（水利水电工程专业论文）城市电网可靠性与计划的经济性研究.pdf

摘要 随着社会经济的发展，用户对电力供应可靠性的要求越来越高。一方面用户 希望在经济的前提下得到可靠度高的供电，以降低其停电损失；而另一方面，供 电部门在提高供电可靠性上受着资金和技术的限制。解决这一矛盾最好的办法就 是采用可靠性成本一效益分析法，综合分析供电侧的投资成本和用电侧的停电损 失，寻求一最优可靠度，使供用电双方的成本费用为最小。在这一研究中，最难 确定的就是系统用户的停电损失。 停电损失反映了供电不可靠的程度，它与可靠性指标有关系，而制定可靠性 指标并对其进行定量评估是开展可靠性经济性研究的基础。作为电力系统的重要 负荷中心，城市电网配电系统可靠性指标的建立及定量评估有其自身的特点。本 文在研究城网系统运行特点以及国内外可靠性指标体系的基础上，确立了城网系 统可靠性指标的制定应从用户负荷点和系统这两个方面来考虑，即它们不仅要能 反映系统的运行特性，也应当是在用户侧有意义的。 在定量评估负荷点或系统可靠性指标的研究中，本文较全面地分析了各元件 故障和元件在线路中的位置以及计划检修、临时停电、天气因素、负荷转移等因 素对估算负荷点可靠性指标的影响；研究了现有的可靠性评估模型，结合城市电 网的实际运行特点，采用一种综合的方法估算辐射型电网的可靠性指标，算例结 果表明它是有效可行的。 停电损失是研究可靠性经济性问题的重点。本文比较深入地论述了停电损失 的概念，明确了其分类，分析了影响停电损失的各种因素。论述了过去或现在测 定停电损失的方法，以及这些方法的优缺点，确定了利用用户调查法来估算不同 用户的停电损失。根据各类用户用电特性、停电特性和经济活动的不同特点，对 它们的停电损失作定性及定量的分析，提出了三类( 住宅、工业、商业) 用户的 停电损失估算模型，并设计了调查表，利用调查表对住宅类用户进行实际调查， 经过数据处理获得该类用户的停电损失值，验证了调查表的合理性。在深入分析 研究国外估算系统及负荷点停电损失的方法的基础上，结合我国实际情况，对估 算公式进行了修正，对数据处理过程做了改进。在一定计算条件下，分别采用两 种不同的费用模型，对一算例求系统的停电损失，所得结果相近，说明利用这两 种模型估算系统停电损失是可行的正确的，然后对它们进行了比较，并提出一种 使停电损失的估算具有通用性的新思想。最后，对于停电损失运用于可靠性优化 规划，从理论上作了初步探讨。 关键词：城网配电系统可靠性评估停电损失可靠性成本效益可靠性优 化规划 i i a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y ，c u s t o m e r s d e m a n do nt h er e l i a b i l i t yo ft h e p o w e rs u p p l yb e c o m eh i g h e ra n dh i g h e r o nt h eo n eh a n d ，t h ec u s t o m e r sh o p ef o r h i g h e rr e l i a b i l i t yw i t hl e s sm o n e y t or e d u c et h e i ro u t a g ec o s t s ；o nt h eo t h e rh a n d ，i t i sd i f f i c u l tf o rt h e s u p p l yd e p a r t m e n t t oe n h a n c et h e p o w e rs u p p l y sr e l i a b i l i t y b e c a u s eo ft h el i m i to fm o n e ya n dt e c h n o l o g y t h eb e s tw a yt os o l v et h ep r o b l e mi s t oa d o p tt h er e l i a b i l i t yc o s t b e n e f i ta n a l y s i sm e t h o dw h i c ha n a l y z et h eo u t a g ec o s t s o fg e n e r a t i o ns i d ea n dd e m a n ds i d et of i n dt h eo p t i m a lr e l i a b i l i t yt or e d u c et h e p o w e rc o m p a n ya n dt h e c u s t o m e r sc o s t st ot h e l e a s t d u r i n gt h es t u d yo ft h e r e l i a b i l i t y ，i ti st h em o s td i f f i c u l tt oe s t i m a t et h es y s t e m su s e r so u t a g ec o s t s t h eo u t a g ec o s t sc a nb er e g a r d e da sa ni n d e xt oi