a tl a s t ， c o m p a r et h eg e n e t i ca l g o r i t h m w i t h s e l f - a d j u s t i n gg e n e t i ca l g o r i t h m i nt h e p e r f o r m a n c eo fo p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k s ，r e l i a b i l i t y p l a n n i n g ，c o n n e c t i o nm o d e s ， c o m m o n g e n e t i ca l g o r i t h m ，s e l f - a d j u s t i n gg e n e t i ca l g o r i t h m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：未l 甲签字日期：和矽年彳月2 日 、i i 。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：赳亍 导师签名： 签字日期：加哆年月2 日 签字日期：勺1 年月 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 配电系统可靠性研究的意义 电力系统的可靠性研究工作起始于2 0 世纪6 0 年代，5 0 年以来一直受到同 行专家的关注。我国是从2 0 世纪8 0 年代初期开始对配电系统进行可靠性研究的， 到目前为止这方面已经有了很大的进展【l j 。 所谓供电可靠性，是指在电力系统设备发生故障时，衡量能使由该故障设备 供电的用户供电障碍尽量减少，使电力系统本身保持稳定运行能力的程度【2 】。这 里所说的“使由该故障设备供电的用户供电障碍尽量减少 ，不仅包括了电力系 统在发生设备故障之后，为减少故障影响而进行的倒闸操作及维护，检修的效果， 也包括了操作、维护、检修本身作业停电对用户造成的影响等问题。因此，电力 系统供电可靠性的实质，就是电力系统对用户连续供电能力的量度。但是在相当 长的一段时间里，电力系统的可靠性研究主要侧重于发电系统可靠性或者是以发 电和输电组成的大电力系统可靠性。相比之下，配电系统的可靠性研究远没有得 到应有的重视。主要原因是发电系统的设备与配电系统相比，相对比较集中，设 备一次投资额大，建设周期长，发电容量不足造成的停电给社会及环境带来的后 果的严重性和广泛性容易引起人们的注意。但随着经济的发展，人民生活质量的 不断提高，用户对供电可靠性的要求也越来越高，因此迫切需要对城市电网进行 合理的改造，配电系统的可靠性研究开始引起了人们的重视。 8 0 年代以来，随着经济的发展，配电系统可靠性已越来越占有重要位置： 1 配电系统处于电力系统的末端，直接与用户相连，是包括发电、输变电 和配电在内的整个电力系统与用户联系、向用户供应电能和分配电能的重要环 节。一旦配电系统或设备发生故障或进行检修、试验，往往就会同时造成系统对 用户供电的中断，直到配电系统及其设备的故障被排除或修复，恢复到原来的完 好状态，才能继续对用户供电，整个电力系统对用户的供电能力和质量都必须通 过配电系统来体现，配电系统的可靠性指标实际上是整个电力系统结构及运行特 性的集中反映。 2 配电系统大多采用辐射式的网状结构，对故障比较敏感。据国内外统计 资料表明，配电网络约占整个供电系统投资的6 0 及运行成本的2 0 ，它对用 户供电可靠性的影响也最大，其可靠性直接关系到国民经济和居民生活。 