配电网可靠性评估与应用

1、 硕 士 学位 论文师： ： 贾年 解 密后 适用本 授 权 书不 保 密作者 签名 ：导 师签名 ：黄 碌探 摘评 估 的 有关 原 理进 行介 绍 ， 包 括 影 响 可 靠 性 的 因素、 相 关 指标和 方 法 介 绍 。第三 章 就 故障遍 历蒙 特卡 罗 法 进 行了 说 明， 为 可 靠 性 评 估 奠定 了 基 础 。第 四 章 以 为 算例 ， 进 行了 可 靠 性 评 估 计 算， 并 对 计 算结 果 进 行了 分 析 。本 研究 的 主要结 论如下 ：第 三 ， 通 过使 用本 文 提出的 方 法 ， 以 指标的 计 算。 为 算例 进 行了 可 靠 性 关 键词： 配

2、电 网 ； 可 靠 性 ； 故障遍 历； 蒙 特卡 罗 法 ； ， 华 北 电 力 大 学硕 士 学位 论文 琫 目 朐 泄氐 呐涞 缦 低晨煽啃 灾副辍 胗没 泄氐 呐涞 缦 低晨煽啃 灾副辍 配电 系统 可 靠 性 评 估 常 见 方 法 第 三 章 基 于 故障遍 历的 蒙 特卡 罗 法 及 其评 估 流程 选题 背景 及 其研 究 意义 国 外 开 始 对 配电 系统 供 电 可 靠 性 评 估 进 行研 究 较 早 ， 有关 于 配电 网 可 靠 性 的研究 成果 也 就 较 岁 。从 有关 研究 来 看 ， 主要借助数理统 计 学方 法 进 行配电 网可 靠 性 的 研 究 。比

3、如加 拿大 在 世 纪 年 代末 期 为 了 改善 本 国 供 电 情 况， 实 现更 优 质 的 供 电 ， 成立 了 一个专 门 就 配电 网 可 靠 性 进 行研 究 、分 析 与 管 理的 机 构一一供 电 连续 性 委员 会 。该 委员 会 经 过调 查 与 研 究 ， 制 定 了 包 括 供 电 可 靠 性 在 内 的诸多 指标。这 些 指标直 到现 今依然深 刻 的 影 响 着 全世 界 有关 配电 网 可 靠 性 分 析 。随 后 ， 美国 、英国 、日 本 等 发达 国 家都 根 据 本 国 电 力 需求 情 况， 建 立 了 专 业 的 委员 会 ， 就 本 国 配电 网

4、可 靠 性 的 相 关 指标、 数据 收 集 、可 靠 性 评 估 进 行负 责 。早 在 上 世 纪 年 代， 英国 电 力 委员 就 制 定 了 国 家标准 事 故和 停电 报 表 。随 着 对 可 靠 性 要求 的 提高 以及 电 力 事 业 的 发展 ， 英国 电 力 委员 会 在 世 纪 年 代中 期 又颁布 了 全国 设 备 缺陷报 表 。这 两个文 件 被认 为 是 英国 进 行可 靠 性管 理的 主要标准 。目前英国 在 配电 网 可 靠 性 方 面 的 评 估 体 系和 管 理体 系已 经 较 为完 善 ， 这很 好 地促 进 了 英国 配电 网 供 电 可 靠 性 的 建

5、设 。日 本 作为 发达 国 家的 重 要成员 ， 能源在 其国 民 经 济发展 中 起到极 大 的 作用。由 于 日 本 能 源多 元 化 ， 即 有核 能 ， 又有水 能 、 风能 、 太阳 能 等 ， 与 欧 美国 家在 配 虽 然这 些 文 件 的 颁布 极 大 的 促 进 了 我国 配电 系统 可 靠 性 评 估 的 发展 ， 但是 我国 有关 研 究 得 到迅猛发展 却是 在 新世 纪 以后 。步 入新世 纪 ， 我国 社 会 经 济文 化 事业 获 得 了 长 足发展 ， 对 电 力 供 应 的 要求 也 在 提高 。尤 其是 在 一个时 期 内 ， 由 于 电力 需求 快 速增

