配电组合系统的可靠性评估算法研究.doc

上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究姓名：祁彦鹏申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：张焰20081201上海交通大学硕士学位论文中文摘要输配电组合系统的可靠性评估算法研究摘 要电能传输需要经过输电系统和配电系统两个环节，它们的供电可靠性将对用户产生直接的影响。在传统的电力系统可靠性评估方法中，通常是把输电系统和配电系统分别作为两个独立单元进行分析，在评价其中任一部分可靠性时都假定另一部分是完全可靠的，没有考虑之间的相互影响，这显然不能真实的反映电力系统的实际状况。本文把输、配电系统作为一个整体考虑，研究整个输配电组合系统的可靠性评估方法。首先，改进了断路器与母线的可靠性模型，在此基础上建立了变电站的 端 口 可 靠 性 等 值 模 型 （ terminal reliability equivalent model of stationconfiguration，tres），并根据变电站各端口与输配电组合系统的可靠性逻辑关系对后者所包含设备的可靠性参数进行修正。同时，建立了基于交流潮流的负荷削减优化模型，采取负荷临近削减原则和按负荷重要程度削减原则对预想事故下的组合系统负荷进行削减。接着，提出一种基于最小割集-网络等值法的复杂配电系统可靠性计算方法，通过网络的可靠性等值简化了复杂配电系统的求解过程，利用最小割集法提高了可靠性计算的精度和速度，克服了传统的可靠性网络等值法没有考虑计划检修、不能计算二阶故障以及传统的最小割集法不适用于复杂配电系统的可靠性计算等缺陷。最后，通过形成输电系统与配电系统边界点的msp（multi-state service provider，msp）多状态可靠性等值模型，计算了输配电组合系统的可靠性指标。为验证本文算法的有效性，以 mr. roy billiton 提出的 rbts 可靠性测试系统为例进行计算。算例分析表明，依据本文所提出的算法，既能得出输配电组合系统整体的可靠性指标，还能分析变电站相关故障对输配电组合系统可靠性的影响。关键词：输配电组合系统；可靠性评估；变电站相关故障；负荷削减模型；最小割集-网络等值法i上海交通大学硕士学位论文abstractreliability evaluation of composite transmissionand distribution systemabstractnormally electric power systems that are used to transmit electricityfrom generation sources to customers consist of transmission anddistribution systems. so the reliability of them has a significant effect onthe customers power energy quality. however, the reliability evaluationof power system is usually conducted separately in the functional zone oftransmission and distribution systems. the transmission system adequacyanalysis can not provide reliability indices for individual customer loadpoints and the distribution system is usually analyzed as a separate entity,not considering the effects of transmission system.this thesis conducts the reliability evaluation of compositetransmission and distribution system. to have realistic reliability indicesabout the power system, the thesis presents new state space models aboutcircuit breaker incorporating the effects of the relay oriented outages andbus bar considering short