第一章绪论 3 随着科学技术的发展，以电子学为中心的技术飞速发展，以计算机为代 表的高度信息化设备的广泛普及，用户对配电系统可靠性的要求也越来越高，即 使仅从加强配电系统可靠性所花费的资金及其对经济和社会所产生的效益来看， 配电系统在整个电力系统可靠性的工程中也具有极为重要的地位【3 】。 总而言之，研究配电系统可靠性是保证电力系统供电质量、提高电力工业现 代化水平的重要措施，对改善和提高电力工业生产技术和管理水平，提高经济效 益和社会效益以及进行城市电力网络建设和改造都有着重要的指导作用。通过配 电系统可靠性的研究，一方面可以了解整个配电系统的可靠性分布水平，找到配 电网络的薄弱环节，指出网络的改造方向，为城市配电网改造提供参考意见；另 一方面，可以通过定量计算得出不同增强性措施所带来的经济效益，从而把有限 的资金最大限度的增加系统的可靠性。 1 2 我国配电系统可靠性的研究及发展现状 我国配电系统可靠性水平较低。2 0 0 6 年，我国平均供电可靠率指标值为 9 9 8 4 ，户均停电时间约为1 4 小时户，与新加坡( 1 2 4 分钟户) 和美国( 4 7 8 2 分钟户) 相比差距巨大。造成这种差距的主要原因之一是我国配电系统可靠性 研究的发展比较缓慢。我国配电系统可靠性的研究工作始于上个世纪8 0 年代。 8 0 年代国家水利电力部制定了配电系统可靠性统计办法。但是可靠性的研究工 作只是停留在理论的高度，不能用于生产实际。近十几年来，又陆续开展了一些 配电系统可靠性的研究工作，但始终没有真正与实际生产结合起来。 根据现有掌握的国内外配电系统发展的资料分析来看，国内配电系统可靠性 发展迟缓，水平不高的主要原因有以下几点： 1 我国整个电力系统发展起步较发达国家迟缓。电力系统可靠性工程的建 立始于上个世纪7 0 年代，而对配电系统可靠性研究的重视是近十几年的事。 2 我国整个配电系统覆盖面大，结构复杂，设备繁多，事故频发。对于这 样一个配电系统，技术及安全管理的难度非常大。加上建设改造资金的短缺，一 些地区网架结构及其薄弱，陈旧的设备得不到更换，出现了一些线路、变压器设 备超负荷运行，供电的电压、频率不合格等现象，严重影响了配电系统的供电可 靠性。 3 配电系统的可靠性指标是概率性的，建立在可靠性统计数据的基础上。 由于配电系统可靠性的原始参数( 包括每年故障发生的原因、次数、持续的时间、 影响范围等的详细统计，设备的可靠性参数等等) 是进行可靠性研究的前提和基 础，而且是一个十几年甚至几十年的长期的积累过程。所以，在系统运行期间， 第一章绪论 原始数据的统计和整理是至关重要的。在很大的程度上，原始数据的缺乏和可信 度不高阻碍了我国配电系统可靠性研究成果的普及和应用。 4 配电系统自动化程度和设备水平不高。配电网可靠性水平的提高有两方 面因素构成：一是时间上，故障隔离的速度也就是配电系统自动化水平的高低； 二是空间上，设备质量性能高低也就是设备的可靠性水平。而一方面，我国配电 系统自动化的发展刚刚兴起，应用还不广泛；另一方面，国内生产的一些设备的 性能比国外同类产品要低【4 j 。 综上所述，我国的配电系统可靠性水平较发达国家还有很大差距，配电系统 可靠性的研究程度较发达国家还很落后。为了提高整个配电系统的可靠性水平， 迫切需要建立一整套完整的适用于我国配网现状的配电系统可靠性研究、优化和 规划的解决方案。 1 3 本文研究的现实意义及主要工作 1 3 1 本文研究的现实意义 电力系统发展到今天，已经成为为世界各国提供能源和动力的巨大网络。电 力系统的作用是向各类用户提供经济、可靠、符合质量标准的电能。要提高配电 网的可靠性，减少用户侧的停电损失，必然要求电力公司加大对配电网设备的投 资和电网运行的管理费用，因此配电网的高可靠性与低投资成本是一对尖锐的矛 盾，为了寻求配电网供电可靠性与可靠性成本之间的平衡点，本文采取了智能优 化算法来对这些备选方案进行优选，最终在众多备选方案中确定一个最佳可靠性 方案，来实现可靠性的规划。 