供电可靠性管理

第一章绪论1.1 选题意义随着向社会现代化、信息化的方向发展，社会对电能这种清洁的二次能源供 应的需求越来越大，对电能质量要求越来越高依赖程度不断上升。电力供应的可 靠与否直接对用户的生产生活乃至整个社会都会产生巨大的影响。2003.8.14 美、 加大停电和 2005.5.25 莫斯科大停电等一系列事故让我们充分认识到供电可靠性 工作的重要性，2008 年初我国南方冰雪灾害在全国造成 3348 万户、约 1 亿人口受 到停电影响，特别是湖南、贵州的一些城市都发生了了大面积停电，一些中小城 市绝大部分地方停电超过十天，部分农村停电时间更是长达半年之久，给群众的 生产生活造成巨大不变，给社会造成巨大的经济损失。这促使全社会对提高电力 供应可靠性的工作的紧迫性有了更清醒的认识。配电网供电可靠性是整个供电可 靠性工作中的重要组成部分，但是我国电力建设中长期存在重发、轻供、不管 用的倾向，配电投资在整个电力投资的比例远低于国际平均水平，对配电网的 规划、建设、管理等方面重视不够研究得不多，使得配屯网成为电网中最薄弱的 一环，配电可靠性成为我国供电可靠性工作中的一块短板，供电服务进一步提高 的一个瓶颈。与此同时，我国电力工业按照国家提出的以两个根本转变为导向，以促 进市场竞争、提高效率、降低成本和电价为手段，构筑与社会主义市场经济相适 应的，以资本和电网调度为纽带的型的管理体制的市场化改革逐步深入，公司化、 商业化、法制化的电力市场已经形成，市场竞争开始出现，加上电力法的生 效，用户维权意识增强，用户已经开始学会用合法的手段维护自己的合法权益， 要求电力企业提供高质量的供电服务。面对存在的宏观政策的冲击和市场竞争的 压力，电力企业必须转变观念坚持以人为本的服务理念，重视用户满意度， 才能在激烈的市场竞争中求得生存发展。这些都促使供电企业关注配电网的供电 可靠性和电能质量。配电网由配电变电站、配电线路、用电设备组成，是最终分配电能的终端网 络，是电力系统中直接与客户相连接的一环，对整个供电可靠性影响巨大，据不 完全统计我国配电网 75%的发电量要通过配电网供给用户，80%以上的用户停电事 故是有配电网系统故障引起的。因此要改善供电可靠性就必定要涉及配电网供电 可靠性。配电网供电可靠性是电力企业服务水平的最直接的体现，提高配电网供 电可靠性，不仅与提高用户对企业的信任程度有关，而且与电力企业自身经济利益和长远发张的关系也密不可分。目前配电网供电可靠性的研究多集中在从全局 出发研究配电网的规划、改造，也就是是说把整个配电网作为研究对象，利用各 种算法求得配电网合理的结构模型和合理的运行方式。但随着经济的发展，负荷 种类和容量不断发生变化，经常的对配电网进行规划或者改变运行方式是不现实 的。我们迫切需要知道对配电网供电可靠性影响较大的主要原因，提出可行的有 效改善和提高配电配网供电靠性的具体措施。1.2 研究目的和意义配电网处于电力系统末端，将大量通过输电网传输过来的电能经逐级降压后 通过配电网络分配给各个用户，近年配电网供电可靠性受到电力企业的重视， 把供电可靠性作为企业达标评优的一个具体考核指标，促进供电企业积极开展配 电网供电可靠性管理工作，用可靠性研究的结果指导生产建设。改革开放 30 年来，随着我国经济的高速发展，城镇化水平不断提高，人民生 活水平得到极大的改善，全社会用电量增长迅猛，在受到年初冰雪灾害和金融危 机的等诸多不利因素的影响下 08 年全国发电量仍然达 34334 亿千瓦时实现 5%的 增长，同比 78 年 2566 亿千瓦时增长了 13.35 倍。尽管如此我国人均用电水平仍然 较低 2006 年人均用电量约 2149 千瓦时，约为美国的 15%， R本的 25%，韩国的33%; 人均生活用电更是仅为 246 千瓦时，约为美国的 5%，A 本的 10%，存在巨大的发展空间。但是我国长期以来配电工程的资金投入落后于发电、输电工程， 造成配电网供电能力远低于发电能力和输电能力的增长。配电网普遍存在技术落 后、设备陈旧、网架结构薄弱、转供互供能力差，供电可靠性低，在内需成为拉 动国民经济增长主要力量，如何不断提高人民生活水平提振内需成为保持国民经 济持续快速健康发展主要动力的今天。我国落后的配电网建设、管理水平不能满 足 H 益增长的电力供应需求。所幸这个间题得到了各方面的重视，国家的电力技资将向配电网倾斜投入巨资大规模建设和改造城乡配电网络，电力企业也将目光转向如何提高配电网供电 可靠性增供扩销提高效益上来。但如何投放资金和高效的利用资源，有效的改善 配电网供电可靠性成为电力企业面临一个现实问题。一方面用户对电能质量和连 续性要求不断提高，系统规模不断扩大，运行控制复杂，事故后果严重:另一方 面资金资源有限。通过对现有配电网络进行可靠性评估，了解整个系统配电系统 的可靠性水平，指出配电网薄弱环节和改进方向，找到可行的改进措施为配电网 的规划、建设、管理提供依据是提高配电网供电可靠性保证，对实现电力工业现 代化，提高电力企业经济效益和社会效益都有着重要意义。