m a g et h eu n r e l i a b i l i t ye x t e n t a n dt h e r ei st h er e l a t i o nb e t w e e no u t a g ec o s t sa n d r e l i a b i l i t yi n d e x h o w t oe s t a b l i s h t h e r e l i a b i l i t y i n d e xa n dh o wt oe v a l u a t ei ta r et h eb a s i so ft h e s t u d y o nt h e e c o n o m i c so f p o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t y a st h ei m p o r t a n tl o a dc e n t e ro fp o w e rs y s t e m t h ee s t a b l i s h m e n ta n de v a l u a t i o no fd i s t r i b u t i o ns y s t e m s r e l i a b i l i t y i n d e xh a sh i s c h a r a c t e r i s t i c s b a s e do nt h e p r o f o u n ds t u d yo ft h eo p e r a t i o no fu r b a n n e t w o r k s y s t e m ，t h i st h e s i se s t i m a t et h a tt h ee s t a b l i s h m e n to ft h er e l i a b i l i t yi n d e xs h o u l db e c o n s i d e r e df r o mt w o a s p e c t sn a m e l yl o a dp o i n ta n dt h ew h o l es y s t e m ，t h a ti st h e yn o t o n l y d e s c r i b et h e o p e r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so ft h e s y s t e m ，b u t a l s o i m a g e t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ei n t e r r u p t i o nt ot h eu s e r s t h i st h e s i sd i s c u s s e dt h ea f f e c t i o no fa l lk i n d so f c o m p o n e n t sc o n t i n g e n c ya n d t h ec o m p o n e n t s p o s i t i o ni nt h el i n ea n do t h e rf a c t o r so nt h ee v a l u a t i o no fl o a dp o i n t r e l i a b i l i t y i n d e x t h i st h e s i s a d o p t s ai n t e g r a t i v em e t h o dt od e a lw i t hs i m p l e o r c o m p l e xd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t ht h es y s t e m sp r a c t i c a lo p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s a n dt h er e s u l t so ft h ee x a m p l er e v e a lt h a ti ti sf e a s i b l e t h e k e yt os t u d yt h ee c o n o m i c so fp o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t yi so u t a g ec o s t s t h i s t h e s i sd i s c u s s e st h ec o n c e p t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no ft h eo u t a g ec o s t s ，a n dt h ef a c t o r s i n f l u e n c i n go u t a g e c o s t sa n dt h em e t h o do f o u t a g e c o s t se s t i m a t i o na n di t s