1 3 2 本文的主要工作 1 根据配电系统自身的特点，确定可靠性计算思路。 2 从停电次数、停电时间和每次停电范围三方面找出影响配网可靠性的原 因，并根据这些原因提出配电系统可靠性的提升措施。 3 在原有遗传算法基础上，提出了防止算法“早熟现象的调节算子和为 满足配电网可靠性提升项目间复杂关系的调整算子，形成本文中所使用的自调节 遗传算法，以实现在充分协调各规划项目之间关系的基础上对其进行优选，从而 达到高可靠性与低成本之间的平衡，最终实现可靠性规划的目的。 第二章可靠性理论基础 第二章可靠性理论基础 2 1 配电系统可靠性评估方法 配电网供电可靠性计算一般分为三种方法：一种是解析法，一种是模拟法， 另一种是人工智能法。这是三个完全不同的研究方法。 2 1 1 解析法 解析法是将元件或系统的寿命过程加以合理的理想化，并用数学模型来描述 这一寿命过程，而后通过计算机运算程序求解，得出所需要的可靠性指标；解析 法具有自己的一些优点，可以采用较严格的数学模型和一些有效的算法( 包括近 似法) 对系统的可靠性进行比较周密的分析，模型精度较高。计算相对比较简单， 计算速度较快p j 。 在配电系统可靠性评估中，解析法是最常用的方法，可以进一步分为以下几 类： 1 网络等值，其基本思想是将复杂的网络拓扑结构转化为容易求解的简单 网络结构，具体的实现是通过对分支子馈线向上和向下两步等效来完成。网络等 值法成功地解决了复杂配电系统计算量方面的难题，但还是存在两方面的不足： 1 ) 需要对子系统进行连续等值；2 ) 只能得到等效负荷和系统的可靠性指标。如 果要得到各负荷点的可靠性指标，还必须从等效负荷出发，用f m e a 法来求取， 届时计算量仍将十分庞大。 2 状态空间法，通过列举系统可能的状态空间，确定状态间的转移模式和 转移概率，将状态进行故障后果分类，根据马尔科夫方程计算状态概率和频率， 最后得到可靠性指标。状态空间法适用于处理多状态元件和独立的故障，例如考 虑保护系统的分级动作，但列举系统所有状态非常繁琐。 3 故障模式后果分析法( 删) ，该方法通过对系统中各元件状态的搜索， 列出全部可能的系统状态，然后根据所规定的可靠性判据对系统的所有状态进行 检验分析，找出系统的故障模式集合，然后在此状态集合的基础上，求得系统的 可靠性指标，f m e a 法原理简单、清晰，模型准确，已广泛用于辐射形配电网的 可靠性评估。但是，他的计算量随元件数目的增长成指数增长，所以当配电网的 结构比较复杂，元件数目及操作方式增多时，系统故障模式急剧增加，计算将变 第二章可靠性理论基础 得冗长繁琐，因此，用f m e a 法直接对一个复杂的辐射形配电网进行评估是很 困难的。 4 最小路法，其基本思想是对每一负荷点求取其最小路，根据网络实际情 况将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响，折算到相应的最小路节点 上，从而对每个负荷点的可靠性指标，仅对其最小路上元件与节点进行计算即可。 该方法不适于计算带子馈线的复杂系统，文献 6 提出了一种结合网络等值和最 小路的可靠性评估方法，对于复杂配电系统中的分支馈线运用等值方法将其等值 成主馈线上的等值元件，然后运用最小路法，计算负荷点的可靠性指标，进而计 算系统的可靠性指标。 5 最小割集法，采用最4 , 害j l 集理论，根据最小路来求最小割集，进而计算 负荷点的可靠性指标。 6 故障树分析法，通过对可能造成故障的因素进行分析，构成故障树，从 而确定故障原因的各种可能组合及其发生的概率。故障树分析法提供了一种系统 的方法来阐明元件与系统故障间的因果关系，能迅速发现最重要的故障和网络中 的薄弱环节。 