基于配電網(wǎng)可靠性評估與開關(guān)優(yōu)化方法淺析

陳瑛

摘 要：配電網(wǎng)是電能分配的末端環(huán)節(jié)，對整個電力系統(tǒng)網(wǎng)損水平、供電可靠性、用戶電能質(zhì)量的提高舉足輕重。10kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)具有閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的特點，正常運行條件下，配電網(wǎng)通過降壓變電站向一個樹狀網(wǎng)絡(luò)的供電區(qū)域供電，單個供電段之間通過一個常合的自動或手動開關(guān)相接，而不同的供電區(qū)域之間則由平時斷開的開關(guān)（聯(lián)絡(luò)開關(guān)）聯(lián)系。在滿足負(fù)荷需求的條件下，由于開關(guān)狀態(tài)的不同組合，配電網(wǎng)可以存在多種供電路徑，即形成了不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同正是影響電網(wǎng)網(wǎng)損、供電電壓質(zhì)量、設(shè)備負(fù)載水平及供電可靠性的關(guān)鍵，研究配電網(wǎng)開關(guān)運行優(yōu)化對提高配電網(wǎng)各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：可靠；配電網(wǎng)；網(wǎng)損

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中最后一層電壓等級系統(tǒng)，它主要實現(xiàn)對用戶負(fù)荷的供應(yīng)，配電網(wǎng)工程它主要有面廣、量大、出現(xiàn)故障情況頻繁的特點，就目前學(xué)者對配網(wǎng)故障評估的研究，它主要是故障模式與后果分析法（failure-mode-effect-analysis，F(xiàn)MEA），這也是傳統(tǒng)的配電網(wǎng)可靠性評估方法主要方法，這種方法的主要思路是：對電力系統(tǒng)所有的異常狀態(tài)進(jìn)行搜索，把可能出現(xiàn)的所有故障進(jìn)行羅列出來，然后根據(jù)規(guī)定的可靠性判據(jù)進(jìn)行檢驗分析，再利用計算機(jī)的高超數(shù)據(jù)矩陣組合，組合成系統(tǒng)的故障模式集合，通過相關(guān)數(shù)學(xué)算法可以得到系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。通常各位學(xué)者的研究，F(xiàn)EMA法原理簡單、清晰，同時計算方法準(zhǔn)備可靠，大部分應(yīng)用在電力系統(tǒng)可靠性研究中，但是目前電力系統(tǒng)的增長，各種電力元件增大，進(jìn)一步造成它的參數(shù)增大，使其數(shù)學(xué)矩陣計算量指數(shù)上漲，計算將變的非常復(fù)雜，進(jìn)一步造成計算機(jī)崩潰，所以再進(jìn)行其可靠性評估是十分困難的。

1 配電網(wǎng)接地概述

配電系統(tǒng)在現(xiàn)實運行過程中，大部分發(fā)生的故障就是發(fā)生單相接地故障，對其進(jìn)行研究分析后，可以明顯的知道其流過故障點的電流大部分，就是三相系統(tǒng)的電容電流，此部分的電流可以依據(jù)電力系統(tǒng)的原則劃分兩部分，第一部分是故障相對地電容的放電電流，第二部分電流含有非故障相對地電容的充電電流，但是在這兩部分電流外，還有一很小的高頻暫態(tài)分量，高頻暫態(tài)分量它的主要特點是持續(xù)時間較短、幅值較大、頻譜較寬。通常電力系統(tǒng)中為為減弱故障點的短路電流，可以實現(xiàn)電弧的快速消除，可以通過消弧線圈的方式來補(bǔ)償故障電流，且消弧線圈需要進(jìn)行過補(bǔ)償運行方式，目前這里面存在一定性的問題，即消弧線圈只能補(bǔ)償故障電流中的工頻分量，無法補(bǔ)償其高頻暫態(tài)分量。而有的時候高頻暫態(tài)分量幅值較大，消弧線圈無法對其電流進(jìn)行有效的補(bǔ)償，進(jìn)一步造成故障接地的電弧電流無法熄滅，故障電流沖擊進(jìn)一步使其它電力設(shè)備發(fā)生沖擊作用，如果電弧熄滅時間更長，則使電力設(shè)備的絕緣發(fā)生嚴(yán)重的威脅，本來是單相接地故障，進(jìn)一步可能發(fā)展成為兩相短相，甚至于三相短路，使系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行受到嚴(yán)重破壞。