circuit outages etc. a terminal reliabilityequivalent model of station configuration is used to conduct the reliabilityof station configuration. in the process of conducting the reliability of thetransmission system, a new optimal load shedding method that is basedon the ac is used. a method of minimum-cutset and network-equivalentii上海交通大学硕士学位论文abstractis introduced to have a better result of the reliability evaluation ofcomplex distribution system. the reliability network equivalent method isused to reduce the complex distribution system and the minimum cutsetmethod to enhance the precision and speed of the reliability calculating.the proposed method overcomes the deficiency of the original methodsuch as maintenance and the second-order faults can not be calculated. inthe end of this thesis, the reliability evaluation of composite transmissionand distribution system is conducted by using the msp reliability modelof transmission system.the rbts reliability test system is applied to testify the efficiencyof the model and algorithm. the case results show that they can be usedto conducted the reliability of composite transmission and distributionsystem.key words ： composite transmission and distribution system;reliability evaluation; station-related outage; model of load shedding;minimum-cutset & network-equivalent methodiii上海交通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，独立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，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：祁彦鹏日期：2009 年 2 月 2 日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密 ，在本学位论文属于不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：日期：2009 年 2 月 2 日年解密后适用本授权书。指导教师签名：张 焰日期：2009 年 2 月 2 日上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究第一章 绪 论1.1 课题研究的意义近年来电力系统不断向超高压、远距离、大容量、跨区域，以及交直流混合的方向发展，极大地提高了系统运行的经济性，但同时也使电力系统的安全、可靠性问题日益突出。电力系统可靠性是对电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量之能力的度量1。电力系统可靠性包括充裕度与安全性两个方面。充裕度（adequacy）是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑到系统设备的计划停运及合理的期望非计划停运1料到的系统设备丢失的能力1。