6、 大 ， 电 力 供 应 不 足的 问 题 不 断 凸 显 ， 导 致很 多 区域 拉 闸限电 等 情 况增 多 ， 如何 提高 配电 系统 的 可 靠 性 成为 学者 们 研 究 的 重 点 。从 国 内 有关 研 究 来 看 ， 关 于 配电 系统 可 靠 性 的 研 究 主要集 中 在 指标选择 、 模型建 立 以及 算法 方 面 ， 也 有部 分 学者 基 于 经 济性 考 量 ， 就 配电 网 可 靠 性 评 估 提出了 自 己 的 意见 。从 国 家有关 部 门 来 看 ， 目前多 个专 业 部 门 正 在 或 者 已 经 组 织 了 相关 的 研 究 课题 小 组 进 一步 深

7、入的 开 展配电 系统 可 靠 性 研 究 。很 多 高 校 、科 研 院所也 投 入了 巨 大 的 人力 、物 力 与 财力 就 配电 系统 可 靠 性 的 研 究 进 行讨 论、 总结 。不 过， 客观来 说 ， 因为 我国 配电 网 可 靠 性 的 评 估 开 展 的 历史 很 短 ， 虽 然在 个别 领 域 取 得 了 巨 大 的 进 步 ， 但是 与 欧 美国 家相 比 ， 目前我国 的 配电 系统 可 靠 性 研 故障模 式 与 后 果 分 析 法 是 传统 的 可 靠 性 评 估 方 法 。该 方 法 需要遍历系统 中 各 元 件 状态 ， 并 对 可 能 的 系统 状态 进 行

8、分 析 。然后 按照有关 可 靠 性 的 判断 依据 进 行分 析 ， 并 总结 系统 故障模 式 集 合 ， 求 得 系统 的 可 靠 性 指标。该 方 法 具有很 多 优 点 ： 如原 理简 单、 方 便 ， 而且模 型准 确 。但是 由 于 要分 析 元 件 的 各 种 状态 ， 一旦 系统 所 涉及 的 元 件 过多 ， 将 会 加 大 计 算的 难度 ， 从 而导 致巨 大 的 计 算量 。由 于 这一特点 ， 在 随 后 的 运 用中 ， 研 究 人员 又提出了 网 络 等 值法 等 方 法 。网 络 等 值法 是 将 结 构复 杂 的 配电 网 利用可 靠 性 等 值的 方 法

9、化 为 结 构简 单的辐 射 型配电 网 ， 以此来 简 化 计 算。在 实 际 情 况中 ， 配电 网 包 括 主馈 线和 负 馈 线，采 用网 络 等 值的 方 法 ， 从 而有效 地简 化 了 计 算。在 该 方 法 中 ， 主要思想是 采 取 等效 元 件 替 代部 分 配电 网 络 ， 从 而达 到将 复 杂 配电 系统 简 化 为 简 单辐 射 式 主馈 线系统 的 目的 。这 样一个过程 ， 可 以避免 因为 元 件 、 系统 之 间 复 杂 关 系。不 过， 虽 然等 值法 可 以有效 简 化 计 算， 但是 也 存 在 对 一些 非 重 点 元 件 投 入过多 的 关 注 ，

10、 在 一定 程 度 上 可 能会 增 加 次 数。另 外 ， 简 化 次 数依然有一定 的 限制 。如果 简 化 次 数过多 ， 就 会 对 系统 的 精 度 产 生不 利影 响 。 第 一， 总结 了 当 前国 内 外 有关 于 配电 网 可 靠 性 评 估 的 方 法 。认 识 到解 析 法 和蒙 特卡 罗 法 是 当 前研 究 配电 网 可 靠 性 的 主要方 法 。在 对 这些 方 法 有了 深 入了 解 的基 础 上 ， 根 据 蒙 特卡 罗 法 ， 借助计 算机 手 段 ， 提出了 一种 遍 历搜 索方 法 。该 方 法与 传统 方 法 相 比 ， 将 元 件 作为 搜 索的 单位

11、 ， 可 以让搜 索更 加 快 捷 、准 确 ， 同时 在适用范 围上 更 为 广阔， 可 以满 足多 种 条 件 下 的 配电 网 可 靠 性 评 估 。 为 算例 进 行了 可 靠 性 指标的 计 算。 线路 因素或 三 相 短 路 。 变 电 因素主要包 括 配电 变 压 器 故障、 开 闭 所 和 配电 室故障、 真 空 断 路 器 故障以及 电 流互 感 器 故障等 。配电 变 压 器 故障常 见 套 管 对 地击穿 或 放 电 、铁芯 局 部 短 路或 烧 毁 、线圈间 短 路 、分 接 开 关 触 头 灼伤 或 有放 电 等 。开 闭 所 和 配电 室故障主要发生在 电 缆中 间

