可靠性定量分析在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

國網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司 王巍俊 何 峰 魏光明

在目前的電力建設(shè)中，需對整體的供電可靠性進(jìn)行分析，然后進(jìn)行相應(yīng)的布置與施工，相關(guān)技術(shù)人員主要是利用計算機(jī)軟件對經(jīng)濟(jì)性及可靠性進(jìn)行分析，然后給出相應(yīng)的電力建設(shè)規(guī)劃方案，方便工程技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計計算和施工管理，實現(xiàn)電力電網(wǎng)配電過程的科學(xué)性及可靠性，推進(jìn)電力供應(yīng)的正常運(yùn)行。本文對在配電網(wǎng)規(guī)劃中如何進(jìn)行可靠性分析進(jìn)行探索，并對個別的供電規(guī)劃方案進(jìn)行分析，探究推進(jìn)我國電力建設(shè)的工程質(zhì)量和科學(xué)經(jīng)濟(jì)性[1]。

1 可靠性定量分析概述及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 可靠性定量分析的概述

供電的可靠性主要是指供電系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)供電的能力，這一指標(biāo)是考核供電系統(tǒng)供應(yīng)電能質(zhì)量的一個核心指標(biāo)，其供電的可靠性可用以下指標(biāo)進(jìn)行評價：供電的可靠比率、用戶的家庭平均停電時間、用戶的用電系統(tǒng)停電小時數(shù)、缺少的供電量等指標(biāo)。在配電網(wǎng)的設(shè)計規(guī)劃過程中，需規(guī)劃人員在其分析結(jié)果及相關(guān)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，對配電網(wǎng)中的變電站型號、位置及容量范圍進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，同時對電網(wǎng)網(wǎng)架的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，確定相應(yīng)線路的容量、數(shù)量及型號等參數(shù)。隨后基于多種方案的可靠性及經(jīng)濟(jì)性要求作出相應(yīng)的電力建設(shè)配電網(wǎng)方案，實現(xiàn)最終的項目完成[2]。

1.2 可靠性定量分析在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用現(xiàn)狀

從20世紀(jì)80年代開始我國的電力建設(shè)就在不斷進(jìn)行，也在不斷進(jìn)行配電系統(tǒng)的可靠性分析研究。為保證電力的正常供應(yīng)及質(zhì)量需求，帶給居民正常的生活生產(chǎn)用電，就要對電力系統(tǒng)進(jìn)行配電過程的可靠性評估。其中對發(fā)電輸電環(huán)節(jié)的管理和把控是做好電力可靠性供應(yīng)的必然環(huán)節(jié)，因此需在配電電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)中就進(jìn)行可靠性的相關(guān)分析過程，保證電力的正常穩(wěn)定供應(yīng)。

對于一部分發(fā)達(dá)國家而言,配電系統(tǒng)的可靠性評估技術(shù)較為先進(jìn)，實現(xiàn)了穩(wěn)定高效的電力供應(yīng)，在我國對于配電系統(tǒng)的可靠性研究起步較晚，為滿足當(dāng)前用電壓力的大幅度提升要求，供應(yīng)穩(wěn)定可靠的電力資源，國家的相關(guān)電力建設(shè)部門也進(jìn)行了有益探索，制定相關(guān)的法律法規(guī)政策，滿足電力供應(yīng)的組織性和計劃性，從可靠性評估和研究開始，制定了相關(guān)的技術(shù)要求及措施，在發(fā)展的過程中不斷開發(fā)新的技術(shù)，建立起較為完善的配電可靠性軟件系統(tǒng)體系。在我國的電力行業(yè)從業(yè)人員共同努力下，借鑒國外的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)，最終創(chuàng)立了符合我國情的輸配電網(wǎng)絡(luò)，同時建立健全了配電網(wǎng)的可靠性評估方式，為我國電力市場的穩(wěn)定發(fā)展以及民生水平的提高做出了貢獻(xiàn)。

1.3 可靠性分析在配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中存在的問題

1.3.1 現(xiàn)存的電網(wǎng)建設(shè)結(jié)構(gòu)混亂

在當(dāng)前的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中，眾多混亂的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)反映出我國電力行業(yè)相關(guān)的配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)存在著巨大問題，這樣的配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計會在一些方面給今后的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃帶來建設(shè)上的難題。同時現(xiàn)存的市政建設(shè)項目不穩(wěn)定，給電網(wǎng)建設(shè)和規(guī)劃帶來了難度，不能適應(yīng)工程變化的需求。在現(xiàn)存的電網(wǎng)建設(shè)結(jié)構(gòu)中，規(guī)劃過程就會消耗大量的人力，對實際過程中的配電網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，缺乏較為簡潔的工作方式，就成了混亂的規(guī)劃建設(shè)結(jié)構(gòu)體系。