目前，由于安全性评估计算的复杂性，电力系统可靠性评估还主要是从充裕度方面来考虑的。电力系统是一个复杂的大系统，对其整体进行可靠性评估十分困难，所以在评估电力系统可靠性时，通常是按功能把电力系统的各个主要部分分开来考虑，通常划分为发电系统、输电系统和配电系统三个部分2。在此基础上，又可以将不同的子系统组成不同的分级层次（hierarchy level）加以研究。层次越高，包含的子系统越多，可靠性评估越困难。一般地，从充裕度方面考虑，电力系统可靠性评估可分为以下三个层次：1） 层次（hierarchy level）仅考虑发电设备可靠性，假定输电和配电设备完全可靠，电源点的电能可以不受传输限制地输送到负荷点2。层次被称为发电系统可靠性评估或电源可靠性评估。发电系统可靠性评估是评估统一并网运行的全部发电机组按可接受标准及期望数量满足电力负荷电力和电量需求的能力的度量，即在发电机组额定容量限度内，考虑机组的计划和非计划停运及降额出力，向用户提供总的电力和电能量需求的能力，以确定电力系统为保证充足的电力供应所需的发电容量。发电系统可靠性指标反映可发电设备可靠性对负荷的影响。2）层次（hierarchylevel）包括发电和输电设备，不仅考虑发电1。安全性（security）是指电力系统承受突然发生的扰动，例如突然短路或未预上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究容量和电源位置的约束，而且考虑输电网络的过负荷及节点电压约束，但忽略了配电设备故障2。相应地，层次被称为发输电系统（大电力系统）可靠性评估，即评估发输电系统按可接受标准和期望数量向供应点供应电力和电能量的能力的度量，其可靠性指标反映了发电和输电设备可靠性对负荷点的综合影响。3）层次（hierarchylevel）最高层次的可靠性评估，包括发电、输电以及配电设备，被称为整体可靠性评估2，即评估发、输、配电系统按可接受标准和期望数量向供电点供应电力和电能量的能力的度量，其可靠性指标反映了发、输、配电对负荷点的整体影响。上述三个层次的划分已被广泛认可，也有一定的研究成果3-9。但随着电力市场的逐步建立，厂网分离，对电网（含输、配电系统，即输配电组合系统）可靠性的要求日益提高。首先，对于电网公司来说，输电、配电、售电是其最关心的环节，输配电组合系统的可靠性直接影响着向用户可靠供电，其给公司带来的经济效益和由此产生的社会影响是巨大的，因此，建设一个坚强、均衡、可靠的输、配电网络是非常重要的。在电网的规划、建设，乃至运行过程中都需要对整个输、配电系统进行可靠性的综合评估，分析存在的问题，为最大化的提高整个电网供电可靠性提供科学决策依据。其次，我国加入 wto 后为与国际标准接轨，考核供电企业的三大指标（电压、频率、波形系数）已改为五大指标，新增了供电可靠性和用户满意率两大指标。许多供电企业，特别是一流企业势必会更加关注电网的供电可靠性水平5。另外，传统的电力系统可靠性评估的研究中，都是把输、配电系统的可靠性评估单独进行研究，这样虽然降低了研究的复杂程度，但是都不能真正的描述电网整体的可靠程度。综合这些情况可知，在当前形势下对输配电组合系统的可靠性评估算法的研究就具有重要的意义。2上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究1.2 国内外相关研究现状1.2.1 输电系统可靠性评估研究现状输电系统可靠性评估是电力系统可靠性评估中的一个重要组成部分。目前在输电系统可靠性评估研究方面，主要有模拟法3,10,11和解析法3,5两种。模拟法即蒙特卡罗（monte carlo）模拟法，是将系统中每一个设备的概率参数在计算机上用相应的随机数表示，并在计算机上模拟系统的实际情况，按照对此模拟过程进行若干时间的观察，估算所要求的指标。可以详细模拟事故前的条件，以及停运和运行中的实际问题。描述系统运行状态的参数均服从一定的概率分布。把蒙特卡罗抽样法引入输电系统可靠性评估中是一种可行的方法，近年来已有很多学者在这方面做了有成效的研究，方法已较成熟，但是其精度与抽样时间有很大的关系。解析法是根据电力系统设备的随机参数，在考虑故障发生的概率的基础上，建立比较严格的系统可靠性数学模型，对预想故障事件进行分析，通过数值计算方法得到系统的各种概率指标。这种方法思路清晰、推理严格、数学模型准确，理论上能得到电力系统可靠性指标的精确值。解析法大致又可分为两大类：网流法和潮流法3。1） 网流法该法反映的是一个规划网络可能达到的固有可靠性，它不考虑设备故障后系统的实际响应过程，只考虑系统最大可能的响应极限，是系统可靠性偏乐观的估计。