配電網(wǎng)可靠性規(guī)劃及其評(píng)估方法的研究

楊夢(mèng)璐+張逸凡

摘 要：長(zhǎng)久以來(lái)，電網(wǎng)用戶都對(duì)供電的可靠性有著很高的要求，而配電網(wǎng)作為最終將電能分配給用戶的電力網(wǎng)，其地位非常重要。本文主要介紹了配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的幾種方法，并將貝葉斯理論引入配電網(wǎng)可靠性分析當(dāng)中。結(jié)合算例，闡述對(duì)配電網(wǎng)可靠性計(jì)算過(guò)程并驗(yàn)證了貝葉斯理論運(yùn)用的可行性。最后對(duì)提高配電網(wǎng)可靠性提出了規(guī)劃措施。

關(guān)鍵字：配電網(wǎng)；可靠性評(píng)估；貝葉斯理論

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.193

可靠性是指所研究對(duì)象能保持其功能的時(shí)間[1]。配電網(wǎng)的可靠性分析是隨著電力系統(tǒng)發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，在我們的歷史數(shù)據(jù)中，大部分的停電事故由配電網(wǎng)引起。所以，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行仔細(xì)謹(jǐn)慎的規(guī)劃，在解決可靠性問(wèn)題中，占有著至關(guān)重要的地位。在我國(guó)的電力發(fā)展過(guò)程中，絕大部分的電網(wǎng)規(guī)劃，都只是基于歷史數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)。一旦供電質(zhì)量或是可靠性降低，甚至引起中斷，都會(huì)很大范圍內(nèi)的影響國(guó)民生活水平和社會(huì)發(fā)展。因此，在社會(huì)不斷發(fā)展的今天，提高供電可靠性，將越來(lái)越多的受到重視。

1 配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的方法

目前，有關(guān)配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的方法有很多，按照傳統(tǒng)的分類方式可將其歸為三類：解析法、模擬法和人工智能算法。

（1）解析法：首先建立系統(tǒng)或子系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型，然后通過(guò)數(shù)值計(jì)算求解，得出可靠性指標(biāo)。但隨著配電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大，該類算法的計(jì)算量急劇上升，因此在解析法的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了很多改進(jìn)優(yōu)化算法[2]，如最小路法、網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化等值法和故障擴(kuò)散法等。（2）模擬法：主要指蒙特卡洛模擬法，其主要思想是首先找到故障元件影響的所有負(fù)荷點(diǎn)，建立各元件的工作，恢復(fù)歷史數(shù)據(jù)表；然后根據(jù)各元件事件概率對(duì)所有元件狀態(tài)進(jìn)行抽樣，通過(guò)對(duì)抽樣結(jié)果的分析計(jì)算得到系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。（3）人工智能算法：是指通過(guò)效仿生物處理模式，獲取智能信息處理功能，以便簡(jiǎn)化處理一些復(fù)雜的現(xiàn)象，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊算法。傳統(tǒng)的評(píng)估方法雖然能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)可靠性水平量化評(píng)估，但是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中薄弱環(huán)節(jié)識(shí)別的問(wèn)題，卻不能很好的解決。近年來(lái)將貝葉斯理論引入配電網(wǎng)的可靠性分析，在其中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 貝葉斯理論在可靠性分析中的應(yīng)用

2.1 貝葉斯理論簡(jiǎn)述

由于電力網(wǎng)絡(luò)中的元件是相互連接的，因而不可能分清究竟是串聯(lián)還是并聯(lián)。在這種情況下，我們假設(shè)每個(gè)元件都與兩個(gè)互斥事件相關(guān)。例如，元件X的正常運(yùn)行同元件W正常運(yùn)行或故障都有關(guān)系。

一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性框圖如圖1所示，在用貝葉斯理論計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性時(shí)，其模式如下：

