配电网可靠性定量评估及成本,效益分析软件包研究

1、配电网可靠性定量评估及成本/效益分析软件包研究 邱 生1 张 焰1 陶 鹏1 王之佩2 骆敏2 （1.上海交通大学，上海 200030 2.上海市电力公司，上海 310014）摘 要 ：在综合应用配电系统可靠性理论、成本/效益分析理论、图论以及面向对象的计算机编程技术基础上，研究开发了一套用于定量评估配电网可靠性以及进行可靠性成本/效益分析的软件包系统。文中着重介绍了该系统的设计开发思路、软件包工作流程和功能等。最后应用该软件包系统对我国某地区中压配电网的供电可靠性进行了定量计算，并对为提高可靠性而投入的成本以及所获得的效益进行了分析比较。研究结果可以为电网的规划人员与运行管理人员提供依据。关

2、键词：配电网；可靠性；成本/效益；软件包0 引 言安全可靠的电网是维持国民经济发展以及人民生活水平的重要保障。电网故障引起供电中断所造成的经济损失和社会影响往往是巨大的。配电网是电力系统中联系电源与用户的一个重要环节，其供电可靠性水平的高低与电力用户有着直接的关系。保证供电可靠性是配电网规划与运行管理中需要考虑的一个重要问题。电网的供电可靠性与电网建设的经济性有时是相互矛盾的两个方面。提高供电可靠性，则可能需增加对电网的投资，使电网的经济性下降，但若不采取措施提高可靠性，则包括停电损失在内的电网总成本可能反而会上升。如何使电网供电可靠性与电网经济性之间协调达到最大满意程度，则要通过可靠性成本/

3、效益分析来完成。首先需要合理地定量评价电网的供电可靠性，找出其薄弱环节，然后通过成本/效益分析来采取合理的措施提高电网供电可靠性。因此，开发具有实用性的配电网供电可靠性定量评估及可靠性成本/效益分析软件包系统具有重要的意义。1 软件包设计思路软件包开发遵循实用、方便和可扩展性的设计原则。配电网接线复杂、设备数目多、涉及的信息量大，各设备参数及功能之间存在一定作用关系，相应的数据及其处理密切相关。本文采用面向对象的计算机编程技术设计软件包平台，在图形化操作界面（如图1示）上用图元的形式把设备的参数和状态集中在一起，然后利用这些图元信息和图元之间的联络信息形成计算用数据，最后应用可靠性理论计算配电

4、网的各种可靠性评估指标。根据面向对象的方法本文设计了图元的基本类，定义了普通图元所具有的所有功能，具体的电气设备图元类可以通过继承普通图元类的属性和编写个性函数的方法来完成设计。为在完成图元绘制的同时，能够实现参数输入和数据存储，在图元总体设计方案中，采用“三位一体”的方法，即对于每一种设备，都设计相应的对话框类、数据库接口类和总体控制类。其中的总体控制类可以利用对话框类和数据库接口类实现数据输入输出和数据存储，并利用自身的函数完成图形绘制等功能。图 1 图形化界面对配电网进行供电可靠性计算以及进行有关提高可靠性的成本/效益分析时需要依赖数据库技术管理庞大的信息量。开发的软件包采用关系数据库技

5、术。数据库中包括（1）设备信息表，如线路、变压器和开关等设备的型号、名称、额定电压、电流或容量、设备强迫停运率、计划停运率、非计划停运时间、计划停运时间、误动率以及设备状态（是否在运行）、设备投资费、电价、单位停电损失费等；（2）图形信息表，如设备图元的端点编号、名称、位置的X和Y坐标值以及所属网图的地址等；（3）计算结果表，如系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、用户平均停电持续时间、平均供电可靠率、系统总的电量不足期望值以及各用户点的可靠性指标等；（4）设备故障后果分析表，如各种设备故障对电网所造成的影响分析报告等；（5）可靠性成本/效益分析结果；等等。图2为线路参数输入的典型界面。图2