a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa r ep r e s e n t e d ，a tl a s tc u s t o m e rs u r v e yi sr e g a r d e da sa b e t t e rw a yt oe v a l u a t e st h eo u t a g ec o s t s a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so f u s e r se c o n o m i ca c t i v i t i e sa n dt h e e n e r g yc o n s u m p t i o n ，t h e t h e s i s g i v e s a q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so n t h eu s e r s o u t a g ec o s t sa n dg i v e st h eo u t a g ec o s t se s t i m a t i o n m o d e lo ft h r e ek i n d so fu s e r s ( r e s i d e n t i a ls e c t o r ，i n d u s t r i a ls e c t o r ，c o m m e r c i a l s e c t o r ) b yd e s i g n - s u r v e yt a b l e ，r e s i d e n t i a lu s e r sa r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h er e s i d e n t i a l u s e r so u t a g ec o s t sa r ee s t i m a t e d 。b a s e do nt h ep r o f o u n ds t u d yo ft h em e t h o dw h i c hi s u s e dt oe s t i m a t et h eo u t a g ec o s t sa b r o a d ，t h et h e s i sa m e n d st h ee s t i m a t i o nm e t h o d w h i c hm a k e st h ee s t i m a t i o nm o r er e a s o n a b l ew i t ht h ep r a c t i c a ls i t u a t i o ni no u r c o u n t r y u n d e rac e r t a i n c a l c u l a t i o nc i r c u m s t a n c e ，t h et h e s i sa d o p t st w od i f f e r e n t c o s t sm o d e l st oc a l c u l a t eae x a m p l e so u t a g ec o s t sw h i c hi l l u m i n a t et h a ta d o p t i n g t h et w om o d e l st oe s t i m a t eo u t a g ec o s t si sf e a s i b l e a tl a s t ，t h eo u t a g ec o s t sa r eu s e d o nr e l i a b i l i t yo p t i m i z a t i o np r o j e c ta r et h e o r e t i c a l l yd i s c u s s e d k e yw o r d s ：u r b a n - n e t w o r kd i s t r i b u t i o ns y s t e m ；r e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n ；o u t a g e c o s t ；r e l i a b i l i t yc o s tb e n e f i t ；r e l i a b i l i t yo p t i m i z a t i o np r o j e c t 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：陈峻 日期：加= 年月；日 苎二兰堕丝一 第一章绪论 1 1 引盲 按照电力系统对供电质量的要求，电力系统必须按用户需要的功率水平和选 择用电的时间和地点向用户供电，同时还要保证所供电能的质量，即在可接受的 要求下，保证电能的连续性且电压和频率必须维持在允许的变化范围之内。所以， 在用户任何时候需要用电时可绝对保证供电的理想电力系统是完全可靠的电力 系统：反之，永远不能向用户供电的系统是完全不可靠的系统。所有实际的电力 系统都介于这两者之间。