。 7 故障扩散法，故障扩散法是在故障后果分析法的基础上，通过判断故障 的影响范围来进行可靠性评估的。它的总体思想是：当元件发生故障时，前向搜 索断路器和前后向搜索隔离开关，以此来确定断路器和隔离开关的影响范围，并 形成各分块子系统。然后通过判断是否与电源或切换开关相连区分出节点类型， 再分别计算各类节点中的负荷点的可靠性指标。故障扩散法的优点是能够一次性 求得节点和系统的全部可靠性指标，而且便于分析系统的薄弱环节，以便采取相 应的增强措施。它的缺点仍然是计算量很大，如果能够采取一些措施提高其计算 速度的话，这种方法是非常容易被接受的。 8 馈线分区法，根据故障扩散范围和恢复停电范围以开关装置为边界的特 点，对配电系统进行馈线分区，得到以区域和开关弧为网络元件的区域网络模型， 再根据区域网络模型计算系统和负荷的可靠性指标【7 】。 2 1 2 模拟法 模拟法是在计算机上模拟元件的寿命过程实际现实，并通过对此模拟过程进 行若干时间的观察，估计所要求的可靠性指标。因此模拟法是把过程当作系统的 真实试验来处理【7 j 。 模拟法适用于以下计算： 1 需要模拟非指数型分布的可靠性参数； 2 需要某些输出指标的分布函数或统计数据； 第二章可靠性理论基础 3 故障、修复、计划检修问存在着比较复杂的关系： 4 对于大系统，解析法有时显得十分复杂，不能很容易的建立数学模型， 有时即使建立了数学模型，也难于获得数值解。这时，模拟法则成为一种有效的 工具。 模拟法十分灵活，且不受系统规模限制，它可以详细模拟事故前的备件、发 电和输电停运及运行中的实际问题，但耗时多而且精度不高，这种方法主要用于 发、输电组合系统及变电站的可靠性评估中【8 - 9 】。 2 1 3 人工智能法 近年来，人们尝试将人工智能的方法引入到可靠性分析领域。出现了所谓的 人工神经网络评价可靠性的方法。它的核心是三层前向传递网络和反向传播学习 法则【1 w 。三层前向传递网络是输入层、隐藏层和输出层。反向传递学习法则是将 多层前向传递网络的实际输出与期望输出之间的平方误差降至最低限度的负梯 度算法。通过传递误差来调整输出层各节点与最低层之间的连接权重，再结合历 史数据得出配电系统的可靠性指标。 神经网络法的主要优点是可以得到很高的精度，它还可以处理由于过负荷或 故障引起的系统结构改变和多个断路器同时跳开的问题【1 1 1 。但这种方法对历史数 据要求较高，能够处理的系统规模也有限。 2 2 配电系统可靠性评估指标体系 我们关注的配电系统主要是指l o l l o k v 的网络，它的可靠性分析主要是计 算负荷点的可靠性指标和为了提高这些指标所必需采取的措施。此外整个配电系 统的可靠性分析也是一个重要的课题。配电系统可靠性的评价标准不可能只有一 个。我们知道，用户的供电质量往往是受到停运频率、停运持续时间以及其它因 素的影响。因此至少可以从两个方面来分析配电系统的可靠性。 1 对于用户来说，任何用户都希望对自己能充分保证供电，不受到停电的 影响。因此，他们感兴趣的可靠性指标显然是服务质量。 2 对于供电部门来说，他们感兴趣的指标是对系统所有用户的平均服务质 量或最差供电指标。 配电系统可靠性评估的指标主要包括：各类负荷点可靠性指标和各类系统可 靠性指标。 第二章可靠性理论基础 2 2 1 负荷点可靠性指标 负荷点可靠性指标用于评估系统中每个负荷点的可靠程度，主要有以下几种 基本指标1 2 】： 1 平均停运率a 负荷点平均停运率是一定时间内( 通常为一年) 负荷点停运率的期望值，对 于两状态模型，停运率由元件故障率决定，对于三状态模型，还要考虑计划检修 率的影响。 2 平均年停运时间汐 负荷点平均停运时间是年内负荷点停运持续时间的期望值，对于两状态模 型，停运时间由故障停运时间决定，对于三状态模型，还要考虑计划检修时间的 影响。 