配網(wǎng)用戶停電損失估算方法

呂建華

摘要：提出了一種配電線路綜合用戶停電損失函數(shù)及用戶停電損失估算方法，文章以用戶調(diào)查為基礎(chǔ)，根據(jù)線路負(fù)荷分布，建立綜合用戶停電損失函數(shù)，構(gòu)建不同情況下的算法函數(shù)和算法模型，通過考慮各類用戶的用電量比例等情況，對(duì)濟(jì)南市10kV興港線進(jìn)行用戶停電損失估算。通過算例應(yīng)用和分析，文章設(shè)計(jì)的算法具有較好的應(yīng)用效果，為用戶節(jié)省了大量的能源，很大程度地提高了電力利用率，該方法對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)維檢修時(shí)的經(jīng)濟(jì)決策具有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);可靠性;算法函數(shù);停電損失;用戶調(diào)查

Abstract： This paper proposes a comprehensive user power outage loss function and user power outage loss estimation method for distribution lines. Based on user surveys， this article establishes a comprehensive user outage loss function based on line load distribution， and builds algorithm functions and algorithm models in different situations. Considering the proportion of electricity consumption of various types of users， the user's power outage loss estimate for the 10kV Xinggang line in Ji'nan City is carried out. Through the application and analysis of the example， the algorithm designed by the article has a good application effect， saving a lot of energy for the user and greatly improving the power utilization rate. This method has a certain reference effect on the economic decision-making in the planning， construction， operation， maintenance and repair of the distribution network.

0? 引言

隨著電力電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其各方面的需求越來越多，供應(yīng)缺乏和停電問題也給用戶帶來了不計(jì)其數(shù)的損失，在目前配電網(wǎng)發(fā)展的形勢(shì)下，在電力系統(tǒng)規(guī)劃方面、電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行以及電力市場(chǎng)環(huán)境下停電損失補(bǔ)償?shù)确矫鎇1-3]都需要估算電力用戶停電損失。停電損失涉及到多種因素，比較常見的也是最典型的因素是停電持續(xù)時(shí)間。顯而易見的是停電持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，給用戶造成的損失也就越大[4-6]。其它停電因素還包含有停電發(fā)生時(shí)間、不同用戶類型等[7]。比如在10kV高壓架空配電線路中，如果絕緣水平比較低，雷、閃電等自然災(zāi)害事故頻發(fā)，這就會(huì)嚴(yán)重影響配網(wǎng)供電的可靠性和運(yùn)行的穩(wěn)定性[8]。在研究配網(wǎng)用戶停電帶來的損失時(shí)，停電時(shí)間通常是考評(píng)用戶損失的重要指標(biāo)[9]。在這方面上，國內(nèi)外學(xué)者、研究人員均做出了大量的調(diào)研工作，國外研究人員運(yùn)用用戶調(diào)查的計(jì)算方法，并且采用停電損失評(píng)價(jià)率以及每次事故停電損失對(duì)每類用戶的停電損失來評(píng)價(jià)，這種方法不僅需要大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)作為支撐，還需要專業(yè)的技術(shù)分析人員進(jìn)行評(píng)估，這給工作帶來諸多不便[10]。在國內(nèi)，也有采用這樣的案例進(jìn)行評(píng)估的，比如采用通過不同的開關(guān)設(shè)置，但是這種方式通常由于開關(guān)位置設(shè)置的不同，使得故障區(qū)域與隔離區(qū)域之間的持續(xù)的時(shí)間不一定相等。

由此可見，傳統(tǒng)技術(shù)中的方法對(duì)評(píng)價(jià)配網(wǎng)用戶停電損失具有諸多方面的技術(shù)不足。據(jù)此，本文建立了停電負(fù)荷損失模型來求取電網(wǎng)側(cè)雷害停電損失，并擬合用戶停電損失函數(shù)求取用戶側(cè)停電損失，具有較好的實(shí)用價(jià)值，下文將詳細(xì)描述。