如果事件A取決于兩個(gè)互斥事件Bi和Bj，由于兩個(gè)互斥事件中必然有一個(gè)發(fā)生，那么A發(fā)生的概率為

（1）

式中 P（A）—事件A發(fā)生的概率； P（Bi）—事件Bi發(fā)生的概率； P（Bj）—事件Bj發(fā)生的概率；

當(dāng)具體討論到由若干元件組成的系統(tǒng)時(shí)，其可靠性計(jì)算過(guò)程如下：

式中 RS—系統(tǒng)持續(xù)工作的概率，即系統(tǒng)的可靠度；

Ri—元件i正常工作的概率；

Qi—元件i故障的概率。

如圖1所示，如果在可靠性框圖中輸入端與輸出端之間只要有一條成功的路徑，那么系統(tǒng)就可以正常工作。

由圖1可知，系統(tǒng)成功運(yùn)行的路徑：A-B-G，A-C-F，D-C-F，D-E-F。

可選任一元件作為起始分析元件，如果選擇元件C作為可靠性分析的起始元件。

此時(shí)，系統(tǒng)正常工作的概率（即可靠度）為：

Rs=P（）RC+P（）QC

①若給定元件C正常，則可以計(jì)算出此時(shí)系統(tǒng)正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）QA

=

②若給定元件C故障，系統(tǒng)正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）RA

=

RS=P（）RC+P（）QC

假設(shè)系統(tǒng)中所有元件都有相同的可靠度0.9，即RA=RB=RC=RD=RE=RF=RG=0.9 。那么經(jīng)上述公式計(jì)算，系統(tǒng)的可靠性RS將為RS=0.960166。

2.2 算例分析

一個(gè)位于現(xiàn)場(chǎng)的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)單元G1，通過(guò)一個(gè)工業(yè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向一個(gè)工業(yè)過(guò)程供電，如圖2所示。工業(yè)電力系統(tǒng)元件的可靠性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

我們可計(jì)算，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)下，該電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

首先，我們將系統(tǒng)分為以下四個(gè)模塊。模塊1：G1-QF1-T1-QF2；模塊2：QF3-電纜1-QF4；模塊3：QF5-電纜2-QF6；模塊4：電纜3-QF7

那么，模塊1的可靠性

=0.95×0.99×0.99×0.98=0.91247

同理，求出模塊2，3，4的可靠性分別為

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99=0.98010

由于模塊2和模塊3是并聯(lián)關(guān)系，即邏輯中的“或”，任意一個(gè)模塊可運(yùn)行，系統(tǒng)就可成功。所以，我們可計(jì)算出兩個(gè)模塊并聯(lián)的可靠性。

=0.99912

最終，系統(tǒng)的可靠性（即可成功向負(fù)荷點(diǎn)供電的概率）

=0.89352

從此算例中，我們可以看出簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性分析的方法，配電網(wǎng)的組成十分復(fù)雜，計(jì)算量也會(huì)相應(yīng)變大，但是原理相同，我們?cè)谟?jì)算時(shí)也要將其組成劃分為一一對(duì)應(yīng)的模塊，再按照線路圖考慮模塊與模塊間的關(guān)系，最終根據(jù)歷史檢修數(shù)據(jù)中的元件指標(biāo)，計(jì)算出系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)。

3 提高配電網(wǎng)的可靠性措施

針對(duì)配電網(wǎng)，我們進(jìn)行可靠性分析研究最終是希望能夠降低系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，也就是提升持續(xù)工作的概率。因此，需要分析可能影響配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的各種因素。這樣的指標(biāo)根本上只有停電次數(shù)、停電時(shí)間和停電規(guī)模。而后者又主要同前兩者有關(guān)。所以，每一個(gè)指標(biāo)都集中于停電次數(shù)和停電時(shí)間這兩方面。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，共有四個(gè)因素會(huì)使配電網(wǎng)的可靠性發(fā)生變化，分別是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自然環(huán)境，設(shè)備故障和計(jì)劃停電。我們通過(guò)上述計(jì)算方法，結(jié)合我國(guó)歷年來(lái)可靠性歷史數(shù)據(jù)。分別討論在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，不同的檢修計(jì)劃安排下，配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)得波動(dòng)情況?？芍?，為提高配網(wǎng)的可靠性，我們可以：

（1）選擇顆粒的配網(wǎng)規(guī)化方案，或者改造優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)是提高配電網(wǎng)可靠性最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)；（2）改變?cè)械臋z修方式，實(shí)施狀態(tài)檢修和帶電作業(yè)，以達(dá)到縮短停電時(shí)間，減小停電規(guī)模的目的；（3）適當(dāng)改變中性點(diǎn)接地方式，選擇出最合適的，提高配網(wǎng)絕緣水平可以有效地降低設(shè)備的故障率，提高設(shè)備可靠度，從而改善配電網(wǎng)整體的可靠性；（4）改進(jìn)和完善供電指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，有一個(gè)健全的可靠性管理體系也是提高可靠性工作的關(guān)鍵。

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