12、 接 头 与 电 缆端头 ， 多 为 短 路 。真 空 断 路 器 故障主要表现 为 开 断 关合 类故障、 载 流能 力 差 、 绝缘 性 能 差 等 。电 流互 感 器 故障， 诸如引 线接 头 松 、 端子坏 二 次 开 路 ： 过热 绝缘 老 化 ； 局 部 放 电 ； 受 潮绝缘 下 降 而击穿 等 。电 压 互 感 器故障， 有铁磁 谐振、 受 潮短 路 、绝缘 劣 化 、局 部 放 电 或 击穿 。 修复 率 其定 义为 单位 时 间 内 对 元 件 进 行计 划 检修的 概率 。 桓汉 傻鉯 的 年 停电 时 间 。 用户 供 电 可 用率 指标 于 辐 射 状的 配电 网 中

13、 。在 计 算中 ， 需要对 配电 系统 的 每 个负 荷 点 求 取 最小 路 ， 并将 非 最小 路 上 元 件 故障对 负 荷 点 供 电 可 靠 性 的 影 响 ， 根 据 网 络 的 实 际 情 况折 算到对 应 最小 路 的 节点 上 。使 用该 方 法 ， 只 要对 最小 路 上 的 元 件 与 节点 进 行计 算， 就可 以较 好 的 计 算 出系统 的 可 靠 性 指标。该 算 法 可 以处 理有备 用电 源的 配电 网 可 靠性 评 估 ， 而且分 支线保 护 、 分 段 开 关 对 系统 可 靠 性 的 影 响 也 被考 虑 了 。但是 ， 该方 法 依然存 在 一个突

14、出的 问 题 ， 即 无 法 应 用于 复 杂 的 系统 。另 外 ， 在 最小 路 和 非最小 路 上 的 次 线路 出现 故障后 ， 将 会 导 致无 法 进 行计 算的 问 题 。 最 彗 集 法 该 方 法 在 一定 程 度 上 相 似于 最小 路 法 。该 方 法 需要求 出电 源到负 华 北 苛 搜 常 篔 二 学位 论义 本 章 小 结指标， 在 此基 础 上 阐 述 了 常 用的 配电 网 可 靠 性 评 估 方 法 。 蒙 特卡 罗 法 仿真 模 型 或 者 俘 ，则 元 件 的 失 效 分 布 函 数 一 浴 渲 校 为 ， 之 间 的 随 机 数。 “ 本 文 将 按照负

15、 荷 类型对 搜 索得 出的 负 荷 进 行分 类， 以便 于 根 据 负 荷 类型统 计 和 点 元 件 之 问 增 加 连接 线和 连接 点 。 排 除负 荷 转 移 的 影 响 ， 假设 环网 供 电 线路 的 变 压 器 容量 是 足够 大 的 ， 能够供 给 所 有负 荷 正 常 运 行， 使 得 线路 不 需要保 证供 电 系统 的 工 作质 量 而切 断 负 荷 。 配电 网 主要采 用环网 接 线， 开 放 式 回 路 供 电 。因此， 正 常 工 作状态 时 ， 配电 网 呈 辐 射 型。在 有元 件 发生故障的 情 况下 ， 为 了 给 失 电 负 荷 供 电 ， 减 小

16、失 电 负荷 ， 从 而提高 配电 网 可 靠 性 ， 可 进 行配电 网 重 构。 从 故障元 件 开 始 ， 分 别 向 父 方 向 和 子方 向 搜 索断 路 器 ， 并 将 首 先 搜 索到的断 路 器 记 录到元 件 搜 索状态 表中 ， 这是元 件 发生故障后 ， 应 该 首先 断 开 的 断 路 器 。然后 以故障元 件 为 起点 ， 以父 方 向为 搜 索方 向， 以隔 离 开 关 为 搜 索目标进 行搜 索，记 录第 一个搜 索到的 隔 离 开 关 ， 并 由 这个开 关 开 始 ， 向其子方 向搜 索隔 离 开 关 ，把 所 有搜 索到的 元 件 都 标记 为 “已搜 索”