3 平均停运持续时间， 负荷点平均停运持续时间是负荷点平均每次停运所持续的时间。 甜 ，2 _ ( 2 1 ) 名 7 式中：驴一负荷点平均年停用时间。 卜负荷点平均停运率。 2 2 2 系统可靠性指标 系统可靠性指标用于评估整个系统的可靠程度，主要有以下几种系统可靠性 指标【1 3 】： 1 系统平均停电频率指标s a i f i 系统平均停电频率指标是指每个由系统供电的用户在每单位时间内( 通常采 用一年) 的平均停电次数。 s a i f i = 笔警= 磷 协2 ， 式中：a 广负荷点i 的平均停用率； 卜负荷点i 的用户数。 2 系统平均停电持续时间指标s a i d i 系统平均停电持续时间指标是指每个由系统供电的用户在一年中经受的平 均停电持续时间。 翩删= 型案笋= 磷 亿3 ， 式中：研一负荷点i 的平均年停运时间： 第二章可靠性理论基础 所一负荷点f 的用户数。 3 用户平均停电频率指标c a i f i 用户平均停电频率指标是指系统中每个受停电影响的用户在年中的平均 停电次数。 c a i f i ：一些掣墼 ( 2 - 4 ) 2 夏西丽再丽 。z - 4 ) 4 用户平均停电持续时间指标c a i d i 用户平均停电持续时间指标是指系统中每个受停电影响的用户在一年中经 受的平均停电持续时间。 一= 筹糌= 瓷 协5 ， 式中：衍一负荷点f 的平均停用率； 研一负荷点f 的平均年停运时间； 7 卜负荷点f 的用户数。 5 平均用电有效度指标么叫 平均用电有效度指标是指一年中用户经受的不停电小时数与用户要求的总 供电小时数之比。用户要求的小时数采用全年1 2 个月平均运行的用户数乘以 8 7 6 0 个小时。即： 删= = 等选俨小器c 2 _ 6 ) 式中：研一负荷点f 的平均年停运时间； 卜负荷点i 的用户数。 6 系统总电量不足指标e n s 系统总电量不足指标是指系统在一年中总的电力供给不足。 e n s = 系统总的电量不足= y 厶v ( 2 7 ) 式中：u 卜负荷点f 的平均年停运时间； 三广连接在负荷点f 上的平均负荷。 7 系统平均电量不足指标a e n s 系统平均电量不足指标是指系统中每个用户在一年中平均供给电量不足。 一= 掣器笋= 瓷 协8 ， 式中：厶一连接在负荷点i 上的平均负荷： 矾一负荷点i 的平均年停运时间； m 一负荷点i 的用户数。 第二章可靠性理论基础 2 3 配电系统可靠性计算思路 本文在可靠性指标选取上采用的是平均用电有效度指标( a s a i ) 。在分析可 靠性指标时，必须充分考虑配电系统的一些特点。首先，配电系统是由许多特有 的设备组成的，每种设备的故障概率和修复时间可能是按照不同的函数进行分布 的，例如架空线路的故障概率可以近似的看成指数分布，而电缆的修复时间则更 接近于正态分布，其他元件也有类似的情况，如果计及这些不同类型的分布，将 使计算大大的复杂化，因此在本文有关可靠性的计算中将这些设备的故障概率和 修复时间设定成一个恒定值。其次，根据现有设计标准，配电系统很多情况下为 冗余系统，即任一元件的故障均可采用手动或自动的切换方式使用户不致长期断 电。切换时间一般为2 r a i n ( 自动切换) 或o 3 h ( 手动切换) f 在分析可靠性时一 般不计入自动切换时间所产生的影响。最后，由于配电系统的结构往往比较复杂， 为了运行方便，一般采用环形网络开环运行( 即形成辐射型) 。这样的运行方式 将使可靠性分析简单化，因此可以辐射型配电系统的可靠性分析作为基础。 在计算可靠性指标a s a i 时，本文采用的是解析法中的状态空间法。这种方 法的优点是适用于小型电力系统的可靠性评估，概念清晰、易于理解，可得到唯 一确定的结果。