1.3.2 缺乏完善的可靠性分析技術(shù)

輸電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃是一個典型的最優(yōu)解問題，需在規(guī)劃過程中考慮到數(shù)據(jù)的離散性，同時在實際的建設(shè)過程中，不能只依靠工程施工人員的經(jīng)驗來進(jìn)行相關(guān)的電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，這樣的經(jīng)驗往往是不能滿足實際環(huán)境要求的，帶給工程建設(shè)更多的難題。同時對于多種配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，需通過比較來進(jìn)行可靠性定量分析評估，實現(xiàn)各個過程經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)解，選擇更加合理的規(guī)劃方案來進(jìn)行建設(shè)。另一方面，當(dāng)前供電可靠性分析缺乏一些技術(shù)軟件，會給電網(wǎng)供電的可靠性帶來影響，使用一種較為完善的可靠性分析體系可極大降低工程投入成本，節(jié)省時間的同時提高了工作效率，因此需開發(fā)出更加實用的配電網(wǎng)規(guī)劃可靠性分析系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)的科學(xué)性、合理性。

因此，在以上這些問題的影響下，目前的輸配電系統(tǒng)可靠性分析建設(shè)不夠健全，給電網(wǎng)工程建設(shè)帶來了一些方案上的影響，最終建設(shè)成的電網(wǎng)系統(tǒng)不夠合理、科學(xué)，目前需針對更加可靠穩(wěn)定的電力供應(yīng)進(jìn)行探索，從可靠性評估上使用定量分析的技術(shù)手段，推動配電系統(tǒng)建設(shè)完成，提升民生質(zhì)量和水平，健全電力建設(shè)市場的發(fā)展方向。

2 可靠性定量分析方法探究

為實現(xiàn)在一定供電需求的情況下，對于電網(wǎng)配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行可靠性探究，可使用可靠性定量分析的計算方式，基于電網(wǎng)本身的拓?fù)淠Ｐ?，再根?jù)所收集的數(shù)據(jù)及傳統(tǒng)的經(jīng)典運(yùn)行方式來進(jìn)行可靠性計算，對整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)線路和用戶方面進(jìn)行相應(yīng)計算過程，將用戶的平均停電率、平均停電時間及用戶的缺電量都納入可靠性計算方法中，通過一定的計算機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行計算，對最終的可靠性評估結(jié)果進(jìn)行驗證分析，比較幾種方案間的合理性，選擇最優(yōu)的解決方案再投入實際的工程建設(shè)中。具體可靠性定量分析過程如下：

實地收集數(shù)據(jù)。首先，為最大程度保證配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的可靠性，就需收集相關(guān)的電網(wǎng)建設(shè)數(shù)據(jù)及可靠性數(shù)據(jù)，主要可分為現(xiàn)存電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)、電網(wǎng)元件的參數(shù)、電力運(yùn)行中的數(shù)據(jù)及配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載數(shù)據(jù)等，通過對這些數(shù)據(jù)的收集和分析就能基本確定輸電網(wǎng)絡(luò)的原始數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性計算，最終實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的安全建設(shè)。

進(jìn)行可靠性計算定量分析。在獲得了拓?fù)鋽?shù)據(jù)、電網(wǎng)元件數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)后，就要利用這部分?jǐn)?shù)據(jù)來進(jìn)行可靠性計算過程，首先其基本思路是通過從點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)的計算原則，先對用戶單個的復(fù)核進(jìn)行計算、再進(jìn)行整個線路的用戶可靠性分析，就是對各個用戶的故障可靠性指標(biāo)、預(yù)設(shè)安排下可靠性指標(biāo)進(jìn)行計算探究具體的計算過程，主要可以分為用戶負(fù)荷的年故障率計算、用戶負(fù)荷點(diǎn)的年平均故障時間計算、用戶負(fù)荷點(diǎn)的單次停電時間。在獲得以上故障時間數(shù)據(jù)后，就可通過計算整個線路的用戶可靠性指標(biāo)，包括進(jìn)行用戶連續(xù)停電時間的計算，最后再對這些單個用戶的停電時間進(jìn)行匯總，就可得到整個配電網(wǎng)絡(luò)的用戶持續(xù)停電時間，實現(xiàn)用戶停電時間上的可靠性分析過程。