长期以来配电网可靠性的研究主要集中在评估算法上，大部分文献都局限于 某提出某种算法，用标准的 IEEE-RTS 或 RBTS 测试系统进行验证分析，主要对算16法的可行性和有效性进行分析。这些系统不能完全反映配电网的特征，仍需进一 步改进和完善。本文从实际调研的资料入手结合对我国配电网供电可靠性历史数 据的分析、发掘，分析影响配电网供电可靠性的主要原因，有针对性的提出了相 应的改进措施，着力于解决生产实际问题，具有实践意义和推广应用价值。1.3 国内外研究现状配电网供电可靠性的研究始于上世纪 70 年代，叫发电系统可靠性和输电系统 可靠性晚，是整个电力系统可靠性学科中最后发展起来的部分。近 30 年来，世界 各国特别是发达国家都普遍开展了配电系统供电可靠性的研究和应用工作，并已 取得了很多的成果。随着统计工作的不断完善和数据资料的积累人们发现配电系 统对用户供电可靠性的影响很大。美国、英国、加拿大、日本以及法国的国家都 投入大量资金对配电系统供电可靠性进行专门的研究，相关研究成果已经用于生 产实践。英国早在 60 年代就开始配电系统供电可靠性的研究，并于 1978 年发布 了工程导则 P2/5 ，该文件对恢复负荷的时间做了明确规定。加拿 大早在 40 年代就开始认识到了用定量的条件来描述电力系统供电充裕度的必要 性，有关配电系统供电可靠性充裕度方面的论述开始增多，1976 年加拿大电气协 会配电系统工程委员会制定了配电系统可靠性指南)，该指南提供了能够对供电 有效度进行定量评价。日本在 1976 年编制了电力输送部门综合电力系统供电可 靠度文件，对供电可靠度作了明确规定，提出了个别可靠度和平均可靠度的概 念和计算方法。美国和法国等国家也都制定了自己的关于配电网可靠性文件。在 这些国家可靠性评估已经成为配电网规划决策中的一项常规性工作。随着这些国 家对配电网可靠性的重视和深入研究，配电网供电可靠性已近达到相当高的水平。 有关资料显示:在 90 年代美国各电力公司供电可靠性已经稳定在一个较高的水平， 中心城区供电可靠率指标基本上能够达到 99.99% (对应平均用户停电时间越53 分钟)，日本更是早在 1995 年，在日本东京地区供电可靠率即达到了 99.999%对 应的用户平均停电时间约为 5.26 分钟。在我国，配电网的供电可靠性研究始于 80 年代初期，开始时由于缺乏必要的 统计资料和行之有效的分析方法，发展较为缓慢。我国的功底啊可靠性通发达国 家相比差距较大。1994 年我国 174 个主要城市的主要配电系统，用户供电可靠率 最高的是 99.85%，相当于年平均停电时间 13.14 小时/年户，用户供电可靠率最 低的是 95.741%，相当于年平均停电时间 373.088 小时/年户，近年有所提高 2007 年平均供电可靠率达到 99.881 %，其中以上海电力公司 99.977%，北京电力公司99.938%，山东电力集团 99.938 和广东网公司 99.926 排在前四。近年来，由于电力供应中配电环节的瓶颈问题日益突出以及电力企业管理水 平不断提高，电力企业对配电网供电可靠性工作越来越重视，配电网供电可靠性管在电力企业管理中的地位得到很大提升。从 1995 年开始电力生产事故调查规 程就将 10kV 用户供电可靠率列入供电安全考核项目之中，供电可靠性不足给客 户造成的经济损失将成为电力市场体制下电价形成机制中一个重点考虑的因素， 这大大提高了人们对配电网功底啊可靠性的重视程度。我国经 30 年的有组织、有 计划的配电网供电可靠性研究和应用，制定了配电网供电可靠性的统计办法及程 序，建立了有效的配电网可靠性数据信息库和可靠性理论体系，开展了广泛的学 术交流、经验交流和教育培训活动。目前，配电网供电可靠性的重要性以的到充 分的认识，配电网供电可靠性的统计分析和应用工作，己遍及全国，并在逐步深 入和全面的发展I付。1.4 本文的主要工作如前所述配电网供电可靠性是整个供电可靠性中最重要的一环，我国配电网 也是我国供电体系中最薄弱的一环，迫切需要进行深入的研究，提出切实可行改 进措施。首先，本文介绍了本文研究的背景、目的、意义，对国内外研究现状进行了 综述。其次，介绍了配电网可靠性评估的基础理论，配电网供电可靠性的发展过程、 特点、主要内容、评估算法和可靠性评估的各项指标，并用考虑多约束条件蒙特 卡洛算法对实际的配电系统进行模拟计算和分析。最后，根据我国历年供电可靠性数据结合课题组实际调研的情况，本文详细 的从电网的供电能力和网架结构、自然环境条件、电气设备、外力破坏、计划停 电几方面入手详细分析了影响配电网供电可靠性各种因素，并用灰色度关联分析 法对各种影响因素对配电网供电可靠性影响程度进行分析，提出了提高配电网供 电可靠性性的具体措施。