但其计算工作量随系统规模呈指数关系增长，而且当系统越来越 复杂时，其状态空间的状态数巨增，这必然会造成维数灾难。所以本文在计算规 划区的整体可靠性指标值时采用的是基于典型网络的可靠性指标值比例加权的 计算方法。本文提出的规划网可靠性具体计算思路如下： 1 根据配电网辐射状供电的特点，按分段和联络情况的不同，将基本网络 结构抽象为8 种典型的接线模式，即：单辐射、单辐射两分段、单辐射三分段、 单辐射四分段：单联络、两分段联络、三分段联络和四分段联络，并计算它们之 间的比例关系； 2 利用状态空间法分别计算8 种典型接线模式的可靠性指标值a s a i 。 3 将计算出的每种典型接线模式的可靠性值与它们之间比例加权，可以得 到规划区的可靠性总体水平。 2 4 配电系统可靠性计算需要的已知数据 由a s a i 公式可以看出， 上，具体用公式表示为： u j = 只z s 该指标计算主要集中在年该地区总的停电时户数 式中：尸广一某种设备的故障概率； ( 2 9 ) 第二章可靠性理论基础 野一该设备故障所导致的停电时间； 沪该设备故障所影响的范围，即该故障导致的停电用户数。 由公式( 2 - 9 ) 可以看出，采用状态空间法进行供电可靠性计算，所需要的 要素应该包括以下几点： 1 各类设备的停电率( 或者故障率) ； 2 各类设备的平均停电时间( 或者故障修复时间) ； 3 网络结构。 其中，网络结构可通过各种接线模式所占的比例进行组合来得出；其他两类 需要根据实际电力规划区的停电记录统计来获得，具体所需参数见表2 - 1 。 表2 1 停电率、停电时间参数统计表 停电率时间 ( 线路：次公里年：设备：次台年) ( 小时次) 配电配电 架空线电缆断路器架空线电缆断路器 变压器变压器 故障l 预安排 故障l 预安排故障| 预安排故障| 预安排故浏预安排故酬预安排故吲预安排故浏预安排 il 1id 忑翰骱xp 翰毫嚣 e 玉p e tt 蕊空 p t 絮窑t a mp | 镀t 隅文p t 嘛。 t n e 舅e p t 配童 删- j 宝 电tr 龟麓 2 5 配电系统典型网络可靠性计算 由于配电系统的结构往往比较复杂，为了运行方便，一般采用环形网络开环 运行( 形成辐射型) 。这样的运行方式将使可靠性分析简单化，因此可以辐射型 配电系统的可靠性分析作为基础。为此我们从配电系统网络抽象出8 种典型网 络，分别为：单辐射、单辐射两分段、单辐射三分段、单辐射四分段；单联络、 两分段联络、三分段联络和四分段联络【l5 。1 。7 1 。此外作出如下假设，首先，在这8 种典型网络中，配电线路同时包括架空线路和电缆线路。在计算每种典型网络的 线路故障时，两种类型线路的停电时户数将乘以其各自所占的比例值。其次，断 路器的故障计算将不考虑断路器失灵产生的故障，而只考虑断路器自身固有的故 障。最后，配电系统的可靠性计算不计入母线故障对可靠性的影响。 第二章可靠性理论基础 2 5 1 单辐射 。 以表2 1 中的变量为参数，结合图2 1 所示，可以计算出单辐射的停电时户 数为： 停电时户数z = a + b + c + d + e + f ( 2 1 0 ) a = 如空x x ( 嘻空+ 架空故障查找x n ) x s 架空 b = ( p 架空x l x 架空x n ) x s 架空 c = 缆x l x ( t 电绒+ 龟缆赦障查找x n ) x 缆 d = ( 魄缆x l x 电缆x n ) x i 踺缆 e = ( k 路器x t 断路嚣x n ) + ( p 断路器p 路嚣x n ) f = ( 彳配变龟变x n ) + ( p 配变p 变x n ) 么黝k 射= 1 一壁8 7 业6 0 xn ( 2 1 1 ) 式中：a 表示架空线路故障停电所导致的停电时户数；b 表示架空线路三预 安排停电所导致的停电时户数；c 表示电缆线路三故障停电所导致的停电时户数； d 表示电缆线路上预安排停电所导致的停电时户数；骧示断路器故障停电和预安 排停电所导致的停电时户数；朦示配电变压器故障停电和预安排停电所导致的 停电时户数；正茛示线路三的长度；脓示该线路所带的配电变压器个数；壕空故障查 找表示架空线路故障查找时间；f 电爨故障耷找表示电缆线路故障查找时间；s 架空表示架 空线所占的比例；s 蝼表示电缆线所占的比例，s 魁如电缠= l 。 2 5 2 单辐射两分段 图2 - 2 单辐射两分段接线图 第二章可靠性理论基础 以表2 1 中的变量为参数，结合图2 2 所示，可以计算出单辐射两分段的停 电时户数为： 停电时户数z = ( 彳+ 曰) + c + ( d + e ) + f + g + 何+ j + ，( 2 1 2 ) 其中： 彳= ( 懿空( 嘻空故障查找x ( l + 2 ) + 空( l + 2 ) ) ) - 跷空 召= ( 懿空厶( 7 架空故障查找( i + 2 ) + 嗉空2 ) ) 空 c = 踬空x t , 架空x ( n l + 2 ) 空+ 垛空乞臁空x 2x 赣空 d = ( 丸缆x l j ( 龟缆故障查找( m + 2 ) + 毛缝( l + 2 ) ) ) 缆 e = ( 砧缆厶( 龟缆故障查找( l + 2 ) + 龟缆2 ) ) x 绞 、 f = 魄缆魄缆( l + 2 ) 缆+ 风缆，2 x 魄磊2 缆 g = k 路器1 f 薪路嚣( i + 2 ) + k 路器2 x k 路嚣( l + 2 ) h = p 薪路器l p f 薪路嚣( l + 2 ) + p 断路嚣2 p 啬路器( l + 2 ) 1 = k 变变x l + 砧变龟变2 j = p 毛变p 龟变 + p 毫变x p 变x 2 彳翩一一器 ( 2 _ 1 3 ) 式中：a + b 表示架空线路三，和如故障停电所导致的停电时户数；c 表示架空 线路三，和三2 预安排停电所导致的停电时户数；d + 点j 茛示电缆线路三，和如故障停电 所导致的停电时户数；朦示电缆线路上，和三2 预安排停电所导致的停电时户数；g 表示断路器l 、2 故障停电所导致的停电时户数；骧示断路器l 、2 预安排停电 所导致的停电时户数；威示配电变压器故障停电所导致的停电时户数；威示配 电变压器预安排停电所导致的停电时户数；，表示线路上，的长度；厶表示线路厶的 长度；，表示线路j 上的配电变压器个数；2 表示线路三2 上的配电变压器个数， 其它参数同单辐射中的参数定义。 2 5 3 单辐射三分段 图2 - 3 单辐射三分段接线图 以表2 1 中的变量为参数，结合图2 3 所示，可以计算出单辐射三分段的停 电时户数为： 停电时户数z = ( 彳+ b + c ) + d + ( e + f + g ) + h + ，+ ，+ 尺+ 三 ( 2 1 4 ) 第二章可靠性理论基础 其中： a = ( 如空x l ix ( t 架空故障查找( l + 2 + n p + 唤空( i + 2 + 3 ) ) ) - 空 口= ( k 空如x ( t 架空故障查找( l + 2 + 3 ) + 架空( 2 + 3 ) ) ) - 跣空 c = ( 懿空厶x ( t i n 空故障查找( l + 2 + 3 ) + t m 空3 ) ) & 空 d = p 架空x l , 胀空( l + 2 + 3 ) 跌空+ 强空厶p t m 霹, x ( 2 + 3 ) 空 + p 架空屯x p t 架空3 s 架空 e = ( 砧缆厶( 龟缆故障查找( n l + n 2 + 3 ) + 龟缆( l + 