進(jìn)行可靠性定量分析運(yùn)算結(jié)果的驗證。對于電力規(guī)劃建設(shè)中，可靠性定量分析過程的運(yùn)算結(jié)果要進(jìn)行計算機(jī)軟件程序的驗證過程，通過預(yù)設(shè)的計算機(jī)軟件，其中主要包含了接線模式、負(fù)荷分布以及可靠性的相關(guān)計算內(nèi)容，對整個的配電系統(tǒng)可靠性進(jìn)行定量計算，驗證其最終設(shè)計成的電網(wǎng)線路的可靠性，對不同規(guī)劃方案的線路數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，選擇出較為符合實際電力供應(yīng)需求的規(guī)劃方案，記錄下可靠性分析過程的數(shù)據(jù)輸入結(jié)果，最終通過調(diào)整整體復(fù)核的數(shù)據(jù)以及設(shè)備的故障率數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可靠性定量分析的驗證過程，確定出最終符合條件的可靠性算法結(jié)果，選擇出最終的施工方案[3]。

在綜合以上的可靠性分析計算結(jié)果后，可對電網(wǎng)建設(shè)前期的工程項目缺陷進(jìn)行優(yōu)化分析，找出其中的薄弱點(diǎn)及問題，將薄弱點(diǎn)進(jìn)行定位，讓一部分線路滿足這種的輸配電要求，總結(jié)出電網(wǎng)規(guī)劃的相關(guān)經(jīng)驗，在之后的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計過程中采用相應(yīng)的可靠性分析方式，從前期就進(jìn)行指導(dǎo)和優(yōu)化，通過可靠性計算結(jié)果來對各種施工方案進(jìn)行比較，同時進(jìn)行多輪優(yōu)化調(diào)整，形成最終的電力施工方案，提高輸配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的合理性和科學(xué)性。

3 可靠性定量分析在配電網(wǎng)規(guī)劃中的案例

在10kV的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，就要在城市的郊外地區(qū)建立三相繞組110V變電站或建立雙向繞組形式的變電站，使用10kV的高壓電進(jìn)行對城市輸電網(wǎng)絡(luò)和配電站的電力供應(yīng)，主要的供電形式分兩種，其中單回路放射配電模式是普遍使用的基本方式，將配電元件串聯(lián)進(jìn)行配電，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約投入建設(shè)成本，但短板就是路線元件過多，造成電力損耗、降低使用壽命，經(jīng)過分析這種單一輸電方式的可靠性較差；第二種是在單回路放射式配電網(wǎng)絡(luò)上改進(jìn)的模式，可較大幅度提高供電可靠性。在單一用戶的負(fù)荷點(diǎn)平均的單次停電時間縮短，可實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電的方式，這種供電方式可同時進(jìn)行開閉環(huán)的正常運(yùn)行。相對于以上的輸配電方式可實現(xiàn)較高的可靠性，在電路失效和故障時可進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急模式，切換供電電源提高電力供應(yīng)穩(wěn)定性；第三種方式是采用并聯(lián)連接的雙電源供配電模式，在一個失效時另一個輸電電源進(jìn)行替代配電，這種方式可實現(xiàn)可靠性供電效率的提高，但相對而言其成本投入也較大，經(jīng)濟(jì)成本高。

這種配電模式的主要可靠性影響因素分為內(nèi)部和外部因素，其中內(nèi)部因素是由于線路的老化和損壞，主要是由于線路負(fù)荷較高使其容易損壞及電路間接觸不良造成。在我國南方地區(qū)的輸電電網(wǎng)中會存在較多的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)劃問題，在輸配電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，不能立刻做出相應(yīng)的應(yīng)急反應(yīng)和處理，造成停電時間長和輸電不連續(xù)等問題。同時電源的本身存在問題，降低其可靠性，在經(jīng)濟(jì)投入和質(zhì)量要求中都存在問題，造成輸電的不連續(xù)和故障，危害電力正常生產(chǎn)運(yùn)行；外部因素主要是由于自然影響產(chǎn)生一部分的設(shè)備問題，以至于在不同的自然災(zāi)害和條件下降低輸配電系統(tǒng)的可靠性輸送，配電網(wǎng)由于比如雨雪天氣使設(shè)備故障出現(xiàn)問題、還有設(shè)備本身的終端停運(yùn)，屬于不可控制因素，需在管理上進(jìn)行相應(yīng)的手段，對人為的因素也要進(jìn)行相應(yīng)的控制，提高輸配電的可靠性。

綜上，在配電網(wǎng)規(guī)劃中需進(jìn)行相應(yīng)的可靠性定量分析，采用相應(yīng)的計算機(jī)軟件和相關(guān)方法進(jìn)行輸配電網(wǎng)絡(luò)項目的可靠性分析，提高電力生產(chǎn)及供應(yīng)的可靠性，進(jìn)一步提升我國電力建設(shè)的完善程度，保障社會民生水平。