该法的最大优点在于计算速度较快，但无法考虑电压质量及系统潮流的实际约束，同时需要将有功和无功进行完全解耦。2） 潮流法该法考虑系统的实际响应过程、电压质量及潮流的实际约束等因素，因此，评估的结果从理论上更接近实际情况，精度较高。但对于输电系统这样的大型复杂网络，要达到理想精度，其计算量常常会达到难以接受的程度。由于解析法和模拟法都有各自的优缺点，已有学者提出把两者的优点综合起来，形成混合法9，不过这种方法尚待进一步研究。3上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究1.2.2 配电系统可靠性评估研究现状在配电系统可靠性评估研究方面，也有解析法和蒙特卡罗模拟法两大类。解析法主要有：1） 故障模式后果分析法专著1和文献17中介绍了基于故障模式的后果分析法（failure mode andeffect analysis，fmea）。该法首先建立故障模式后果表，逐个分析各种故障情况及其对配电系统造成的后果，在计算配电系统可靠性指标之前先选定某些合适的故障判据，然后再根据判据将系统状态分为完好和故障两大类。该方法适用于简单的辐射状配电系统，是分析配电系统可靠性的基本方法。2） 最小路法文献19,20提出了基于最小路的配电系统可靠性评估算法。其基本思想是对每一个负荷点求取其最小路，然后根据网络的实际情况，将非最小路上的设备故障对负荷点可靠性的影响折算到相应的最小路的节点上，从而针对每个负荷点，仅对其最小路上的设备与节点进行计算，得到负荷点相应的可靠性指标，进而得出整个配电系统的可靠性指标。但是当配电系统复杂时，最小路的求取需花费大量时间，计算复杂性较大。3） 最小割集法文献22提出了配电系统可靠性评估的最小割集算法。该方法通过求取网络最小割集，获得网络的可靠性指标，从而将计算的状态限制在最小割集内，避免计算系统的全部状态，能大大节省计算量。但是当配电系统复杂、同时有多个电源点供电时，致使负荷点的最小割集也有多个，使得最小割集的求取反而成了该法的一个瓶颈。4） 网络等值法文献23-27提出了配电系统可靠性评估的网络等值算法。该法能将复杂的配电网络化简为简单的辐射形配电系统。其基本思想是：首先对复杂的配电系统进行分级处理，一条馈线及该馈线所连接的各种设备(包括隔离开关、分段断路器、熔断器、分支线等)均属同一级馈线，每一级都可以等值为一条相应的等值馈线，这样从最末级开始向上逐级等值，最后将复杂的含有多条馈线的配电系统等值为一个简单的辐射形网络。等值法分为两个步骤：首先是上行等值过程，该过程主4上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究要处理下级馈线对上级馈线的可靠性影响；然后进行下行等值过程，该过程主要处理上级馈线对下级馈线可靠性的影响。但是该法需要进行多次等值，对于复杂配电系统可靠性指标的计算速度与精度均欠佳。5） 故障遍历算法文献28提出了基于故障扩散的配电系统可靠性评估搜索算法。该法首先根据故障点的故障持续时间的不同，将故障点分为故障时间不受故障影响、故障时间为隔离时间、故障时间为隔离时间加切换操作时间、故障时间为故障修复时间四类，然后以每个故障点为起点，向后搜索其父节点直至首次出现断路器为止，对该馈线上断路器前的负荷点进行分类，而其它负荷点(包括该馈线上动作断路器后的负荷点和其它馈线上的所有负荷点)即正常负荷点。如此遍历所有故障时间，最终算出系统可靠性指标。6） 模拟法目前该方法在发输电系统的可靠性分析中应用较多，在配电系统可靠性评估中的应用也在兴起。另外，随着电力系统可靠性评估方法研究的逐步发展，已有文献6-9提出利用网络等值的方法进行发输配电系统的可靠性评估，但是还仅处于尝试阶段，尚未付诸于实践。关于输配电组合系统可靠性评估的研究尚未见诸文献。1.3 本文主要研究内容本文站在整体角度，通过建立网络的等值模型来研究输配电组合系统可靠性的评估方法。主要研究工作包括以下几方面：1） 在断路器传统的 4 状态可靠性模型基础上，通过考虑继电保护装置故障的影响，建立断路器的 5 状态可靠性模型，并定义各状态具体的影响范围。在建立母线的可靠性模型中，通过考虑母线短路故障与倒闸操作的影响，形成母线的5 状态可靠性模型。2） 把变电站作为一个联系输电系统与配电系统的中间系统，定义变电站端口、端口割集及端口等值等概念，并基于此建立变电站的端口可靠性等值模型（terminal reliability equivalent model of station configuration，tres）。3）提出一种基于交流潮流的负荷削减优化模型，并在其中考虑负荷临近削5上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究减原则和按负荷重要程度削减的原则。