随着电力系统规模的不断扩大，系统结构的日趋复杂， 用户对电力依赖程度的加深，电力系统的可靠性问题将会越显突出。 城市电网是电力系统的主要负荷中心，又是城市现代化建设的一项重要基础 设施，城网建设改造工作的好坏直接影响到国民经济发展及人民物质文化生活水 平的提高和改善。所以，城网建设中规划合理的供电可靠性水平，确保向用户提 供安全、经济、可靠、优质的电能，是搞好城市电网建设改造的关键。 随着国民经济的增长，社会的高度信息化和现代化，社会对电力的依赖程度 也不断加深，用户对电力供应的可靠程度的要求也越来越高，供电的可靠与否将 直接对用户的生产和生活产生愈来愈大的影响。如果供电不可靠，造成用户停电， 不仅会直接影响供电部门的经济效益，而且会对用户造成相当的经济损失和不良 的社会影响。反之，如果提高了供电的可靠性水平，用户的损失就会减少，供电 部门的经济效益也会增加。但是，电力部门为了提高供电可靠性水平，就必须改 进生产技术或新建、扩建和改造电力设施，增大系统容量，提高系统和设备的健 康水平，因而也就必须增加额外投资。这就使电力部门面临着两个决策问题： 一个是要把可靠性水平提高到一定的程度，从经济上考虑应如何选择提高可靠性 措施的最佳组合方案的问题；另个是应花多大投资把可靠性提高到何种水平为 最优的问题。在实际工程中，电力使用者总是希望能在经济的前提下获得高可靠 的供电，以减小停电带来的经济损失，而供电企业在设计系统建设方案时则受到 资金限制的约束，这就使得用电侧和供电侧在供电可靠性及其经济性问题上存在 着矛盾。如何协调好可靠性与经济性之间的矛盾，已成为亟待解决的问题。 同时我国现在还处于社会主义初级阶段，生产力水平比较低，建设资金紧张。 昆明理工大学硕士研究生学位论文 电力工业是投资密集型产业，建设和改造需要巨额投资。如何在资金紧张的情况 下更好地满足用户负荷需求增长的需要，已成为电力部门十分关注的问题。 为了解决以上问题，研究人员逐渐认识到利用经济和技术的方法，同时将供 电侧和用电侧摆在一起考虑，本着用电的净社会效益最大的原则设计电网建设方 案，并寻求一种最优的可靠性水平，使得在此最优的可靠性水平下，社会总费用 支出为最小。方案中电力总成本应该包括两个部分：( 1 ) 电力部门用于电力建设、 生产和供应的投资成本( 也包含运行成本) 。它同于可靠性优化理论一可靠性成 本效益分析法中的可靠性成本，可以利用电力系统设计和规划时经常使用的技 术经济分析直接求得。( 2 ) 电力供给不足引起的断电、缺电所造成的经济损失， 即用户和供电企业的停电损失。停电损失是供电可靠性水平的直接经济体现，可 以间接的表述可靠性成本效益分析法中的可靠性效益。电网规划中，必须同时 追求系统投资成本和停电损失为最低，由供电侧和用电侧共同决定能让双方都满 意的最优可靠度，以获得一个能满足负荷需求的增长且经济合理的规划方案。 可以预见，随着电力工业改革的逐步深入及电力市场机制的健全和完善，在 电力系统运行和规划中，结合我国的实际情况来研究用户的停电损失是十分有必 要的。同时，研究可靠性与停电损失的关系、确定最优可靠性水平的方法，探讨 基于综合成本的电网规划及可靠性优化模型，也必将会受到更多的重视，得到更 广泛的应用。 1 2 城市电网可靠性经济性的研究现状 城网可靠性与计划的经济性研究属于可靠性经济学中的内容，而可靠性经济 学i l 】是从经济方面对可靠性工程与管理进行分析评估的技术科学，它是一种定量 的科学，它研究的主要内容就是可靠性投资( 可靠性成本) 与可靠性增益( 可靠 性效益，可由停电损失来表述) 的分析方法，而可靠性指标及其定量评估是可靠 性经济学的基础。下面就可靠性指标及评估的研究现状、系统停电损失的研究现 状和可靠性优化及其应用于电网规划的研究现状分别进行说明。 1 2 1 城网系统可靠性指标及其评估的研究现状 所谓城市电网可靠性指标主要是指城市配电系统的可靠性指标。配电系统可 靠性的研究起步晚于发电和输电系统的研究。这主要是由于发电厂非常集中，而 且发电容量不足及输电线路出现故障将可能会对系统带来严重的后果，如系统的 崩溃，给社会造成巨大的损失。而配电系统停电的影响是非常局部的，因此人们 往往忽略了对城市配电系统可靠性的研究。随着统计工作的不断完善和数据资料 2 第一章绪论 的不断积累，人们研究发现，大约有9 0 的用户停电是由城市配电系统的故障 引起的【2 1 。同时，虽然某一个配电网的投资不大，但为数众多的配电网投资累计 则将是一个十分可观的数字，这就意味着配电网可靠性的工程应用将可以带来巨 大的经济效益。 在发达国家，可靠性评估己成为城网配电系统可靠性标准的研究课题，无论 是在数据统计方面，还是在评估的模型和算法方面，都形成了较为成熟的方法【3 】。 同时将停电损失列入规划方案的比较，将可靠性和经济性统一协调，使可靠性技 术的应用发展到了一个新的层次。我国的城市配电系统可靠性评估起步较晚。但 近年来，随着电力企业管理工作加强，电力法的实旋和电力服务承诺制的开 展，城市配电系统可靠性也逐渐受到重视。我国已经有组织有计划的开展了城市 配电系统可靠性的研究工作，并取得了一定成绩。 城市配电系统可靠性评估的研究虽然起步较晚，但是在模型和算法的研究中 却取得了较大的进展【4 。6 】。目前，用于定量评估城市配电系统可靠性地方法可分 为三类：解析法、模拟法和利用模糊数学进行分析的方法。