淺談配電系統(tǒng)可靠性評估方法

劉旭軍

（大唐石門發(fā)電有限責任公司，湖南 常德 415300）

1 常見配電系統(tǒng)可靠性指標

配電系統(tǒng)是用戶與電力系統(tǒng)聯(lián)系最重要的基礎，它對整個用戶的用電質量有著重要的影響，因此，對配電系統(tǒng)的可靠性進行有效的研究就顯得非常重要。對配電系統(tǒng)可靠性的評價指標一般可以分為用戶側和系統(tǒng)側兩個方面。

1.1 用戶側可靠性指標

用戶側可靠性指標是對用戶側可靠性進行評估的基本指標，它是配電系統(tǒng)故障對某一區(qū)域產生影響大小的重要反應，同時也是下一級配電系統(tǒng)可靠性評估的重要依據和指標。通常用戶側可靠性指標有：用戶側故障率、用戶側故障導致的平均停電時間、用戶側年平均停電時間等。

1.2 系統(tǒng)側可靠性指標

系統(tǒng)側可靠性指標是評價配電系統(tǒng)向用戶供應和分配電能以及供電質量的重要依據，系統(tǒng)側可靠性指標更加注重從全局的角度對配電系統(tǒng)對整個電力系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)側可靠性指標一般包括：電力系統(tǒng)平均停電頻率、電力系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間、用戶平均停電頻率、用戶平均停電時間、平均供電可用率等等。

2 配電系統(tǒng)可靠性評估的常見方法及改進

一般在實際的應用中，配電系統(tǒng)的拓撲結構較為復雜，對整個電網運行的影響因素較多，因此，如果直接利用相關的可靠性指標公式進行計算將會非常復雜。近幾年，一些相關的研究工作取得了一定的進展，一些相關的學者和研究人員經過研究發(fā)現(xiàn)和總結了一些操作方便和方法和改進技術，這些方式方法通過大量的實踐驗證，證明其具有一定的實用性和有效性。當前較為常見的配電系統(tǒng)可靠性評估方法有故障式后果分析法、最小路法、網絡等值法等等。

2.1 故障式后果分析法

這種評估方法又被稱之為 FMEA，它是用來評估電力系統(tǒng)可靠性最為傳統(tǒng)的一種方法。這種方法主要是利用科學的故障判別準則來將配電系統(tǒng)的狀態(tài)分為故障狀態(tài)和正常狀態(tài)兩種，并對配電系統(tǒng)中所有可能出現(xiàn)故障的設備進行充分的分析，從而得到一個所有故障類型的列表，然后利用計算的方式獲得配電系統(tǒng)可靠性的相關指標。一般這種方法只能在由主線和饋線組成的輻射式簡單配電系統(tǒng)中進行應用，在一些多故障模式的復雜分支系統(tǒng)中很少使用。這種方法在實際應用過程中，并沒有充分考慮線路的傳輸容量問題，所以，利用這種方法獲得的相關評估指標會與真實的數(shù)值之間存在一定的差異，使評估結果出現(xiàn)一定的偏差。

隨著現(xiàn)實中研究工作的不斷深入，相關學者通過對故障后的潮流和電壓約束的考慮，總結出了一種結合最小割集法的FMEA法。這種方法可以在一些大型的配電系統(tǒng)可靠性評估中進行應用。后來一些研究人員有總結出了應用于帶子饋線的復雜配電系統(tǒng)可靠性評估方法。這種方法主要是利用了饋線分區(qū)思想，以饋線為基本單位進行饋線分區(qū)，然后建立起一個網絡模型，這一網絡模型主要由區(qū)域節(jié)點和開關弧組成，然后利用前面所說的FMEA方法對整個系統(tǒng)進行可靠性評估。與前面最早的FMEA方法相比，這種方法使整個系統(tǒng)的評估分析量大大減小，但整個評估分析過程更加清晰明了，所獲得的計算結果也更加貼近實際。另外，這種方法還可以根據配電系統(tǒng)現(xiàn)實的運行狀況，來對一些計劃檢修、開關故障、自動裝置動作可靠性等影響評估的因素進行有效地分析考慮，從而保證計算得到的評估結果與實際結果更加接近，使配電系統(tǒng)可靠性評估變得更加準確高效。

2.2 最小路法

這種方法應用在配電系統(tǒng)可靠性評估的基本思路是：第一，從整個配電系統(tǒng)的拓撲結構出發(fā)，將配電系統(tǒng)分為最小分路和非最小分路兩種形式；第二，從非最小分路中故障性元件對用戶可靠性造成的影響進行分析，將其等效到最小分路中；最后，根據不同的用戶計算出其相應的最小分路，并進行相應的可靠性評估。這種方法充分考慮了負荷開關、分支線保護、計劃檢修等多種情況的影響，而且這種算法有自己相應的計算軟件，可以對配電系統(tǒng)可靠性評估進行快速準確的計算，但是這種方法僅僅適用于那些具有開環(huán)運行、簡單輻射狀拓撲結構的配電系統(tǒng)，對于那些帶子饋線的復雜配電系統(tǒng)，采用這種方法仍然需要進行大量的計算，而且計算的過程需要花費一定的時間，直接影響了整個可靠性評估過程的快速高效。