第二章 配电网可靠性评估理论2.1 配电网及其特点电力系统可以分为发电、输电、配电三大系统。配电系统是处于电力系统的末 端，把电源系统或输变电系统与用户设施连接起来，向用户分配电能和供应电能 的重要环节，包括配电变电所、高低压配电线路以及接户线在内的整个配电网络 及其设备。我国配电系统的电压等级，根据城市电网规划设计导则的规定，110kV、66kV、35kV 为高压配电系统，10kV、6kV 为中压配电系统，O.22kV 及 O.4kV 为低压配电系统，及其 220kV 以上电压为输变电系统。但随着城市供电容 量及供电范围的不断扩大，在一些特大城市如北京、上海等地，目前已将 220kV 电 压引入市区进行配电。因此，配电系统一般很难简单地从电压等级上与输变电系 统划分或定义，而是以其功能和作用来定义和区分。由于发展过程、电源位置、经济及地理条件、负荷分布特征等因素的不同， 配电系统接线方式也有很多种。但归结起来大体可分为三大类放射式环网式网格 式。环网式或网格式中的任何用户，都具有备用电源。虽然配电系统的接线方式 具有树状、环状、网状等多种接线方式。但现在最常用的是坏网接线、开环运行 而形成辐射形的供电方式，其目的就是为了减少在任何单一的馈电回路中发生故 障的设备的数量，以及为了保证在万一系统发生故障时或者在计划检修期间，某 个正常开路点可以闭合，而另外某一个点可以打开，以使失去电源的总负荷为最 小。因此我们国家通常采用环网接线开环运行的结构方式。在可靠性评估时，应 以此作为典型方式加以研究。配电系统的基本单元是馈线，每条馈线与树状相似， 以辐射型网络连接若干台配变，每条馈线的首端可看成树根，主干线看作为树干， 其它各级支线为树枝，末端用户配变为树叶，馈线与馈线之间除在树根处通 过高压输电网相连以外，没有其他电气联系，图 2.1 是典型配电馈线结构图。2豆一)-1天图 2.1 典型配网结构图1 变电所主变 2 母线 3 隔离开关 4 断路器 5 配电变压器 6 分段断路器 配电设备是构成配电系统的基础，配电系统的可靠性取决于配电设备的特性乓及其组合的方式。配电系统设备分散、点多面广，受外界环境和气候条件的影响 极大。同一类型设备的特性和状态，可能因安装和使用的位置和地区，负荷的性 质和大小不同而有所不同。因此，配电系统可靠性的研究必须从系统观点出发， 全面地、全过程地加以研究。配电系统的结构，设备的型号、规格、容量和数量 的大小是随用户及负荷的增长和变化而不断改变的，配电系统的支路电阻与电抗 比 r/x 一般比较大，其并联电导和容纳很小，在进行潮流计算时可以忽略不计。配 电系统经常运行在不平衡多相运行状态，而且因检修方式的不同而更换和改变，是 一个规模庞大控制复杂的大系统。其系统和设备的特性数据及指标必须通过较长 时间的统计才能反映其统计的规律性。2.2 可靠性和配电网可靠性2.2.1 配电网可靠性的发展过程 可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。度量可靠性特性的指标称作可靠度或称可靠率。可靠度表示设备或系统成功的概率或其工作成功的比值。可靠性理论的研究起源于上个世纪三十年 代，最早被应用于机器维修问题，贯穿在产品和系统的整个开发过程，包括设计、 制造、试验、运行、管理等环节，形成了可靠性工程。可靠性理论及其在电力系 统和电气设备生产领域的应用，是 20 世纪 60 年代中期以后发展起来的新兴学科。 把可靠性工程的一般原理和方法与电力系统的工程问题相结合，便形成了电力系 统可靠性。1947 出现电力不足概率法、LOPO 法，并将其用于发电系统的可靠性 评估。1958 年以后，在计算机上实现了电力系统的可靠性评估，与此同时，蒙特 卡洛模拟原理也开始引入电力系统的可靠性评估计算。该方法通过大量的计算机模拟实验来获得可靠性指标。1954 年，Desieno 和 Stine 将 Markov 过程的基本理 论引入电力系统可靠评估的数学建模中，在此基础上，在 1970年比林顿发表了电 力系统可靠性研究的第一本专著电力系统可靠性分析，从此，电力系统可靠性 的发展进入了-个新的时期(7咽现在，可靠性工作几乎己扩展到电力系统的各个方面。由于计算机技术的飞 速发展，现在电网已经逐步采用计算机对系统进行研究和监控，这便使得用计算 机对电力系统进行可靠性分析和研究已经成为必然的发展趋势。电力系统是一个 复杂的大系统，对其整体进行可靠性评估是十分困难的，一般将其划分为子系统 加以研究。按照电力系统的组成结构，可划分为发电系统可靠性评估，输电系统 可靠性评估和配电系统可靠性评估三个部分。配电网可靠性的研究始于本世纪年代，其起步晚于发电和输电系统的可靠性 研究，这是由于人们当时还没有意识到配电网由于直接与用户相连，对供电可靠 性影响最大，同时，为数众多的配电网投资累计起来也十分可观。