2 + 3 ) ) ) 墨缆 f = ( 九缆x 1 2 ( 飞缆故障查找( l + 2 + 3 ) + t 电t t ( 2 + 3 ) ) ) 缆 g = ( 九缆( 飞缆故障查找( l + 2 + 3 ) + 龟缆3 ) ) 缒 h = 魄缆x l i p 飞缆( l + 2 + 3 ) x 缆+ 魄缆乞魄缆x ( 2 + 3 ) 缆 + p 黾缆厶x p 龟缆x p x 3 x 缆 i = 砧路嚣l k 路器( l + 2 + 3 ) + k 路黝躺x ( l + 2 + 3 ) + k 路嚣3 k 路嚣( 2 + n p d = p h 器l xp k 略器( l + 2 + 3 ) + 路嚣2xp k 路器x ( l + 2 + 3 ) + p 断路嚣3 p k 路器( n 2 + 3 ) k = k 变x k 变x n l + 砝变f 配变：+ k 变x t 配变3 l = 绳变x p 酸x l + 瞻变x p k 变x n 2 + 魄变x p t 配变x 3 删& - 1 一蒜器 ( 2 - 1 5 ) 式中：a + b + c 表示架空线路卜三2 和3 故障停电所导致的停电时户数；d 表 示架空线路上卜三2 和三3 预安排停电所导致的停电时户数；e + n g 表示电缆线路三卜 幻和厶故障停电所导致的停电时户数；骧示电缆线路三，、2 和幻预安排停电所 导致的停电时户数；廉示断路器l 、2 、3 故障停电所导致的停电时户数；威示 断路器1 、2 、3 预安排停电所导致的停电时户数；臁示配电变压器故障停电所 导致的停电时户数；三表示配电变压器预安排停电所导致的停电时户数；厶表示 线路三，的长度；，2 表示线路三2 的长度；b 表示线路厶的长度：m 表示线路三，上的配 电变压器个数；m 表示线路三2 上的配电变压器个数；肌表示线路三3 上的配电变压 器个数，其它参数同单辐射中的参数定义。 2 5 4 单辐射四分段 母线 配变个 配变个配变个 数n l 数n 2 数n 3 图2 _ 4 单辐射四分段接线图 配变个 数n 4 第二章可靠性理论基础 以表2 - 1 中的变量为参数，结合图2 4 所示，可| ；l 计算出单辐射四分段的停 电时户数为： 停电时户数z = ( 一+ 占+ c + d ) + e + ( ，+ g + 胃十) + ，+ 茁+ 三+ + ( 2 1 6 ) 其中： a = ( 岛! ( ! & _ 雠x ( m 十2 + 3 + m ) + k ! ( m + 鸠+ 以+ m ) ) ) & ! b = ( 厶x l ( k # _ i # ( m + m + m + 川) + k ! x ( 2 + m + m ) ) ) “岛! c = ( 冬! x ( # - t # ( m + m + 札+ | ) + 喧x ( m + m ) ) ) 。! d = ( 姓x ( 姚黼戤x ( h + m 十，+ ) + 髓x m ) ) s 黜 f = a ! x 。p k i ( m + m + m + 4 ) 。& ! + 风! l x 搬x ( m + m + m ) 。岛! + i x x p t t x ( m + | ) 。& ! + ! x 。p t l ! 。是2 f = ( 九t x ( k * 蝴# ( h + 也+ 心+ m ) + b 。( 川+ m + 以+ n 0 ) ) 墨 g = ( 幔x ( 哺姐黜( l + 以+ m + | ) + k ( 2 + m + m ) ) ) 。墨m = ( # x ( 蚺_ t # x ( h + 2 + m + h ) + 龟# ( m + ) ) ) x s 哺 j = ( 厶_ x ( # # _ t n x ( h + h + 以+ 虬) +