17、。 方 向的 负 荷 只 可 能为 嗷蛘 逥 类负 荷 。 评 估 流程蒙 特卡 罗 法 仿真 的 主要过程 如图 所 示 。 读 入配电 网 的 原 始 参 数和 拓扑 结 构初 始 化 系统 数据 ， 输入仿真 年 限， 初 始 化 仿真 时 问 ， 元 件 故障次 数， 负 荷 故障率 以及 故障时 间对 每 个元 件 产 生相 应 的 随 机 数， 由 随 机 数以及 公 式 计 算出每 个利用故障遍 历搜 索网 络 ， 分 析 故障元 件 导 致的 失 电 负 荷 ， 将 负荷 分 为 、 四 类， 并 计 算负 荷 的 停电 次 数和 停电 时 间 开 关 开 断 时 间 ， T

18、薷 词奔 洹 衔 囊烟岬 剑 收 隙 訟 类负 荷 不 产 生影 响 ， 本 章 小 结 第 四 章 配电 网 可 靠 性 评 估 算例 配电 网 基 本 可 靠 性 参 数 负 荷 参 数 馈 线长 度 负 荷 点 可 靠 性 评 估 支路 略 高 。而配电 网 荷 的 停电 频 率 确 实 已 经 降 低， 恰 与 理论分 析 一致。 不 考 虑 计 划 检修、 考 虑 开 关 拒 动 和 备 用， 有熔 断 器 保 护 。考 虑 计 划 检修、 开 关 拒 动 和 备 用， 有熔 断 器 保 护 。由 表 的 计 算结 果 可 见 ， 若无 熔 断 器 和 备 用变 压 器 ， 系统 的

19、 平 均 停电 频 率 图 各 负 荷 点 停电 时 间 分 布 率 不 同结 构的 配电 网 可 靠 性 评 估 结 果 图 负 荷 年 平 均 停运 时 间 指标对 比 图 本 章 小 结 结 论人们 在 研 究 电 力 系统 可 靠 性 中 ， 越 来 越 关 注 和 重 视配电 网 的 可 靠 性 。配电 网可 靠 性 评 估 具有重 大 意义， 它 能够 统 计 系统 偶 发故障的 概率 分 布 ， 研 判 系统 故障后 果 ， 从 而快 速准 确 地判 断 整个电 网 的 供 电 水 平 ， 对 存 在 的 降 低系统 可 靠 性 的 问题 提出整改方 法 。由 于 电 力 系统

20、正 在 向 电 压 高 ， 距 离 远 ， 容量 增 大 和 区域 网 络 化的 方 向 变 化 ， 配电 网 也 将 相 应 地越 来 越 庞 杂 ， 网 络 会 受 到每 个元 件 的 作用而给 配电 网 可 靠 性 带 来 影 响 。配电 网 呈 现 出分 布 式 、 智能 化 的 发展 趋 势， 这 一发展 趋 势势必给 扩展 规 划 和 运 行规 划 带 来 挑 战 。因此， 必须首 要进 行配电 网 可 靠 性 分 析 。在 配电 网 建 设 中 ， 预先 权 衡 各 备 选方 案的 可 靠 性 水 平 ， 从 而增 强 规 划 的 科 学性 、合 理性 ， 使 配电 网 建 设

21、效 率 得 到提高 ， 能够 促 进 网 架 结 构的 牢 靠 坚 强 和 配电 网 工作的 安 全稳 定 。由 于 电 网 具有随 机 性 ， 而蒙 特卡 罗 方 法 也 具有随 机 抽样的 特性 ， 本 研 究 选取蒙 特卡 罗 方 法 ， 抽象形成了 能 够 应 用于 各 类配电 网 的 可 靠 性 评 估 模 型。进 而选取与 实 际 情 况相 适应 的 故障遍 历搜 索方 法 来 模 拟 配电 网 的 工 作， 计 算得 到负 荷 和 系统 的 各 项可 靠 性 指标， 在 以上 基 础 上 ， 探求 了 提高 配电 网 可 靠 性 的 方 法 。本 论文 主要做 了 以下 工 作： 考 察 研 究 了 配电 网 可 靠 性 评 估 课题 的 国 内 外 研 究 现 状， 将 注 意力 主要集 中于 蒙 特卡 罗 法 的 研 究 现 状。阅读 了 国 内 外 相 关 参 考 文 献后 ， 建 立 了 基 于 蒙 特卡 罗法 的 配电 网 可 靠 性 评 估 模 型， 提出了 以搜 索状态 表为 基 础 的 故障遍 历搜 索方 法 ，使 得 以元 件 为 单位 进 行的 故障搜 索能 够 更 加 迅速和 准 确 ， 同时 能够 适应 各 种 不 同结