2 配電網(wǎng)規(guī)劃中優(yōu)化算法模型

在配電網(wǎng)規(guī)劃中，?？紤]負(fù)荷增長、網(wǎng)損、經(jīng)濟(jì)性等問題，擴(kuò)建線路是解決此問題的有效方法之一。下面給出了配電網(wǎng)規(guī)劃問題的優(yōu)化算法模型。

3 開關(guān)運行優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型

配電網(wǎng)絡(luò)開關(guān)運行優(yōu)化是一個組合優(yōu)化問題，具有離散型、非線性和高維性的特點，本文提出了配電網(wǎng)開關(guān)優(yōu)化的綜合模型，模型包含經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)和可靠性目標(biāo)，采用網(wǎng)絡(luò)損耗最小為經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，系統(tǒng)停電損失最小為可靠性目標(biāo)，綜合目標(biāo)函數(shù)是同時考慮系統(tǒng)停電損失與線路損耗，屬于最小值優(yōu)化問題。綜合目標(biāo)函數(shù)如式（1）、（2）、（3）所示：

4 廣義開關(guān)

定義1 以開關(guān)為始端，從電源處開關(guān)（斷路器）開始向下游搜索，遇到下一個開關(guān)或者線路末端時停止搜索，將搜索范圍內(nèi)的元件歸于此開關(guān)，并稱之為廣義開關(guān)。

通過上述定義，配電網(wǎng)的廣義開關(guān)主要包含三類：廣義斷路器、廣義隔離開關(guān)和廣義熔斷器。

在上述定義中，須注意兩點：a.廣義熔斷器只含有熔斷器、變壓器和負(fù)荷，有時甚至只含熔斷器和負(fù)荷；b.聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接的是備用電源，在正向搜索時聯(lián)絡(luò)開關(guān)沒有下游，所以廣義開關(guān)中不包含廣義聯(lián)絡(luò)開關(guān)。利用廣義開關(guān)的定義，可以將復(fù)雜的配電網(wǎng)簡化為三類廣義開關(guān)的串并聯(lián)形式。因此廣義開關(guān)的等值故障率采用內(nèi)部多元件串聯(lián)的公式計算，假設(shè)廣義開關(guān)中包含n個元素，第i個元件的故障率為，則廣義開關(guān)的等值故障率：λX=∑i∈Xλi。

5 結(jié)論

有大量的統(tǒng)計資料顯示，大約有80%的停電事故由配電系統(tǒng)故障所造成的，但是在以前對電力系統(tǒng)可靠性評估的研究，而針對于發(fā)電和輸變電組成的大電力系統(tǒng)，故障評估研究比較大，基于配電系統(tǒng)的可靠性研究太少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到目前發(fā)展需要的模式，因此配電系統(tǒng)可靠性的研究對保障用戶電力供應(yīng)具有極其重要的意義，所以今后的對配電網(wǎng)工作的可靠性評估與決策是以后電力系統(tǒng)主要完成的一大任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李新兵.有載調(diào)壓變壓器的基本原理[J].河北科技大學(xué)學(xué)報，2004，3（9）：29-31.

[2]吳初玉.大功率穩(wěn)壓器用補(bǔ)償變壓器的設(shè)計及調(diào)試[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2001，1：34-37.

[3]何克中，李偉.計算機(jī)控制系統(tǒng).清華大學(xué)出版社，2000.285-287.

[4]劉金餛.先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真.電子工業(yè)出版社，2004.5.38-40.