2.3 網絡等值法

在配電系統(tǒng)可靠性評估中利用這種方法主要的原理就是將較為復雜的配電系統(tǒng)劃分為幾個部分，任意一個部分可以看做是一個元件，這樣就將這一復雜配電系統(tǒng)裝換成為一個沒有子饋線的簡單輻射狀配電系統(tǒng)，然后利用前面說的FMEA方法進行可靠性指標計算，進而實現(xiàn)對整個配電系統(tǒng)的可靠性評估。從這種方法的基本原理來看，這種方法比較適合于那些帶子饋線的較為復雜的配電系統(tǒng)拓撲。在不同的區(qū)域，配電網絡拓撲的結構也不盡相同，其復雜程度也存在明顯的差異。一般可以分為3、6、9層等，所以，從上下級的角度進行等效時，將會出現(xiàn)兩種等效方法，向上等效和向下等效。在進行向上等效時，就是使用一個等效元件串接到上一級的饋線上，從而避免下一級的分支饋線對上一級饋線產生可靠性評估影響。而向下等效時，就是將等效元件串接在下一級饋線上，從而避免上一級分支饋線對下一級饋線的可靠性評估產生影響。需要說明的是，在同一配電系統(tǒng)中使用等效技術時，不能同時使用向下等效和向上等效，主要是因為這樣會使整個方法變得更加復雜和混亂，容易造成操作者出現(xiàn)錯誤。還有就是，具有較復雜拓撲結構的配電系統(tǒng)，設備與設備之間仍然存在著相互間的控制與被控制關系，所以在進行等效操作時，可以從較低的一級開始，逐步向著高一級等效，這樣，即遵循了設備間的控制關系，還可以保證配電系統(tǒng)可靠性評估更加快速高效。

單純的從理論來看，網絡等值法適合于處理那些具有子饋線的復雜配電系統(tǒng)。但是，在實際當中，如果配電系統(tǒng)包含的層次過多，那么相應的等效次數(shù)也會隨之增加，每一個負荷點的可靠性數(shù)據計算和統(tǒng)計也會出現(xiàn)問題，最終導致可靠性計算結果無法準確找出相應的配電系統(tǒng)故障，為了解決這一問題，相關的研究人員對這一方法進行了如下的改進。

對于那些帶有子饋線的復雜配電系統(tǒng)而言，可以利用全新的分層結構的等值算法來進行可靠性評估。這種方法的原理是通過數(shù)據結構算法思想的引進，并從現(xiàn)實配電系統(tǒng)拓撲結構出發(fā)，將整個配電系統(tǒng)按照設備和分支饋線進行分類，將其分為節(jié)點和線路兩種集合元件。隨后，通過分層結構的方式來對整個配電系統(tǒng)的拓撲關系進行描述。最后，利用寬度有限搜索法對上述的集合元件進行分層搜索，并在這一過程中對各種可靠性指標進行計算，并最終完成整個配電系統(tǒng)可靠性評估。這種方法可以將設備之間的拓撲關系描述進行有效的簡化，對于那些子饋線和設備數(shù)量較多的配電系統(tǒng)可靠性評估有著明顯的作用。

2.4 其它改進方法

隨著對配電網可靠件研究的深入，提出了一些較為實用的可靠性評估方法。采用FMEA結合網絡等值的原理對帶有分支子饋線的復雜配電系統(tǒng)進行了可靠性評估，該算法避免了FMEA法評估帶分支饋線的配電系統(tǒng)所帶來的復雜性，極大地提高了計算效率。還有學者提出了一種將最小路法和等值法結合的復雜配電系統(tǒng)的可靠性評估算法。該改進方法簡化了計算，提高了評估效率。

牛東曉等將物元分析方法應用到電力系統(tǒng)來解決電力系統(tǒng)的問題，運用物元的發(fā)散性思維。對配電系統(tǒng)的可靠性進行評價，是一種新的嘗試。

張鵬等提出將區(qū)間數(shù)學思想引入可靠性評估。以對大量不確定信息加以科學的處理。在此的基礎上，又建立了配電系統(tǒng)區(qū)間可靠性分析模型，提出了配電系統(tǒng)區(qū)間可靠性評估的實用算法。首次提出大規(guī)模配電系統(tǒng)區(qū)間可靠性分析方法。

陶鵬等提出以GIS作為數(shù)據和管理的開發(fā)平臺，使系統(tǒng)具備了更高的靈活性，方便了配電網供電?？啃栽u估結果的分析和管理，也符合目前在配電網管理中各系統(tǒng)相互融合與實現(xiàn)信息共享的趨勢。

總之，現(xiàn)有的配電系統(tǒng)可靠性評估算法基本上都是在故障模式與后果分析法基礎上進行改進，考慮了斷路器、分段開關、隔離開關、聯(lián)絡開關以及運行模式的影響，并且加入了元件故障時的潮流計算，能夠實現(xiàn)大規(guī)模配電系統(tǒng)的?？啃栽u估。神經網絡法等各種智能算法的引入，有利于促進配電系統(tǒng)可靠性研究的進一步發(fā)展。隨著配電網自動化的進一步發(fā)展，實現(xiàn)在配電網重構基礎上的配電系統(tǒng)可靠性動態(tài)評估需要進一步的深入研究。

[1]李翔，配電系統(tǒng)可靠性評估方法綜述，四川水力發(fā)電，2011，30（5)

[2]范明天，基于可靠性的配電網規(guī)劃思路和方法講座五配電系統(tǒng)可靠性評估方法，供用電，2011，28（5)

[3]李月英，配電系統(tǒng)可靠性評估方法綜述，科技信息，2010（27)