4）提出一种分析计算复杂配电系统可靠性的最小割集-网络等值法。通过网络的可靠性等值简化复杂配电系统的求解过程，利用最小割集法提高可靠性计算的精度和速度，以克服传统的可靠性网络等值法没有考虑计划检修、不能计算二阶故障以及传统的最小割集法不适用于复杂配电系统等的不足。5）提出输配电组合系统可靠性评估的完整算法。通过建立输电系统的 msp（multi-state service provider，msp）多状态可靠性等值模型，并和变电站的端口可靠性等值模型、配电系统的最小割集-网络等值法结合在一起，形成输配电组合系统整体的算法流程，并以 mr. roy billiton 提出的 rbts 可靠性测试系统为例进行可靠性计算，验证本文所建模型以及所提算法的有效性。6上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究第二章 输配电组合系统中的设备可靠性模型与系统可靠性评估指标2.1 引 言输配电组合系统由多种电气设备诸如变压器、线路、母线、断路器、隔离开关等组成。这些设备结构各异，在电力系统中所起的功能也有很大差别，对输配电组合系统可靠性的影响自然也有很大的不同。分析各种电气设备的故障在电力系统中所引起的后果，建立其可靠性模型是分析输配电组合系统可靠性的基础。设备可靠性模型的准确与否，直接影响到输配电组合系统可靠性评估结果的好坏。2.2 电气设备的可靠性模型2.2.1 断路器的可靠性模型断路器属于可操作设备，其动作将改变电力系统的拓扑结构，对输配电组合系统的运行有着重要影响。传统的断路器 4 状态可靠性模型29如图 2-1 所示。在图 2-1 所示的可靠性模型中考虑了断路器的一般性故障、活动性故障及计划维修状态，能够较好的模拟断路器在电力系统中的状态，但是没有考虑继电保护装置故障对断路器状态的影响。也有文献1通过修正断路器的可靠性参数来计入继电保护装置故障的影响，但并不能真实反映继电保护装置故障对电力系统影响的范围。mm mnpaap app图 2-1 传统的断路器 4 状态模型figure2-1 traditional 4-state model of breakerm（maintenance）为计划维修状态，n（normal）为正常工作状态，p（passive）为一般性故障状态，a（active）为活动性故障状态。7上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究本文根据继电保护装置与断路器互相配合的特点，对继电保护装置故障的后果进行分析，把继电保护装置的误动率计入断路器的活动性故障率中，把继电保护装置的拒动状态作为扩大性故障状态（expansive，简称为 e 状态）加入到断路器的可靠性模型中（如图 2-2 所示），并给出断路器各种故障状态的影响范围：1）一般性故障：仅断路器自身故障退出运行，对其它设备无影响，其故障持续时间为断路器的修复时间。2）活动性故障：断路器故障（含继电保护装置误动）并引起周边设备或支路停运，之后通过隔离开关的动作，该断路器退出运行，进入一般性故障状态，故障持续时间为从该状态转移到一般性故障状态的时间。3）扩大性故障：与某断路器相配合的继电保护装置拒动引起多个断路器发生活动性故障，之后通过一系列隔离开关的动作，该断路器退出运行，进入一般性故障状态，故障持续时间为从该状态转移到一般性故障状态的时间。mm mnpaaeep apepp图 2-2 断路器 5 状态模型figure2-2 5-state model of breaker假设断路器的计划维修状态、正常工作状态、一般性工作状态、活动性工作状态以及扩大性工作状态的状态概率分别为 pm 、 pn 、 pp 、 pa 、 pe ，则有：pm + pn + pp + pa + pe = 1依据状态空间法3，系统稳态时的状态概率需符合：(2-1)m( pm pn pp pa pe ) 0 0 0m ( m + p + a + e ) p000 p papep0a0ap00 0 = 00 (2-2)由式（2-1）、（2-2）联合即得：8 mep 上海交通大学硕士学位论文 pm m + pn m = 0进一步求解可得：输配电组合系统的可靠性评估算法研究(2-3)11 + + + + epm = m pnpp = pnpa = ppe = pn(2-4)式（2-1）-（2-4）中 pn 、 pm 、 pp 、 pa 、 pe 分别为断路器处于状态 n 、 m 、 p 、a 、 e 的概率； m 、 p 、 a 、 e 为断路器的故障率； m 、 p 、 ap 、 ep 为断路器的修复率或转移率。