解析法的基本思想是： 根据系统的结构、系统和元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立系统的可靠 性概率模型。通过递推或迭代等过程精确求解此模型，从而计算出系统的可靠性 指标。它主要有：以元件组合关系为基础的评估法、最小路法、状态空间评估法、 裕度法等等。模拟法是在计算机上模拟随机出现的各种系统运行状态，从大量的 模拟实验结果中统计出系统的可靠性指标，它以蒙特卡罗法为典型代表7 1 。利用 模糊数学的方法来研究系统的可靠性水平，是近些年来才兴起的。它同时考虑随 机不确定事件和模糊不确定事件对系统可靠性评估的影响，应用概率论描述和处 理设备与电网运行状态的变化及负荷状态变化的随机性，应用模糊集合论描述设 备故障、修复率、设备状态概率、电网状态概率及某负荷水平发生的概率和负荷 水平预测等数值上的模糊不确定性，并利用相应的模糊集合运算得出电网的模糊 可靠性指标【引。 ， 1 2 2 停电损失的研究现状 停电损失是可靠性与计划的经济性研究中的一项重要的指标，在系统扩建进 行可靠性优化时必不可少，而且它还可以作为评价系统可靠程度的附加指标。停 电损失包括对用户造成的经济损失和电力部门自身因停电而造成的经济损失，后 者主要是损失的电费，且容易计算，但是前者直接面对用户，且停电损失的大小 可能会受到多方面因素的影响，所以估算它是很复杂的。 对于每个具体用户的停电损失，从理论上讲，是可以具体地确定并加以计算 昆明理工大学硕士研究生学位论文 的，但是实际上做起来却很困难，这不仅是由于它随着各个用户的用电性质不同 而不同，而且也因停电发生的时间及停电持续时间的长短等停电特性的不同而不 同。比如，对于住宅用户和工业用户，对它们停电相同的时间，造成的损失肯定 大不相同；而对于某一工业用户，当停电发生在其生产流程的不同阶段时，其所 产生的损失也是不同的；又比如，停电持续时间对冶金工业的影响，当停电1 2 分钟时，其影响可能只限于减少定额和降低产品质量等级，而停电l 2 小时， 则有可能导致冶金炉具的损坏和产品的报废等。由此可见估算用户的停电损失是 一项很艰巨的任务。 国外对可靠性经济性的研究起步较早，所以对停电损失的研究也开展的比较 早。国外早期的研究只局限于对工业用户，未能考虑工业用户以外的其它各类用 户的停电损失值。研究工业用户时只是把停电时损失的工业生产产值作为停电的 损失，没有明确考虑停电损失与停电时间等可靠性指标之间的函数关系，大多数 估算方法都不能得到可以比较客观的反映停电严重程度的结果。随着各个国家对 停电损失估算方法研究的深入用户调查法被越来越多的国家所接受，利用这种 方法可以获得各种类别用户的停电损失值。但是由于停电损失的调查统计和测试 是很复杂的，而且随着国家、地区、用户类型、停电特性的不同而不同，所以使 得各国的统计调查结果及计算方法均各有不同。例如，美国对工业用户停电损失 的估算方法是，不按停电持续时间计算，平均停电损失为：大于1 0 0 0 k w 的工厂 其停电损失是1 0 5 美元k w + o 9 4 美元k w h ；小于1 0 0 0 k w 的工厂其停电损失是 4 5 9 美元k w + 8 1 1 美元k w h ；工厂不分容量时停电损失是1 8 9 美元k w + 2 6 8 美元k w h 。而瑞典对3 分钟以内的停电损失的测试，每停供1k w h 的电量，损 失约为平均电费的2 0 3 0 倍，对于停电3 分钟以上的损失，则按照以下公式计 算，停电损失= 停电千瓦数7 5 元+ 停供千瓦时数x1 5 0 元。 我国的需求侧管理研究起步较晚，虽然在制定城网系统可靠性准则的经济性 准则时，就已经明确提到了要把供电成本和停电造成的经济损失两个方面作为城 网可靠性经济性研究的主要内容，但是在估算用户的停电损失上却很少有专门的 研究。因为估算停电损失必须要根据我国实际情况，结合每类具体用户的用电性 质来进行分析。所以不能直接简单地照抄国外已有的研究成果。在现有的文献中， 对停电损失的描述是定性而粗略的，即使有定量的分析，也只是从大范围的平均 值来计量，难以在实际中得到广泛应用。例如根据每千瓦时电量的国民经济的产 值来计量，或是根据电力公司每千瓦时电量的综合利润来计量等等。所以在参考 借鉴国外的方法原理的同时，结合我国的实际情况，进行大量的深入的调查研究， 第一章绪论 分别确定不同用户停电损失的估算模型是十分有必要的。 1 2 3 可靠性优化及其应用于城网规划的研究现状 电力系统的传统设计和规划，是根据以最少的供电成本来满足以一定速度增 长的负荷需求值，并符合必要的预期可靠水平，且满足其它的政治、环保等方面 限值条件的约束来进行的。这一预期可靠性水平是依据电力系统设计技术规程对 可靠性指标的要求，并考虑到国内外类似系统的可靠性指标，根据过去的实际工 作经验以及用户可能接受的供电质量的模糊概念来制订的。它被看成定值，对其 制订难免会带有一定的主观性。而我国过去有关城市电网规划和设计技术方案的 决策大多数是凭借长期工作的经验，以定性分析为依据，从投资费用和运行费用 的年度总费用最小这一经济性目标来考虑，利用可靠性指标校验提出的经济性规 划方案归】。