这就意味着配 电网可靠性的工程应用将会产生巨大的经济效益。从而配电网的可靠性研究得到 了迅速的发展。目前，在工业发达国家，可靠性评估己成为配电网规划决策中的 一项常规性工作。国内对配电网可靠性的研究始于年代初期，由于缺乏必要的统 计数据和行之高效的分析方法，发展较为缓慢。近年来，随着城市经济的迅速发 展和城市改造的开展迫切需要对配电网进行科学，合理的规划。同时随着电力企 业管理工作的不断发展和深化，供电可靠性在生产管理工作中所占的位置也越来 越重要。2.2.2 配电网可靠性研究的特点 电系统可靠性评估包括可靠性原始数据的搜集和整理、可靠性指标的确定、可靠性评估模型的确立、可靠性评估软件的开发以及增强性措施的分析等几个方面，研究的过程有以下几个特点z配电系统是电力系统与用户间的桥梁，因此，配电系统可靠性应该以改善和 提高配电系统对用户的供电能力和供电质量为目的，确定可靠性指标，然后在此 基础上，制定整个系统的可靠性指标。电力生产具有产供销同时完成的特点，配电系统因其与客户直接相连因此配 电系统的可靠性是整个电力工业水平的综合反映。生产实际中配电网供电可靠性 收到发电、输电、用户等环节的影响，必须予以充分的考虑。配电系统设备种类多、数量庞大、分散面广，设备的型号、规格、容量和数 量也随着用户及负荷的变化、检修方式的变化而不断变化。同一类型设备的特性 和状态，可能因安装和使用的位置和地区，负荷的性质和容量不同而有所不同。 因此，配电系统设备和元件的特性数据和原始参数必须通过长期的连续的统计才能反映真真实规律。 由于不同地区配电系统的结构、运行方式、设备水平、用户需求各不相间，对可靠性评估的侧重点和要求也不同。因此，在配电系统可靠性评估中应结合配 电系统自身的特点，选择合适的模型和方法。配电系统可靠性取决于配电设备的特性和配电网络的结构。在选择提高和改 善配电系统可靠性的对策和措施时，一方面可以通过网络重构，即改变主干线上 开关设备的状态，来提高网络的可靠性另一方面也可通过改进生产技术或新建、 改建电力设施，来提高系统可靠性。2.2.3 研究的主要内容 在电力系统领域中，配电系统可靠性研究的对象主要是配电系统及其设备在规划、设计中所考虑的各种条件和要求，制造和安装后所具有的结构和固有的特性，运行过程中所表现的特性及状态。作为电力系统中向用户供应电能和分配电 能的最终环节，配电系统可靠性研究必须以改善和提高配电系统对用户供电的能 力和质量为目的。现阶段的配电系统可靠性评估工作主要包括两个基本方面:对现有己运行的 配电系统及其主要元件进行历史的可靠性统计、分析和评价，即量度系统过去的 性能:为了设计、规划和建设新的系统，或者在扩大、改造和发展现有系统时而 进行配电系统可靠性定量评估，即预测系统未来的行为。具体来说有如下几方面工作叫( 1 )定义配电系统的可靠性指标:(2)配电系统可靠性指标的统计、分析与评价，以及应用其统计分析的结果， 对现行系统和设备从设计到制造、安装、调试、运行、维护和检修等整个生产全过程的指导作用:(3) 配电系统可靠性预测及其对配电系统规划、新建、扩建及改造的指导作用:(4) 为实现配电系统可靠性分析、预测的指导作用而采取的各种有效措施、对策及其效果:(5) 配电系统可靠性与经济性的协调及电力系统可靠性经济学在配电系统可 靠性中的应用。2.2.4研究方法 配电系统可靠性研究的方法，一般分为配电系统的供电可靠性和系统可靠性两个方面来加以讨论。供电可靠性是指用户方面能以多大可靠度得到所需电力的问题，系统可靠性是指电力部门方面为了保证满足用户的供电可靠性，配电系统 状况应怎样最佳的问题付。配电系统可靠性研究主要有以下几个方面配电系统可靠 性指标的研究。以一组科学合理的指标很好的反映配电系统的可靠程度，提供更 多的有用信息配电系统的可靠性数据统计。包括元件可靠性的原始数据和系统实际运行可靠性的统计，为可靠性研究提供参数并作为可靠性工作的检验。配电系统可靠性评估。在理论层面上对配电系统的可靠性进行定量分析，为改善配电网 可靠性提供理论指导。配电系统可靠性优化，使可靠性与经济性相协调。即电力 系统可靠性经济学在配电系统中的应用，体现电力部门的实际需求。2.3配电网可靠性评估的指标体系科学合理的指标可以很好的反映配电系统的可靠程度，提供更多的有用信息。 配电系统的可靠性数据统计。包括元件可靠性的原始数据和系统实际运行可靠性 的统计，为可靠性研究提供参数并作为可靠性工作的检验。配电网供电可靠性指标最早由爱迪生电力研究所(EEI)、美国公共电力联合会(APPA)和加拿大电力联合会(CEA)提出，并于 1998 年成为 IEEE 试行标准 IEEE Std1366 1998，IEEE Trial Use Guide for Electrical Power Distribution ReliabilityIndices)。