1? 用戶停電損失分析

在本文設(shè)計(jì)中，構(gòu)建出了用戶停電損失函數(shù)，通過該用戶停電損失函數(shù)調(diào)查用戶在不同停電持續(xù)時(shí)間時(shí)段內(nèi)的停電損失[11]。用戶停電損失可以理解為由于電網(wǎng)電力供給中斷或不足造成用戶缺電所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，用戶根據(jù)這項(xiàng)指標(biāo)能夠直觀、清楚地評(píng)價(jià)配電網(wǎng)供電的可靠性水平情況[12]。本文根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，在統(tǒng)計(jì)大量的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)后，建立如表1所示的數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)信息構(gòu)建出分類用戶停電損失函數(shù)。通過這種方法，該函數(shù)可以應(yīng)用到相同類型的其他配網(wǎng)用戶停電損耗分析上，如表1所示。

在使用3次多項(xiàng)式擬合分類用戶停電損失數(shù)據(jù)后，得到表2所示的分類用戶停電損失函數(shù)的系數(shù)對(duì)照表和圖1函數(shù)曲線，其中t的單位是min。

根據(jù)上述描述，下面用圖標(biāo)的形式表示停電損失函數(shù)與停電持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系，如圖1所示。

在圖1中，觀察其曲線圖形，當(dāng)停電持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)時(shí)，相應(yīng)地，停電損失的發(fā)生的概率也就越大，這說明停電持續(xù)時(shí)間和停電損失之間的關(guān)系為正比例關(guān)系。具體而言，假設(shè)發(fā)生停電時(shí)，該用戶處于峰荷;由于停電的原因與用戶在電路中的負(fù)荷量也有關(guān)系，則可以將雷害故障停電損失視為直接損失與間接損失之和[13]。

當(dāng)前的研究主要是關(guān)于用戶直接損失的，而由于間接損失的量化難度大，不穩(wěn)定因素過多，本文不做具體量化計(jì)算。

2? 用戶停電損失分析函數(shù)

根據(jù)上文分析，下面通過構(gòu)建用戶停電損失函數(shù)對(duì)不同情況下的用戶停電損失情況進(jìn)行分析。

2.1 平均用戶停電損失模型

平均用戶停電損失模型fSCDF（sectoral customer damage function）可以用公式（1）來表示：

在使用公式（1）時(shí)，可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)用戶分類，在峰荷條件下，利用各種不同類型的用戶在峰荷時(shí)不同停電持續(xù)時(shí)間的總損失除以總峰荷，可以估算出在峰荷時(shí)利用的平均用戶停電損失模型。

2.2 綜合停電損失函數(shù)

通過采用函數(shù)fCCDF（t）（composite customer damage function）來作為綜合停電損失函數(shù)的表達(dá)式，其中fCCDF表示為企業(yè)用電、用戶的用電量比例、負(fù)荷率和平均用戶停電損失模型fSCDF，用公式fSCDF表示為：

在上述公式中，其中i表示為用戶類別;ni表示為用戶的總類別數(shù);參數(shù)ci為第i類電力企業(yè)用戶的用電量占據(jù)所有用電量中的比例函數(shù);其中，用Li來表示為第i類電力企業(yè)用戶的負(fù)荷率。

2.3 用戶的停電損失

用戶的停電損失用函數(shù)foc（outage cost）來表示，foc的獲得，需要用戶經(jīng)過可靠性評(píng)估，輸出不同站點(diǎn)各個(gè)負(fù)荷位置的停電頻率（次數(shù)）和停電時(shí)間，再根據(jù)公式（2）計(jì)算得出，用公式表示為：

在上述公式中，ny為各個(gè)站點(diǎn)的負(fù)荷點(diǎn)總數(shù);n （j，y）為負(fù)荷點(diǎn)y的停電總次數(shù);t （j，y）為負(fù)荷位置y第j次停電的持續(xù)時(shí)間;Py表示負(fù)荷位置y的平均負(fù)荷。

基于上述介紹，下面進(jìn)行算例分析。

3? 算例分析

下面以濟(jì)南市歷城區(qū)10kV架空配電線路興港線為例，計(jì)算興港線綜合用戶停電損失函數(shù)。

3.1 具體線路信息

在該算例中，計(jì)算了加裝避雷線成本及電網(wǎng)側(cè)停電損失，求出興港線綜合用戶停電損失函數(shù)。歷城區(qū)集中了濟(jì)南市大量工業(yè)企業(yè)，停電損失大，對(duì)用電可靠性要求高，用戶為工業(yè)用戶，雷害事故頻發(fā)，因此以興港線為示范線路。如圖2所示，為10kV興港線線路圖。