此种方法由于忽略了电网故障事件的随机性，不能保证电网发生随机 故障事件时满足系统负荷经济合理的需求，而且由于未作定量的科学分析，往往 出现投资不能充分合理地使用，运行费用高，停电损失过大等问题。 随着电力市场的兴起和可靠性效益概念的形成，使得电网扩展规划方面产生 了一系列的新概念【l 们，如最小成本规划、综合资源规划，它们追求的是全社会 的收益最大，与此同时还可利用可靠性模型【1 1 j 确定系统的最优可靠度。这些 都可以有效地解决上面所提及的问题。 我国1 9 9 3 年正式颁发的城市电力网规划设计导则在原先试行导则所规 定“在城市电网规划设计中可以采用优化供电可靠性的原则进行方案的比较， 以取得供电部门和全社会的最大综合效益，在这种方案比较中，各方案的总费用 还应当包括该方案的停电损失费用”的基础上，又进一步规定了城网规划经济 分析的方案比较中优化供电可靠性的原则。即通过计算电网随机故障造成的用户 停电损失，用综合考虑投资、运行费用和停电损失的年最小费用的方法来进行方 案的决策。与以往的传统规划不同的是它把可靠性水平作为变量处理，系统在满 足负荷的需要和各种技术及其它限制条件下，使社会总费用最小，可靠度达到最 优虽然城市电力网规划设计导则早已提出了基于可靠性优化的电网规划原 则，但是很多实际的规划方案还是在按照传统的方法来设计，这主要是由于没能 获得系统停电损失费用值的原因而造成的。 基于可靠性优化的电网规划的方法在国外早己使用。国外的实践表明，使用 这一新的技术，不但可以获得显著的社会效益，而且可以取得平均每年节约电网 建设费用5 8 的巨大经、济效益【l 】。可见，该方法是行之有效的。 昆明理工大学硕士研究生学位论文 1 3 本文的主要研究工作 f 1 ) 城网可靠性指标体系的确定。研究城市电网可靠性指标及其定量评估是 城网可靠性与计划经济性研究的基础。本章在深入分析和研究了城市电网的典型 结构和运行方式的前提下，根据城网可靠性指标不仅要能反映系统和设备的结 构、特性、运行状况，还要能够反映对用户的影响这个原则，确定从用户负荷点 和城网系统这两个方面出发来制定城网可靠性评估的指标体系。 在对负荷点和系统可靠性指标进行定量评估的研究中，分析了估算方法的基 本原理，研究了每个元件故障、元件的位置以及计划检修、临时停电、天气因素 和负荷转移等因素对估算负荷点可靠性指标的影响，并分别就估算简单的和复杂 的辐射型电网的负荷点可靠性指标进行了深入的分析研究，算例说明了所采用的 估算方法的可行性。 、 ( 2 ) 定性的分析研究停电损失的基本原理。从多种角度论述了停电损失的概 念，明确了其分类和影响停电损失的因素，以及停电损失和供电可靠性的关系。 分析和比较了诸多测定停电损失的方法，确定了利用用户调查法来估算用户的停 电损失。 ( 3 ) 停电损失的估算。在对各类用户的用电特性、停电特性以及经济特性深 入研究的基础上，定性地分析各类用户的停电损失，并给出了定量估算住宅类、 工业类、商业类用户停电损失的数学模型，同时分别设计不同类别用户的停电损 失调查表。以住宅类用户为例，对其开展了调查，对获得的原始数据进行了处理， 并得到该类用户的停电损失与停电持续时间的函数关系。在估算系统及负荷点的 停电损失时，分别构造三类费用损失函数模型：停电损失是停电持续时间的函数， 停电损失是未供电量的函数以及综合损失函数。本文运用以上原理，根据城市电 网的实际运行特点，针对一网络，选择前两种函数模型，结合与其相对应的可靠 性指标进行系统停电损失的估算，并对所用的两种费用函数模型作了比较，最后 对停电损失估算方法的通用性问题作了分析研究。 ( 4 ) 停电损失在城网运行和改造中的应用。将停电损失作为一项经济指标引 入到可靠度优化规划中，并对根据用户的停电损失来制定分级电价及同时优化电 价和可靠度水平这两个问题进行理论上的初步探讨。 6 第二章城网可靠性指标体系的确定 第二章城网可靠性指标体系的确定 2 1 引言 电力系统的供电可靠性是电力系统设计、运行和管理中的重要问题。供电可 靠性指标是用来衡量供电可靠性的特性指标，它表示电力系统可靠工作的概率 1 2 1 ，是评价电力系统设计、运行和管理的重要指标。 对电力系统可靠性指标的制定有一定要求。科学的可靠性指标体系，不仅可 以客观的反映系统的可靠程度，而且有利于找出系统存在的薄弱环节，以便采取 相应的增强性措施，因此所制定的这些定量指标既要能反映系统的运行、控制特 性，又要便于系统间的比较，并且还要易被人们接受。 系统不同或使用的模型不同，计算出的指标也不同。对于城市电网而言，它 不同于发电系统和输电系统，有其自己的特殊性，对其可靠性的分析主要是评估 负荷点和系统的可靠性指标。所以城网系统的可靠性评估指标要求在能充分的反 映系统故障频度、持续时间及系统故障缺电量的基础上，还要能反映负荷点的停 电特性。对城网可靠性的定量评估可促进和改善电力工业的生产技术和管理，其 中，系统故障缺电量是系统规划方案中投资与停电损失综合决策的重要值，这些 指标为城网的规划和改造提供了依据。本文首先研究城市电网可靠性指标及其定 量评估，为在估算用户停电损失时能正确地构造费用模型并选择与费用模型相对 应的可靠性指标奠定了理论基础。 2 2 城同系统可靠性评估攉标 2 2 1 电力系统的可靠性指标 电力系统可靠性包括充裕度和安全性两个方面【l 引。