其中最主要的指标为各负荷点的可靠性指标，ENS，SAIFI，CAIFI，CAIDI和 SAIDIo 定义如下(9) :了-专t缸，系统平均停电频率指标 SAIFI(System average interru川pt川ion frequency index)，它是指系统中运行的用户在一年时间内的平均停电次数，可以用一年内用户停电的 累积次数除以配电网供电的总用户数来估计，单位为次用户年。用户总停电次数 .L;N ，SAIFI- .，. .，. VV. -!:一总用户数 YNt(2.1 )i 和 N;. 分别为负荷点 i的用户停运率和用户数系统平均停电持续时间指标 SAIDI(System average interruption duration index)它是指系统中运行的用户在一年时间内经受的平均停电持续时间，可以用一年时问内用户经受的停电持续时间的总和除以该年中由配电网供给的用户总数求得， 单位为小时/用户年。)U.NSAIDI-=用户停电持续时间总和.， ，. .-:. .，.一一 (2.2)用户总数 LNjU; 是负荷点的平均每年停运时间或不可用率(h/年)用户平均停电频率指标 CAIFI(Customer average interruption frequency index)， 它是指每个受停电影响的用户在一年时间内经受的平均停电次数，可以用一年中观察到的用户停电次数除以受停电影响的用户数来估计，单位为次I( 用户年)。 每个受停电影响的用户每年只计算一次停电，不考虑用户一年中实际经受的一次以上的停电次数。CAIFI=用户总停电次数(2.3)M; 是负荷点 i的故障停电用户数。用户平均停电持续时间指标 CAIDI(Customer average interruption duration index)它是指在一年中被停电的用户经受的平均停电持续时间，可以用一年时间内用户 停电持续时间的总和除以该年停电用户总户数求的，单位为h/停电用户年。-用户停电持续时间总和军吼叫= .:.一-(2.4)用户总停电次数_L.jNj平均供电可用率指标 ASAI(Average service availability index) 它是指一年中用 户的可用小时数与总的要求供电的小时数之比。. .一-用户总供电小时阳军风乞明ASAI- . _._ . v . (2.5)用户需要供电小时8760LNj平均供电不可用率指标 ASUI(Average service unavailability index)它是指一年 中用户累积停电小时数与总的要求供电的小时数之比。j 风则=用户总供电小时=军U=1-ASAI(2.6)用户需要供电小时8760I风上述系统可靠性指标是国际上所采用的可靠性指标，在我国现行使用的供 电系统用户供电可靠性评价规程中己被包含在内，主要如下I 叫111: 用户平均停电时间z 用户在统计期间内的平均停电小时数，记作 AIHC-l:了(用户每次停电时间)AIHC-l=臼用户总数(2.7)若不计外部影响时，记为 AIHC-2:AIHC-2=用户平均停电时间-用户平均受外部影响停电时间h/户用户平均受外部影响停毡时间(2.8)=Z(每次外部影响停电持绸才间每次受其影响的停电户数2h/ 户 (2.9)总用户数若不计系统电源不足限电时，记作 AIHC-3:AIHC-3=用户平均停电时间一用户平均限电停电时间h/户用户平均限电停电时间(2.10)=艺 (每次限电停电持续时间每次限电停电户约 总用户数h/ 户(2.11 )供电可靠率:在统计期间内，对用户杏效供电时间总小时数与统计期间小时 数的比值，记作 RS-l:f用户平均停电时间飞此S - 1I 1-I x 100%l统计期间时间 j若不计外部影响时，记作 RS-2:RS-2=1-( 用户平均停电时间-用户平均受外部影响停电时间)l统计期间时间j若不计系统电源不足限电时，记作 RS-3 :(1- 用户平均停叫-用户平均附叫x叫l圳0叫0统计期间时间 j(2.12 )(2.13 ) (2.14 )用户平均停电次数:供电用户在统计期间内的平均停电次数，记作 AITC-l:AJTC -1每次停电用户数L(=次/户总用户数(2.15 )若不计外部影响时，记作 AITC-2:艺(每次停电用户数 )-L( 每次受外部影响的停包用户数AITC-2 =总用户数次/户(2.16)若不计系统电源不足限电时，记作 AITC-3:AITC -3工(每次停电用户数) -I每次限电停电用户数 )=次/户总用户数(2.17 )用户平均故障停电次数:供电用户在统计期间内的平均故障停电次数，记作AFTCoAFTC= L( 每次故障停电用户数 次/户 总用户数(2.18 )用户平均预安排停电时间:在统计期间内，每一用户的平均预安排停电小时数， 记作 AIHC-S- ( 每次预安排停电时间 x 每次预安排停电户数2h/ 户 总用户数(2.19 )用户平均故障停电时间:在统计期间内，每一用户的平均故障停电小时数，记作AIHC-F/YAIHC-F=.L.