2.2.2 变压器与线路的可靠性模型变压器与线路是输配电组合系统中重要的电能传输设备，本文采用如图 2-3所示的 3 状态可靠性模型。mm mnr rr图 2-3 变压器及线路的 3 状态模型figure2-3 3-state model of transformerm（maintenance）为计划维修状态；n（normal）为正常工作状态；r（repair）为修复状态设备的稳态状态概率为：9pm m n ( m p a e ) + pp p = 0+ + + pn a paap = 0pn e e ep = 0pn =上海交通大学硕士学位论文 1 1 + + r pm = m pn pr = r pn输配电组合系统的可靠性评估算法研究(2-5)式（2-5）中 pn 、 pm 、 pr 分别为变压器或线路处于状态 n 、m 、 r 的概率；m 、r 为变压器或线路的故障率； m 、 r 为变压器或线路的修复率。2.2.3 母线的可靠性模型母线在变电站中起到电能汇集和分配的作用，是联系输配电组合系统的中间环节，有着十分重要的作用。在文献29中给出的母线 3 状态可靠性模型中没有考虑母线短路故障及倒闸操作的影响。母线短路故障将引起多个断路器动作，甚至全站停电，因此在母线的可靠性模型中应该把短路故障影响作为考虑的重点。母线故障时通常会采取倒闸操作的方式对负荷进行转移，因此在母线的可靠性模型中考虑倒闸操作的影响也是十分必要的。本文在文献29的基础上加入母线短路故障和暂时性故障两种状态，从而形成母线的 5 状态可靠性模型，如图 2-4 所示。其中的 t 状态是母线倒闸操作的一个暂时性状态，对于没有倒闸操作的母线，把 t 状态与 r 状态合并即可。mm mnrttsssrr trr图 2-4 母线的 5 状态模型figure2-4 5-state model of buss（short-circuit）为短路故障状态；t（temporary）为暂时性故障状态母线的稳态状态概率为：10pn = 上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究11 + + + + spm = m pnpr = t s pnp = t pnp = pn(2-6)式（2-6）中 pn 、 pm 、 pr 、 pt 、 ps 分别为母线处于状态 n 、 m 、 r 、 t 、 s 的概率； m 、 r 、 t 、 s 为母线的故障率； m 、 r 、 tr 、 sr 为母线的修复率或转移率。2.3 系统可靠性评估的指标体系（1） 负荷点可靠性指标输配电组合系统可靠性分析的主要目的之一是要分析各个负荷点处的供电可靠性。各负荷点可靠性指标是系统可靠性指标的基础。1）负荷点平均故障率 （次/年）2）负荷点平均故障持续时间 r （小时/次）3）负荷点平均年停电时间u （小时/年）三者之间的关系为：u = r 。（2） 系统可靠性指标完成各负荷点处可靠性指标的计算之后，即可计算输配电组合系统的可靠性指标。本文旨在考察从输电系统直至各负荷点处的可靠程度，是以采用传统的配电系统可靠性指标及其计算方法，但是赋予其新的内涵。1）组合系统平均停电频率指标 saifi输配电组合系统的平均停电频率指标 saifi （system average interruption11pn =ts上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究frequency index）是指每个由组合系统供电的用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数。它可以用一年中用户停电的累积次数除以由组合系统供电的总用户数来预测：saifi = i ni n ii（次/用户年）（2-7）i式中的 n i 为负荷点 i 的用户数； i 为负荷点 i 的故障率。2）组合系统平均停电持续时间指标 saidi输 配 电 组 合 系 统 平 均 停 电 持 续 时 间 指 标 saidi （ system averageinterruption duration index）是指每个由组合系统供电的用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，可以用一年中用户遭受的停电持续时间总和除以该年中由组合系统供电的用户总数来预测：saidi = n iui n ii（小时/用户年）（2-8）i式中的u i 为负荷点 i 的等值年平均停电时间。3）组合系统平均供电可用率指标 asai输配电组合系统平均供电可用率指标 asai（average service availabilityindex）是指一年中用户获得的不停电时间总数与用户要求的总供电时间之比。