电力系统可靠性充裕度 评估是评价系统中发电、输电和配电各设备的可用性，以判断系统是否能够连续 地为负荷点提供所需要的电能，它是对系统长期的静态的分析；而电力系统可靠 性安全性评估是以系统的角度来分析系统的动态行为，即在动态条件下电力系统 经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电能量的能力【】。这两种情况都 是应用概率论的方法来表达系统的状态，但所采用的模型是不同的。前者是根据 长期的系统稳态概率而定的；而后者则是在短期的基础上来指导系统的运行。 昆明理工太学硕士研究生学位论文 目前对系统可靠性充裕度的研究比较充分，而对可靠性安全性的研究还处于 不成熟阶段，本文首先在此讨论以下几个建立在可靠性充裕度评估基础上的可靠 性指标及其优缺点。以下提出并得到广泛应用的电力系统的可靠性指标主要是以 负荷是否得到充分的电力供瘟作为判据的 3 a 5 ，它们可以被分为失效指标和缺电 严重程度指标两个方面。 1 失效指标 ( 1 ) 电力不足时间概率( l o l p ，l o s so f l o a dp r o b a b i l i t y ) ： 指在所研究的时期内( 一年) ，系统的负荷需量超过系统中有效发电容量的 时间概率期望值的总和。 l o l p = p 。( e ) b ) e f 它虽然是测定系统事故的概率的指标，但却不能表明事故下系统失去负荷的 大小。 ( 2 ) 电力不足频率( f l o l ，f r e q u e n c yo f l o s s o f - l o a d ) ： 指单位时间( 一年) 内，系统用户平均停电的次数。 f l o l = 厶( f ) ( 次年) 巧e f 该指标也无法表明事故下系统损失负荷的大小。 ( 3 ) 电力不足持续时间( d l o l ，d u r a t i o no f l o s s o f - l o a d ) ： 在指定的时期内。用户停电的平均持续时间。 d = ( 8 7 6 0 x l o l p ) f l o l( 小时次) 2 缺电严重程度指标 ( 1 ) 电力不足期望值( e d n s ，e x p e c t e dd e m a n dn o ts u p p l i e d ) ： 表示系统事故后，未被供电的负荷大小的期望值。 e d n s = l f 。( e ) 工( e ) 】 ( k w ，年) f e f ( 2 ) 电量不足期望值( e e n s ，e x p e c t e de n e r g y n o t s u p p l i e d ) ： 指在研究的一段时间内( 一年) ，由于系统随机故障引起负荷停电所造成负 荷损失的电量期望值。 e e n s = 8 7 6 0 x 只。( e ) 工( 只) 】= 厶( 只) d ( e ) 三( f ) 】( k w h g ) 一e fq e f 这两个指标都可表明系统事故时失去的负荷的大小，但不能说明停电或停运 第二章城网可靠性指标体系的确定 的概率及持续时间。 以上几式中，f 为导致停电的失效事件集；( e ) 、厶( 巧) 分别为失效事件 e 发生的概率和频率；d ( e ) 为失效事件只的持续时间：三( e ) 为事件e 发生时， 为使系统恢复正常运行状态而需削诫的负荷总量。 2 2 2 城网可靠性指标 2 2 2 1 羹立城啊可靠性指标的基本屎喇 城市电网是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，它包括城市内的 各电压等级配电网及为其提供电源的变电站和网内的发电厂【16 1 。城市电网是电 力系统的重要组成部分，又是其主要负荷中心，具有用电量大、负荷密度高、安 全可靠和供电质量要求高等特点。 在城网可靠性分析中，其可靠性指标必须具有明确的物理意义，能够说明过 去、现在系统的运行特性以有助于城网系统的规划，还应当是在用户侧是有意义 的。用户的供电质量往往受到停运频率、停运持续时间及其它因素的影响，城网 可靠性指标要能很容易的用来决定电力不足给用户带来的损失。因此城网可靠性 指标的制定一般至少要从两个方面来考虑1 17 ：对用户显然是指各个负荷点的可 靠性指标，对供电部门则是对系统所有用户的平均服务质量或最差供电指标。在 制定这些指标时，除了要使它们能够从某一角度反映系统和设备的结构、特性、 运行状况以及对用户的影响外，还应当遵循以下的原则川：城网配电系统可靠性 指标应可以从城网配电系统运行的历史数据中计算出来，或是可以应用可靠性定 量评估方法，从元件的原始参数中计算出来。 2 2 2 2 城冈可靠性基本指标 城网的可靠性研究中可靠性基本指标除包含2 2 1 中介绍的以外，还应当有： 1 反映负荷点停电特性的可靠性指标 ( 1 ) 平均故障率 ( 次，年) ：研究时期内( 一年) ，负荷点的每年平均断电频 率。 ( 2 ) 平均停电持续时间n ( 小时，次) ： ( 3 ) 平均年停电时间阢( 小时年) ： 负荷点的年无效度。 负荷点断电后的平均恢复时间。 负荷点的每年平均总断电时间，又称为 2 反映系统停运特性的可靠性指标( 与系统中的用户有关) ( 1 ) 系统平均停电频率指标( s y s t e ma v e r a g ei n t e r r u p t i o nf r e q u e n c yi n d e x ) j 每个由系统供电的用户在一年中的平均停电次数。 