6、线路参数输入界面在上述的图形化界面和数据库基础上，软件包综合考虑配电网接线形式、运行方式、设备故障、设备计划检修以及故障情况下供电负荷转移路径等影响因素，应用可靠性理论与方法，通过预想事故后果分析，计算出配电网在选定运行方式下的供电可靠性指标，如配电网发生故障停电的概率指标，供电可靠率指标、年平均停电时间指标以及由于配电网设备故障停电造成的电量不足期望值指标和各负荷点指标等；通过对各种设备故障或检修对配电网停电影响程度的排序，找出薄弱环节，分析哪些设备对整个配电网可靠性影响最大，需要加强其可靠性考核及管理，以提高其运行可靠性；确定提高配电网供电可靠性的具体方案并进行相应的成本/效益分析。2 软

7、件包工作流程及功能软件包工作流程如图3所示。绘制配电网电气接线图并输入相关信息进行网络拓扑分析确定配电网运行状态选则电网可靠性判据进行预想事故后果分析和相应的潮流计算并实施故障情况下的负荷转移方案计算可靠性评价指标找出可靠性薄弱环节拟订改进方案，进行成本/效益分析输出结果 图3 软件包工作流程图软件包主要功能包括： 1）配电网电气接线图的绘制可以通过操作软件包中标准的制图工具栏来绘制配电网电气接线图。工具栏分别支持文字输入、电缆、架空线、用户变压器、进线开关、进线刀闸、用户变压器保险熔丝和柱上开关等的绘制。关于配电网电气接线图绘制得是否正确，软件包有自动检测功能。2）配电网运行方式的选择运行方

8、式不同，电网的供电可靠性也不相同。配电网运行方式的改变实质上是设备运行状况的改变。设备运行状态可以通过每台设备对话框的状态栏来改变，非常方便。3）可靠性判据的选择电网是否可靠是相对于一定准则而言的。关于可靠性判据的选择可以通过软件包中专门设置的对话框来实现：图4 可靠性判据选择对话框4）可靠性定量评估对于配电网供电可靠性定量评估的整体思路是：对于每一台设备，首先根据设备属性设定它的故障类型（如短路、开路，以及检修方式下的故障等），然后对每种预想事故和故障类型求出相应的故障范围，对故障范围进行可操作恢复供电区域和不可操作恢复供电区域划分，并实施非故障区域的负荷转移模拟，同时通过潮流计算，判断转移

9、是否成功，最后得到电网的故障事件集合列表，并进行相应的可靠性指标计算。5）自动形成预想事故后果分析报告和显示计算结果及排序功能用户可以通过查看预想事故后果分析报告和可靠性指标的排序结果寻找可靠性薄弱环节。图5可靠性指标显示窗口图6 预想事故后果分析显示窗口6）可靠性成本/效益分析为提高电网的供电可靠性，有时需要增加电网的投资成本，包括新增设备的费用和运行管理费等，相应的可靠性效益可以用因可靠性改善而使供电部门因少售电量而少收电费的减少和给予用户停电损失赔偿费的减少以及设备故障维修费的减少来衡量。可靠性成本/效益分析结果可以通过显示的界面查看。图7 成本/效益分析界面4 应用实例应用所开发的软件

10、包系统对我国上海市某小区的10kV配电网供电可靠性进行定量评估及相应的成本/效益分析。该配电网有8条电源进线、130台10kV/0.4kV用户变压器，41台柱上油开关，是上海采用配电自动化的一个试点小区。电网分析计算中所需要的电气设备可靠性参数均为该电网近3年的实际统计数据。该配电网电气接线如图1所示，可靠性指标计算结果如表1的第2列所示。对于配电网供电可靠性的改善可以从以下几方面考虑：1） 电网改造可以通过电网改造，如增加线路和柱上开关等来提高电网可靠性。软件包在每一个设备的对话框中都提供设备成本的参数输入，电网规划者可以在软件包的原有电网接线图上进行设备的增加及网络结构的调整并输入需要增加