如果一年中用户要求的供电时间按全年 8760 小时计，则组合系统平均供电可用率指标 asai 可按下式计算：asai =8760 n i u i n ii i8760 n ii（2-9）4）组合系统电量不足指标 ensi输配电组合系统电量不足指标 ensi (energy not service index）是指组12上海交通大学硕士学位论文合系统中停电负荷的总停电量，其计算式为：输配电组合系统的可靠性评估算法研究ensi = la (i )u i(kwh/年)（2-10）式中的 la (i ) 为连接在停电负荷点 i 的平均负荷（kw），它等于负荷点 i 的年峰荷与负荷系数的乘积。5）用户平均停电频率指标 caifi用 户 平 均 停 电 频 率 指 标 caifi （ customer average interruptionfrequency index ）是指一年中每个受停电影响的用户所遭受的平均停电次数，可按下式计算：caifi = i nijeffij（次/停电用户年）（2-11）式中的 eff 为受停电影响的负荷点的集合，受停电影响的用户一年内不论其被停电的次数有多少，每户均只按一次计算。6）用户平均停电持续时间指标 caidi用户平均停电持续时间指标 caidi （customer average interruptionduration index）是指一年中被停电的用户所遭受的平均停电持续时间，可以用一年中用户停电持续时间的总和除以该年停电用户总次数来估计：caidi = nu iii ii（小时/停电用户年）（2-12）2.4 本章小结本章在传统的断路器可靠性模型的基础上，把继电保护装置故障的影响加入到断路器的可靠性模型中，形成了新的 5 状态模型，并定义了模型中各种故障状态的具体影响范围；在母线的可靠性模型中考虑了短路故障以及倒闸操作的影响，能够更好的模拟母线的故障情况；对于变压器及线路仍然采用传统的 3 状态13 n ni上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究可靠性模型；本章还介绍了输配电组合系统可靠性评估指标的定义及计算公式。14上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究第三章 输配电组合系统中变电站相关故障的影响与负荷削减模型的建立3.1 引 言变电站相关故障指的是可能引起输配电组合系统一系列连锁停电反应事故、源于变电站内部的设备故障状态32-34。在传统的电力系统可靠性分析中，一般是把输电系统、配电系统、变电站主接线系统当作三个独立的功能模块分别进行分析35-37，少有考虑三者内在的关联。虽然文献38,39提出利用最小割集法求取变电站各进、出线的等值可靠性参数，然后叠加到与其相连的设备的可靠性参数上，具有较好的适应性，但是在设备的可靠性模型中没有考虑继电保护装置故障、母线短路故障以及倒闸操作的影响，影响了该法的准确性。本文在文献39的基础上，应用第二章改进的断路器和母线的可靠性模型，通过建立变电站的端口可靠性等值模型，利用最小割集法计算各端口的等值可靠性参数，并根据各端口与输配电组合系统中设备可靠性上的逻辑关系对后者所包含设备的可靠性参数进行修正，从而在输配电组合系统的可靠性分析中，考虑了变电站相关故障的影响。3.2 变电站主接线端口可靠性等值模型3.2.1 相关定义本文把变电站看作是联系输、配电系统的一个中间系统，把变电站中所包含的母线、断路器、变压器、线路等均看作是中间系统中的设备。定义 1. 端口：变电站的进、出线称为变电站的端口，是端口可靠性等值模型中一个具有基本可靠性参数的设备，其值体现了变电站对与该端口相连设备可靠性的影响。定义 2. 端口割集：系统中引起某一端口失效的设备的集合称为该端口的割集；或者，端口割集是系统中的设备构成的一个集合，若这些设备故障，则导致系统的某一个端口失效，称这组设备的集合为系统中该端口的一个割集。15上海交通大学硕士学位论文输配电组合系统的可靠性评估算法研究定义 3.端口最小割集：若组成端口割集的设备中有任意一个设备是完好的，该端口即不失效，则称这一割集为该端口的最小割集。定义 4. 状态最小割集：组成最小割集的元素是各个相关设备的某一状态，称为设备状态的最小割集。端口割集是引起端口失效的设备状态的集合，意味着端口与系统的连通性受限。进线端口失效意味着端口不能向系统提供电能或者系统接受端口电能的能力受限；出线端口失效意味着端口不能接受系统的电能或者系统向端口供应电能的能力受限。本文利用上述定义，把端口割集和设备状态的最小割集结合起来，建立变电站的端口可靠性等值模型，利用该模型，即可分析变电站相关故障对输配电组合系统可靠性的影响。3.2.2 端口可靠性等值模型的建