(每.次/ 故障停，.电:时.: 间. 每-.次./ 故障，停. 电户娩h/ 户(2.20)总用户数预安排停电平均持续时间:在统计期间内，预安排停电的每次平均停电小时 数，记作 MID-SoMID-S=.:.(预:安-排.停:.电:.时. 间. h/ 山( 2.2 1)次预安排停电次数 MID-F = .I.C故障停电平均持续时间:在统计期间内，故障停电的每次平均停电小时数， 记作 MID-Fo故障停电时间). .-.: 4 4. 故障停电次数h/ 次(2.22)平均停电用户数:在统计期间内，平均每次停电的用户数，记作 MIC:(每次停电用户数)MIC=户/次 停电次数(2.23 )预安排停电平均用户数 z 在统计期间内，平均每次预安排停电的用户数，记作MIC-So立(每次预安排停电户数)MlC-S=预安排停电次数户/次(2.24)故障停电平均用户数:在统计期间内，平均每次故障停电的用户数，记作MIC-F 0立(每次故障停电户数)MIC-F= 户/次 故障停电次数(2.25 )用户平均停电缺供电量 z 在统计期间内，平均每-用户因停电缺供的电量， 记作 AENSoAENS = 艺. (每次停._.电.?缺供电量)kWhI 户( 2 26)-v /总用户数.=，预安排停电平均缺供电量:在统计期间内，平均每次预安排停电缺供的电量， 记作 AENT-SoAENT-8= -:-L(每次，.预./ 安:排停电缺供电量电量)kWhl次(2.27)-r v.:.:.-y.v._.= .=，预安排停电次数故障停电平均缺供电量:在统计期间内，平均每次故障停电缺供的电量，记 作 AEN下F。=.AENT -F = 工. (每.次/ 故:障. .停:. .电.:缺.供: 电. 量)kWh/次(2.28 )故障停电次数停电用户平均停电次数:在统计期间内，发生停电用户的平均停电次数，记 作 AITCI。AITCI = L(每次停电用户数 停电用户总数次/户(2.29 )停电用户平均停电时间:在统计期间内，发生停电用户的平均停电时间，记 作 AIHCIoAIHCI= I(每户每次停电时间) 停电用户总数I(每次停电持续时间每次停电用户数) . ，.h/ 尸停电用户总数(2.30 )系统故障停电率 z 在统计期间内，供电系统每 100km 线路(包括架空线路及电缆线路)故障停电次数高压系统不计算此项指标)，记作 RSFIo系统总故障停电次数RSFI=次1100km年系统线路lOOkm年数(2.31 )外部影响停电率:在统计期间内每一用户因供电部门管辖范围以外的原因 造成的平均停电时间与用户平均停电时间之比，记作 IRE。，RE = 用户平-均=受-:外:部:影响的停电时间x 100%，. :_ . (2.32 )用户平均停电时间2.4配电网供电可靠性评估算法研究配电系统可靠性评估是配电系统可靠性研究的最基本、最核心的内容之一。配电系统可靠性评估是为了设计、规划和建设新的系统，或者扩大和发展现有系 统供电能力而进行的预测评估，是所谓预测未来的行为。可靠性评估对配电 系统的供电可靠性的改善有很重要的指导作用，如果不进行可靠性评估很难发现 系统的薄弱环节和不足之处，很难从根本上改善配电系统的可靠性。可靠性评估 方法最重要的是准确，评估结果所提供的信息量丰富，能发现配电系统中的薄弱 环节，在系统规划、运行维护的各个阶段为工程技术人员提供参考。同时由于现在的发展趋势对配电系统可靠性评估也逐渐有一定的实时要求，所以评估效率也 是很重要的。2.4.1 电网可靠性算法的分类 自从对可靠性领域的研究深入发展以来，人们对电力系统可靠性进行数据统计和模型的建立都提出了许多方法。目前在工程上最为普遍应用的电网可靠性评估方法主要有解析法、模拟法及其它方法。1 解析法 解析法根据电网元件的随机参数，建立电网系统的可靠性数学模型，通过枚举偶然事故并对该电网在各种偶然事故状态时的行为进行分析，然后通过数值计 算方法获得电网系统的各项指标。解析法一般是通过概率统计方法对系统进行计 算。解析法的代表方法有如下几种:FMEA 法，也是配电网可靠性定量分析的经典方法，其全称为故障模式后果 分析法 (Failure Mode and Effect Analysis)。该法的基本思想是，首先假定系统的 故障元件，然后对该元件故障引起的系统状态改变进行分析，进而找出受影响的线路及停电的负荷点。重复此过程直至枚举完所有的系统元件，按因果关系归纳 成表。对影响同一负荷点的各元件故障率和修复时间，根据逻辑关系进行计算叠 加，可得负荷点指标并进而求得系统的可靠性指标。FMEA 法原理清晰，简单易懂，但在处理带有复杂分支馈线的配电网时会出现维数灾川I1口勾2叫斗叶圳叫I阳11-叫14仙付4川例1等值法，其基本原理是在 FMEA 法的基础上，对网络进行化简，变复杂网络 为简单辐射状馈线。