11、的设备费用，然后重新进行可靠性指标计算并进行成本/效益分析，并可以通过调用软件包的成本/效益分析模块来观察电网改造前后的成本/效益比。对算例中的小区进行计算时没有发现电源进线不满足N-1的情况，以及由于局部负荷转移而出现设备过载的情况，因此这里没有给出电网改造前后的可靠性成本/效益分析。但是所开发的软件包支持这种功能。2） 投入配电自动化设备投入配电自动化设备后其对电网供电可靠性的改善主要体现在：突发故障情况下减少故障寻址和故障隔离以及恢复供电的操作时间，使非故障区的用户可以快速恢复供电。对于上述算例，投入自动化设备后，非故障区的停电时间减小到了1分钟。但是如果电网中的柱上开关过少，则无法在所

12、有故障情况下对故障点进行隔离，所以改进效果不会很明显。因此，配电自动化设备的投入需要与电网的一次设备改造相结合。表1给出了算例中的小区采用配电自动化设备前后可靠性指标比较结果以及可靠性成本/效益比。表1 投入配电自动化设备前后的可靠性比较配电网可靠性指标未采用配电自动化采用配电自动化电网平均停电频率0.114405次/户.年0.114405次/户.年电网平均停电持续时间0.770531小时/户.年0.731119小时/户.年电网平均供电可靠率99.991204%99.991654%电网总的电量不足11.782252MWh/年11.070457MWh/年用户平均电量不足0.095791MWh/年

13、.户0.090004MWh/年.户电网停电损失6.621692万元/年6.221574万元/年成本效益比199.9从上表可以看出，采用配电自动化设备后，对于电网可靠性的提高不是很明显，但是投入却很大。效果不理想的主要原因是由于电网中的柱上隔离开关不够多，电网发生故障时，能够转移的负荷仍旧只是一小部分，再加之该配电网的供电可靠性水平原本就较高。3） 加强设备管理及运行维护通过加强设备管理和运行维护可以提高设备的可靠性，最终提高电网的可靠性水平。表2给出了设备故障率减半前后的电网可靠性指标对比情况。表2 设备故障率减半前后的可靠性比较配电网可靠性指标设备维持现状设备故障率减半电网平均停电频率0.1

14、14405次/户.年0.111327次/户.年电网平均停电持续时间0.770531小时/户.年0.694385小时/户.年电网平均供电可靠率99.991204%99.992073%电网总的电量不足11.782252MWh/年10.480461MWh/年用户平均电量不足0.095791MWh/年.户0.085207MWh/年.户电网停电损失6.621692万元/年5.889945万元/年从上表可以看出，通过提高设备可靠性，可以有效地提高电网的可靠性水平，而且除管理与维护费外，不需要另外增加投资。4） 设备采取带电检修方式采取带电作业方式可以降低设备检修情况下对于用户的停电范围和停电时间。表3给出

15、了采取带电检修前后配电网的可靠性指标比较。表3 设备带电检修前后的可靠性比较配电网可靠性指标设备带电检修前设备带电检修后电网平均停电频率0.114405次/户.年 0.111667次/户.年电网平均停电持续时间0.770531小时/户.年 0.667708小时/户.年电网平均供电可靠率99.991204% 99.992378%电网总的电量不足11.782252MWh/年 10.03541用户平均电量不足0.095791MWh/年.户 0.081589电网停电损失6.621692万元/年 5.639857万元/年从上表可以看出，设备采取带电检修方式后，可以较有效地减少电网停电时间。5 结 语为保

16、证电网安全可靠运行，在电网的规划设计和运行管理中定量评估电网的供电可靠性并进行提高可靠性的成本/效益分析具有重要的意义。利用开发的软件包可以方便而高效地对中压配电网供电可靠性进行分析计算。电网规划人员可以以可计算结果作为合理制定最佳规划方案时的技术衡量指标；电网运行管理人员可以根据计算结果找出电网供电可靠性的薄弱环节，为及时采取措施提高电网供电可靠性提供科学决策依据。参考文献1 范文涛，薛禹胜，慕志恒（Fan Wentao, Xue Yusheng, Mu Zhiheng）.面向对象技术及其在电力系统中的应用（objected-oriented technology and its applications in power system）.电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems)，1998，22（12）：72762 郭永基（Guo Yongji）.电力系统可靠性原理和应用（Principle and Application of Power System），北京，清华大学出版社（Tsinghua University Press, Bei