在試驗(yàn)時(shí)，以配電網(wǎng)區(qū)域?yàn)檫\(yùn)行單元，假設(shè)選取的興港線是單饋線，共有41個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，為進(jìn)行負(fù)荷損失計(jì)算，對(duì)興港線線路負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得，興港線線路容量為26580kVA，其中住宅類用戶容量為5316kVA，政府機(jī)關(guān)3810kVA，商業(yè)用戶1460kVA，工業(yè)用戶7380kVA，停運(yùn)負(fù)荷容量640kVA，各類用戶容量占比如表3所示。

3.2 參數(shù)確定

10kV興港線線路總?cè)萘繛?6580kVA，由于配電變壓器大多在額定容量的65%到75%范圍運(yùn)行，效率才能達(dá)到最大。一般而言，裝機(jī)容量小于變壓器額定容量的范圍為70-80%。取興港線以線路容量的70%運(yùn)行，即18606kVA。根據(jù)供電所給出的興港線線路圖，根據(jù)上文提到的各類用戶停電損失函數(shù)對(duì)興港線負(fù)荷的評(píng)估情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。興港線線路容量中，除停運(yùn)的640kVA負(fù)荷外，其余各類負(fù)荷按變壓器70%容量正常運(yùn)行時(shí)，容量分別為，工業(yè)類7380kVA，政府機(jī)關(guān)類3810kVA，商業(yè)類1652kVA，住宅類5316kVA。根據(jù)濟(jì)南市電價(jià)價(jià)目表與月平均雷電活動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)加裝避雷線前后停電損失進(jìn)行計(jì)算。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，濟(jì)南地區(qū)92.93%的雷電集中出現(xiàn)在4-9月的汛期，其主要原是由于汛期水汽充足，氣溫較高，天氣復(fù)雜多變，對(duì)流天氣強(qiáng)烈，容易形成雷暴，因此雷電次數(shù)相對(duì)較高。其中，在5、6月份，發(fā)生雷電頻率比較多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2個(gè)月內(nèi)累計(jì)發(fā)生的雷電事件約為9萬次，這將占據(jù)全年雷電發(fā)生總數(shù)的47.83%。

根據(jù)濟(jì)南地區(qū)雷電活動(dòng)月平均統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及前期計(jì)算可得，加裝避雷線前線路耐雷水平為-7.4kA，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在濟(jì)南市歷城區(qū)，2016年間發(fā)生的雷擊跳閘率約為：

其中，設(shè)置避雷線后，線路耐雷等級(jí)水平為-17.48kA，此時(shí)，總的雷擊跳閘頻率約為：

興港線線路中各類用戶的負(fù)荷量百分比和負(fù)荷量如表3所示，由于缺少必要數(shù)據(jù)，用負(fù)荷量比例近似用電量比例，則興港線綜合用戶停電損失函數(shù)為：

按照山東省發(fā)展改革委關(guān)于調(diào)整銷售電價(jià)等有關(guān)問題的通知，根據(jù)興港線綜合用戶停電損失函數(shù)，計(jì)算得加裝避雷線前，用戶停電損失為932萬元/年，加裝避雷線后，用戶停電損失為177萬元/年，加裝避雷線后所降低的用戶側(cè)停電損失約為755萬。

4? 結(jié)束語

在市場(chǎng)環(huán)境下，停電損失估計(jì)是電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的重要經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，目前，國內(nèi)外都有在這方面進(jìn)行研究和實(shí)踐，仍舊存在情況不一的問題，難以滿足市場(chǎng)需求。在現(xiàn)有技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，考慮了不同用戶在不同情況下的用電量比例和負(fù)荷率等，建立了多種情況下的用戶停電損失函數(shù)。通過試運(yùn)行，大大提高了用電效率，節(jié)省了電力能源，這為下一步的電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)奠定了一定技術(shù)基礎(chǔ)，為下一步同類技術(shù)的研究提供了理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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