整个化简的步骤可分为上行等效和下行等效两部分。在首先 的上行等效的过程中，将分支馈线对上级馈线的影响用一个串在上级馈线中的等效节点元件来表示。从最末端的分支馈线开始等效，逐级向上，直到线路没有分 支馈线为止。而后，在下行等效的过程中，将上级馈线对下级馈线的影响用一个 串在下级馈线首端的等效节点元件来表示。与上行等效相反，逐级向下，直到负 荷点为止，计算出负荷点指标。等值法解决了配电网元件数量众多的困难，但在 编程实现时需要对等效过程不断地递归调用，容易出现人为的逻辑错误。由于现 代配电网中大量手动开关和自动开关的应用，使得减小停电范围进行故障隔离成 为了可能。开关装置的配置不能影响系统的故障频率，但在减少停电持续时间方 面有着巨大的贡献。图论分析法，由于配电网可靠性的拓扑结构强相关性，衍生出了许多图论分 析法。把配电网看作图，用图的邻接矩阵实现网络拓扑，用图的增加和删除操作 修改邻接矩阵，达到即时修改网络拓扑和计算可靠性指标的目的叫。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的实际情况， 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的节点上，从而对每个负荷点，仅对其最小路上的元件与节点进行计算，即可得到负荷点相 应的可靠性指标。以负荷点供电可靠为分析顶事件，将系统元件分为供电时必经 过的最小路上元件及供电时不必要经过的非最小路上元件，计算可靠性。对配电 系统中的每一个负荷点，求取其最小路模型，将非最小路上的元件故障对负荷点 可靠性指标的影响，根据网络的实际情况，折算到相应的最小路节点上，从而对 于每个负荷点，仅对其最小路的元件进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标。 该算法可以结合系统的实际配霄，找出网络的薄弱环节，计算效率较 FMEA 法有 了很大的提高，但是对于由主馈线和分支馈线组成的相对复杂的系统，其最小路 的求解和简化工作非常复杂叫。2 模拟法 模拟法是通过技术手段模拟系统的运行情况并得到结果。其中最具代表性的是蒙特卡洛法，蒙特卡洛法是利用随机数进行随机模拟的一般方法，命名来自于 欧洲著名的赌城名字。蒙特卡罗法的主要思想是，利用现代计算机高速运算的能 力，在计算机内重建了一个虚拟的系统，仿真系统的运仔。本质是通过概率方法 将服从各种概率分布特性的的随机数转换成能通过计算机模拟的服从分布的随机 数。其特点是能抽取服从任意一种概率分布的随机数，并能用计算机进行模拟。 蒙特卡洛仿真又称为随机模拟方法(17)11 ，它的基本思想是:建立相关问题的概 率模型或随机过程模型，使其参数为问题所要求的解，然后通过对模型或过程的 观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征，最后给出所求解的近似值。通常， 解的精确度可用估计值的标准误差来表示。蒙特卡洛仿真是一种统计试验方法， 其统计的抽样次数与系统规模无关，容易处理各种实际运行控制策略和各种随机分布，所以蒙特卡洛仿真在进行大型复杂电力系统可靠性评估时更具有优越性。3 人工智能的方法人工智能算法是在 1956 年由美国的 Mc Carthy 和 Vi.nsky 等人提出的，经过 多年努力，己经有了很大发展。它是通过仿效生物处理模式，获取智能信息处理 功能，以便简化处理一些复杂现象，快速有效的解决各种难题。目前包括人工神经网络算法、模糊算法和遗传算法等多种算法。近年来，人们尝试将人工智能的 方法引人到可靠性分析领域。出现了所谓的人工神经网络评价可靠性的方法以及 模糊可靠性评估方法。人工神经网络 (ANN) 评价可靠性的方法，ANN 网络是模拟人脑工作的一种 算法，包括 3 层前向传递网络:输入层、隐藏层和输出层。输入层的用于提供原始 数据;隐藏层主要起连接作用，使得输入层和输出层可以建立多种函数关系;输出层 的作用是输出实际值。反向传播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19) 0模糊算可靠性评估，在考虑随机性不确定事件和模糊性不确定事件对系统可 靠性影响的基础上，综合应用概率论和模糊集合论，提出了模糊可靠性评估方法。 该方法应用概率统计理论解决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率、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I叫。通常评价一种算法的主要标准是计算精度与计算时间。三类方法各有特点。 解析法理论严密，计算精确，但是对大型电网的可靠性计算非常复杂，计算量很 大。模拟法可以模拟相关失效多重事件等复杂因素，计算量较少，但事件针对性 分析有一定困难。