昆明理工大学硕士研究生学位论文 s a i f i = 笔警= 磷 ( 2 ) 用户平均停电频率指标( c u s t o m e ra v e r a g e i n t e r r u p t i o nf r e q u e n c y i n d e x ) ： 一 一 每个受停电影响的用户在一年中经受的平均停电次数。 ，。，。， 用户停电总次数 m ”卜夏雨酹骊丽面丽 ( 3 ) 系统平均停电持续时间指标( s y s t e m a v e r a g e i n t e r r u p t i o n d u r a t i o n i n d e x ) ： 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。 一= 型絮铲= 础 ( 4 ) 用户平均停电持续时间指标( c u s t o m e ra v e r a g e i n t e r r u p t i o n d u r a t i o n i n d e x ) ： 一年中被停电的用户经受的平均停电持续时间。 翻删= 笔瓣黼= 黜 ( 5 ) 平均用电有效度指标( a v e r a g e s e r v i c ea v a i l a b i l i t yi n d e x ) ： 一年中用户得到电力供应的小时总数与用户要求的总供电小时数之比。 彳5 z i =用户用电小时数 用户需电小时数 ：竺! ! ! ! ! ! 二竺! ：竺! u 。8 7 6 0 一 ( 6 ) 平均用电无效度指标( a v e r a g es e r v i c eu n a v a i l a b i l i t yi n d e x ) ： 一年中用户的累积停电小时总数与用户要求的总供电小时数之比。 “s w = - 一彳跚，= 旦i ；i ；黼= 勰 ( 7 ) 平均电量不足指标( a v e r a g ee n e r g yn o t s u p p l i e d ) 或称为平均系统削减 指标( a v e r a g es y s t e mc u r t a i l m e n tl a d e x ) ： 一c 勒鲫，= 等黼襻= 髅 ( 8 ) 平均用户削减指标( a v e r a g ec u s t o m e rc u r t a j i m e n ti n d e x ) ： 。，系统总的电量不足 “一弱丽滴葡霜函 以上几式中，五为故障率q 为年停运时间，m 为连接在负荷点i 的用户数， 第二章城同可靠性指标体系的确定 。、为连接在负荷点i 的平均负荷。 上面八个指标可以作为评估系统过去行为的工具，在将来的可靠性预测分析 中对评估系统故障的严重程度也是非常有用的。 2 2 2 3 我国城嗣用户供电可靠性指标 我国的城网可靠性指标是在充分研究有关建立城网可靠性的基本原则、考虑 的因素及方法的基础上，通过对发达国家的城网可靠性指标进行全面的综合分析 之后，结合我国的具体情况建立起来的。其基本特点有两点： ( 1 ) 采用以平均值管理的方式，这样就避免了采用最大值指标而可能出现 的供电线路越长，供电箍围越大，负荷越重，用户越多，供电可靠性越低的不合 理情况，加强了对用户服务的观点。 ( 2 ) 以用户为基础，以可以度量的“停电次数”、“停电时间”和“停电规 模”为基本因素，根据供电服务质量的需要、设备特性及停电的原因和性质进行 指标的分类。其具体的类别包括供电服务质量指标、故障停电指标、作业( 预安 排) 停电指标、外部影响停电指标及设备性能指标五方面。 由可靠性指标的制定原则可知，城网配电系统可靠性指标可以从元件的参数 中计算出来，而元件设备的性能指标主要是设备停运率。它表示配电系统中各种 设备，如变压器、断路器、架空线路、电缆线路等，一年中平均停运的次数，计 算公式是设备停运的总次数与设备台数( 或线路公里数) 的比值。 现在我国主要采用的是供电服务质量指标中的供电可靠率，它定义为一年中 对用户有效供电的时间所占的比例。目前我国采用的供电可靠性指标还包含有 1 9 9 0 年9 月能源部电力可靠性管理中心根据考核的需要重新修订的三种不同的 供电可靠率指标：计及所有各种影响的r s 一1 、不计及系统电源容量不足及一切 外部因素影响的r s 一2 、不计及系统电源容量不足影响的r s 一3 。 以上所述的供电可靠率指标是评价整个电网供电可靠性的综合指标，要具体 有针对性地研究系统中某类用户或某一负荷点的停电特性，则应当采用城网可靠 性基本指标。 3 城网可靠性指标的估算 城市电网包含各个电压等级的配电网。配电网不同于发电系统和输电系统， 它有其自己的特殊性。它由许多特有的元件所组成：例如，架空裸线、电缆线路、 绝缘导线、断路器、隔离开关、分段开关、熔断器、配电变压器、调压器等等。 昆明理工大学硕士研究生学位论文 城网网架中除了设备众多外，接线方式往往比较复杂。为了运行方便，一般采用 环形网络开环运行，形成辐射型供电l js 。这样的运行方式使得城网系统可靠性 指标的分析可以以辐射型电网为基础进行研究，进而使计算过程简单化。 2 3 1 估算可靠性指标的方法