解析法得到的是评价值指标，而蒙特卡洛法既可以得到平均值 指标又可以得到概率分布的可靠性指标。在以前对配网的可靠性评估中，国内外 大多数文献都采用解析法，随着计算机技术的推广应用，模拟法在电网可靠性评 估中得到越来越多的应用。人工神经网络方法虽然能够考虑网络结构变化等多种 实际运行条件的影响，但由于其设计比较困难，隐含层中的节点数的选取不能很 好解决，因此进展不大。2凡2 考虑多约束条件的蒙特卡洛法1 元件模型 配电系统的主要元件如配电变压器、断路器、架空线路等都属于可修复元件。对一个正在使用中的可修复元件来说主要有可用状态和不可用状态。对配电元件 来说，除了计划停运外，其处在可用状态或不可用状态是随机的。可用状态，又 称工作状态，是指元件处于可执行它的规定功能的状态。工作状态持续的时间称 为连续工作时间，记为 TU。不可用状态又称停运状态，是指元件由于故障处于不 能执行它的规定功能的状态:停运状态持续的时间称为连续停运时间，记为 TD。 一个可修复的配电系统元件的寿命过程如图 2.2 所示。整个过程处在不断交替的工 作状态和停运状态，这里元件只处于正常工作和故障停运两种状态，所以称双态 模型，其中的 TU 和 TD 都是非负的随机变量。IST01TU1T02T03TU2TU3TOi图 2.2 双态模型元件的运行时间过程在传统的可靠性研究中，某一元件的故障率通常&E? 被认为恒定不变。然而，根 据电力公司的经验所得大多数元件都遵循一定形式的寿命周期，这种形式下故障率不是一个恒定值，而是随时间变化的数值。当电力元件刚投入使用的时候，由 于运输和安装过程中人为的损坏，其故障率相对较高。这段时期称为磨合期或者 投入期:一段时间以后元件的故障率逐渐降低并达到一个近似恒定不变的值，这 段时间称为元件的有用寿命时期当元件逐渐磨损，故障率趋于升高直至发生故障 或者被新的元件替换，这段时期在元件的寿命过程中称为磨损期。这种形式下的 元件一个周期的故障率曲线为如图 2.3 所示的浴盆型曲线。(t)1使用寿命 tl-一一-一一-bj故障偶发期! 故障偶发期损耗故障期t1图 2.3 典型设备故障率曲线 上图所示元件在磨合期与磨损期的故障率都要比有用寿命时期大，则进行可靠性分析时，应该考虑元件在不同寿命时期故障率对可靠性的影响。2 天气的影响 对于线路、变压器等户外元件而言，其故障率应该是气候条件的函数。恶劣天气出现的概率虽然不高，但处在恶劣气候条件下，电力元件发生故障的机会明 显增加，并对元件产生巨大的破坏作用，使配电网发生多种相关和不相关故障的 可能性急剧增加。因此，在配电系统可靠性分析中，有必要考虑气候条件对系统 可靠性的影响。元件的故障率是其所处天气的连续函数，然而由于系统的建模、数据收集、 数据检验等困在实际中却不能将其处理为连续函数或高度离散的函数。因此，在 大多数情况下，考虑到一定的模拟精度和计算量，将气候条件分为正常天气和坏 天气两种状态，并用随机的持续时间期望值来描述。3 负荷变化的影响 通常，复杂配电网可靠性评估都是在单一负荷水平条件下进行。配电系统作为直接与用户联系的部分，其电压质量、供电可靠性等方面极易受到用户负荷变 化的影响。特别是在某些区域负荷曲线峰谷差较大的情况下，恒定负荷条件的可 靠性评估方法的适用性就会受到较大的限制。在很多配电系统可靠性研究的工作 中，通常为了便于研究，计算电量不足和用户停电成本时均假设每个用户的负荷 恒定不变，使用平均负荷或峰值负荷来计算电量不足和用户停电成本等可靠性指 标.然而，在实际的系统中，负荷是随时间变化的函数，不同用户类型、不同季 节，负荷水平也不同。因此，使用平均负荷或峰值负荷代替时变负荷，必然会使 可靠性计算结果造成较大的误差，在负荷变化范围较大时，得到的指标区间也会 很大，不能保证可靠性评估、分析的精确度。因此，有必要在负荷曲线下进行复 杂配电网的可靠性分析。考虑负荷变化的影响对提高研究配电系统可靠性指标的 精确度有十分重要的意义。4 潮流约束 配电网发生故障后，配网结构会发生变化引起配电网潮流变化。在复杂配电网络的计算中必须要考虑因负荷转移造成的配电线路运行参数越限，电压过低、 切负荷等情况。因此在配网的可靠性分析计算中必须考虑潮流约束，对配电网进 行潮流计算。在传统的可靠性分析中，一般不考虑影响可靠性分析的其他因素，但足这样 与实际的系统环境不符合，必然对可靠性分析的精确性造成影响，综合上述考虑 本文引入考虑多约束条件配电系统可靠性评价模型。20元件故障率 (t)(t) = xkwea加(t)x k，庐(ty)(2.33)元件的修复率为 (t):(t) =xkweather(t)xksource(t)(2.34)其中，kw阔的e，(t) 表示元件故障率受天气因素影响的时变权重因子:kife (t) 表示元件修复时间受天气因素影响的时变权重因子:ksource(t) 表示元件修复时间受可用修复资源影响的时变权重因子: