配電網(wǎng)用戶感知停電事故嚴(yán)重性分析及可靠性評估

劉立揚(yáng)，李 鑫，張文濤，魏 俊，葉圣永

(1.國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，四川 成都 610041；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，對配電系統(tǒng)供電可靠性提出了更高的要求，配電網(wǎng)可靠性評估變得愈發(fā)重要。為此，國內(nèi)外專家學(xué)者分別從系統(tǒng)側(cè)及用戶側(cè)，針對配電網(wǎng)可靠性評估方法、評估指標(biāo)等方面，展開了相關(guān)研究。

對于從系統(tǒng)側(cè)入手進(jìn)行可靠性研究方面，文獻(xiàn)[1]在以可靠性供電為中心的未來電力市場環(huán)境下，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可靠性供電服務(wù)及管理提出了一種可靠性關(guān)鍵元件的辨識方法。文獻(xiàn)[2]對交直流的配電系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了對比。文獻(xiàn)[3]討論了配電系統(tǒng)一次側(cè)、二次側(cè)元件的可靠性運(yùn)營成本。文獻(xiàn)[4]在微網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)下，討論了風(fēng)機(jī)、光伏的可靠性分析評估方法以及維持其一定可靠性水平的運(yùn)營成本。文獻(xiàn)[5]評估了可靠性提升對于增強(qiáng)供電能力及降低停電損失的重要價(jià)值。文獻(xiàn)[6]針對分布式電源輸出功率的隨機(jī)性問題，提出基于點(diǎn)估計(jì)法的含分布式電源的配電網(wǎng)可靠性評估模型。

從用戶側(cè)入手進(jìn)行可靠性研究方面，文獻(xiàn)[7]評估了供電可靠性對于不同敏感性負(fù)荷的差異化影響。文獻(xiàn)[8]在電力市場的大背景下對配電網(wǎng)內(nèi)重點(diǎn)用戶的供電服務(wù)能力進(jìn)行了評估，提出了重點(diǎn)用戶可靠性定制化服務(wù)的概念。文獻(xiàn)[9]研究了“有效電價(jià)刺激”這一模式，通過制定合理的儲能補(bǔ)貼電價(jià)政策，有效刺激用戶側(cè)儲能投資。文獻(xiàn)[10]提出了一種新的考慮可靠性因素的階梯電價(jià)制定方法。文獻(xiàn)[11]針對接入用戶側(cè)微網(wǎng)的孤島運(yùn)行模式，提出了一種兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性的能量優(yōu)化配置模型。文獻(xiàn)[12]分析了用戶側(cè)遭遇短時(shí)停電的原因、特性及其對用戶造成的影響，闡述了短時(shí)停電的含義并對國內(nèi)短時(shí)停電的定義提出了建議。

需要注意的是，上述研究中的評估指標(biāo)均為傳統(tǒng)的系統(tǒng)側(cè)可靠性指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)值有時(shí)同用戶側(cè)實(shí)際感知到的用電可靠性體驗(yàn)存在差異。為克服這一問題，開展了如下工作：1)在可靠性分析中充分考慮了故障時(shí)段內(nèi)，受影響的用戶負(fù)荷曲線、用能及可靠性需求，將故障發(fā)生時(shí)刻與該時(shí)段內(nèi)用戶的負(fù)荷曲線情況納入停電事故嚴(yán)重性判別中；2)提出了用戶感知可靠性的概念，并提出了用戶對停電事故嚴(yán)重性感知程度的定量分析方法；3)提出了用戶感知可靠性評估新指標(biāo)，建立了相應(yīng)指標(biāo)體系，采用該體系對實(shí)際算例進(jìn)行了可靠性評估研究。

1 基于用戶感知的配電網(wǎng)停電事故嚴(yán)重性分析

相比輸電系統(tǒng)，配電系統(tǒng)更靠近用戶側(cè)，其可靠性將直接決定用戶的用電體驗(yàn)。有數(shù)據(jù)表明80%造成用戶停電的故障發(fā)生在配電網(wǎng)系統(tǒng)中[2]。因此，配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)，除了從系統(tǒng)側(cè)反映配電系統(tǒng)整體的可靠性水平外，還應(yīng)準(zhǔn)確反映用戶側(cè)感受到的用電可靠性體驗(yàn)，從而為提升供電服務(wù)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)?；诖?，首先，提出了“用戶感知可靠性”的定義；然后，對不同用戶的差異化可靠性需求進(jìn)行了分析；最后，提出了用戶對于停電事故嚴(yán)重性感知的定量分析方法。

1.1 用戶感知可靠性評估的定義

在配電網(wǎng)中，綜合考慮系統(tǒng)整體可靠性水平與用戶實(shí)時(shí)用電需求、負(fù)荷曲線、可靠性需求，按照時(shí)序?qū)⒚慷螘r(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、供電能力、故障狀況等信息，同相應(yīng)時(shí)段內(nèi)用戶的負(fù)荷曲線、可靠性需求進(jìn)行匹配分析，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行的可靠性評估，定義為“用戶感知可靠性”評估?，F(xiàn)用以下例子對提出“用戶感知可靠性”的必要性加以闡釋。

對處于同一配電系統(tǒng)的兩個(gè)用戶，設(shè)為A、B用戶，其最大功率相同設(shè)為PN，但其用電特性、日負(fù)荷曲線不同，假設(shè)A的用電高峰出現(xiàn)在中午，B的出現(xiàn)在晚間。

若系統(tǒng)在中午發(fā)生某次故障，造成A、B用戶均停電2 h。對于本次事故，若按照傳統(tǒng)可靠性評估方法，因二者PN相同，停電時(shí)長相同，此次故障造成的缺電量(expected energy not supplied，EENS)數(shù)值應(yīng)該相同。因此從EENS指標(biāo)上來看，事故對A、B兩用戶負(fù)荷的影響應(yīng)相同；然而事實(shí)上，由于停電發(fā)生時(shí)A用戶處于用電高峰，B用戶并未處于用電高峰，停電對A用戶造成的實(shí)際缺供電量應(yīng)遠(yuǎn)高于B用戶，A用戶對本次事故感知到的嚴(yán)重性程度也應(yīng)遠(yuǎn)高于B用戶。而傳統(tǒng)可靠性評估指標(biāo)(如EENS)并不能對這種情況加以區(qū)分。想要揭示這種差異性，就應(yīng)當(dāng)考慮用戶感知，將停電時(shí)段內(nèi)用戶的負(fù)荷曲線、可靠性需求納入到可靠性分析評估中，而不能簡單用PN表示用戶的用能需求。

1.2 同一配電網(wǎng)系統(tǒng)不同用戶差異化可靠性需求分析

對于不同類型用戶，參考文獻(xiàn)[13]的負(fù)荷分類方法，選取商業(yè)用戶、居民用戶、非居民照明用戶、中小學(xué)教學(xué)用戶這4類在城市配電網(wǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)的典型用戶類型進(jìn)行研究。設(shè)Pi,x為負(fù)荷x一年內(nèi)第i個(gè)小時(shí)(i=1,2,3，…，8760)的平均功率；設(shè)負(fù)荷x一年內(nèi)第i個(gè)小時(shí)(i=1,2,3，…，8760)發(fā)生停電的統(tǒng)計(jì)平均次數(shù)為fi,x；按照傳統(tǒng)可靠性評估計(jì)算得到系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷年平均缺供電量期望為Eaverage，則負(fù)荷x的年差異化可靠性需求度可定義為

(1)

式中，Wx,year是一個(gè)無量綱的值，它反映的是該用戶實(shí)際感知到的年缺電量與系統(tǒng)用戶年平均缺供電期望的比值，能夠反映同一系統(tǒng)內(nèi)不同用戶差異化的可靠性需求度。利用式(1)，采用文獻(xiàn)[13]的負(fù)荷用電數(shù)據(jù)，可計(jì)算上述4類典型城市電網(wǎng)負(fù)荷的Wx,year值，如表1所示。

表1 某配電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)典型用戶可靠性需求度統(tǒng)計(jì)

表1中，若Wx,year大于1，說明該用戶實(shí)際感知到的缺電量要高于系統(tǒng)平均值。Wx,year越大，表明該負(fù)荷的用電可靠性水平越低于系統(tǒng)平均水平，該處負(fù)荷可能位于配電網(wǎng)供電的薄弱環(huán)節(jié)，用戶有較強(qiáng)的提高供電可靠性的需求。

表1表明，同一配電網(wǎng)系統(tǒng)中的不同用戶即使擁有相同的系統(tǒng)可靠性水平(系統(tǒng)整體Eaverage值一定)，各負(fù)荷點(diǎn)所接入的用戶也會擁有不同的可靠性需求度，客觀上也會體驗(yàn)到差異化的用電可靠性水平。而傳統(tǒng)的系統(tǒng)側(cè)可靠性指標(biāo)(如Eaverage)并不能揭示這種差異。

1.3 用戶對停電事故嚴(yán)重性感知程度的定量分析

在定義Wx,year的基礎(chǔ)上，給出兩種用戶對停電事故嚴(yán)重性感知的定量分析方法。

1.3.1 基于小時(shí)負(fù)荷的分析方法

此種方法以用戶負(fù)荷曲線中每小時(shí)的負(fù)荷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，假設(shè)配電網(wǎng)中某事故m始于一年中的第Tm,st個(gè)小時(shí)，結(jié)束于一年中的第Tm,ed個(gè)小時(shí)，造成了用戶x停電，停電持續(xù)時(shí)間為Tm,duration，則事故m對用戶x造成的影響程度λm,x可定義為：

Tm,duration=Tm,ed-Tm,st

(2)

(3)

λm,x=Pi,x,mean/PN,x

(4)

式中:Pi,x,mean為停電持續(xù)時(shí)間內(nèi)用戶x的平均用電功率；Pi,x為用戶一年中第i個(gè)小時(shí)內(nèi)的負(fù)荷數(shù)據(jù)；PN,x為用戶x的最大用電功率。

現(xiàn)定義一年中任意小時(shí)內(nèi)發(fā)生事故后對用戶x造成的影響程度的平均值λmean,x為

(5)

則用戶x對于本次停電事故m的嚴(yán)重性感知程度定義為

Sm,x=λm,x/λmean,x

(6)

式中，Sm,x為一個(gè)無量綱的量。Sm,x越大說明停電發(fā)生和持續(xù)時(shí)間內(nèi)，停電對用戶x的用電可靠性體驗(yàn)的影響越大，停電越有可能發(fā)生在用戶用電需求較大的時(shí)段。

基于Sm,x，可定義配電網(wǎng)內(nèi)全體停電用戶對本次停電事故m感知到的嚴(yán)重性程度Sseverity,m,sense為：

(7)

Sseverity,m,sense=Ploss,m·Tm,duration·Sm,mean

(8)

式中：N為事故m造成的停電用戶總數(shù)；Sm,mean為停電的所有用戶對于事故m嚴(yán)重性的平均感知程度；Ploss,m為停電事故m所造成的總切負(fù)荷量；Sseverity,m,sense為事故m考慮用戶感知的停電事故嚴(yán)重性判別指標(biāo)。

如式(2)至式(8)所示，在用戶感知可靠性評估中，停電事故嚴(yán)重性指標(biāo)不僅考慮了停電時(shí)長和切負(fù)荷量，還考慮了停電用戶對其的嚴(yán)重性感知程度Sm,mean。這種“感知”與負(fù)荷在停電期間的用電需求、對停電的容忍程度密切相關(guān)。因此相較于傳統(tǒng)的停電時(shí)戶數(shù)等指標(biāo)，Sseverity,m,sense能夠更客觀地反映某次事故對配網(wǎng)用戶用電可靠性體驗(yàn)的影響。

1.3.2 基于日可靠性需求度的分析方法

參考式(1)，可定義負(fù)荷x一年中第n天內(nèi)的可靠性需求度(負(fù)荷x的日可靠性需求度)Wx,n,day為

(9)

該指標(biāo)反映用戶x第n天內(nèi)實(shí)際感知到的日缺電量期望與系統(tǒng)用戶平均每日缺供電量期望之間的比值。假設(shè)某次停電事故m發(fā)生在一年中的第n天，則用戶x對于停電事故m的嚴(yán)重性感知程度可定義為

(10)

同理，將Sm,x代入式(7)、式(8)中也可得到基于用戶感知的事故m嚴(yán)重性判別指標(biāo)Sseverity,m,sense。

綜上所述，基于小時(shí)負(fù)荷的分析方法和基于日可靠性需求度的分析方法，各有優(yōu)勢。基于日可靠性需求度的分析方法，適合對配電網(wǎng)中大量用戶不同日期內(nèi)對停電事故的感知程度進(jìn)行快速分析，可以在配電網(wǎng)規(guī)劃初期快速大面積地分析規(guī)劃區(qū)域內(nèi)各種用戶對停電的容忍程度。基于小時(shí)負(fù)荷的分析方法是一種更為精益化的分析方法，能夠更加準(zhǔn)確地反映不同用戶對于發(fā)生在不同時(shí)段內(nèi)的停電事故嚴(yán)重性的感知程度，適用于對配電網(wǎng)某幾個(gè)重點(diǎn)用戶進(jìn)行可靠性需求分析，從而為未來電力市場環(huán)境下重點(diǎn)用戶定制化、差異化的供電服務(wù)提供可靠性參考。

2 基于停電事故嚴(yán)重性分析及用戶感知的配電網(wǎng)可靠性評估

分別從負(fù)荷側(cè)與系統(tǒng)側(cè)，提出了一系列基于用戶感知的配電網(wǎng)可靠性評估新指標(biāo)，構(gòu)建了用戶感知可靠性評估指標(biāo)體系，旨在從用戶側(cè)、系統(tǒng)側(cè)對配電網(wǎng)提供更客觀準(zhǔn)確的可靠性評估，并作為現(xiàn)有可靠性評價(jià)體系的有力補(bǔ)充。

2.1 負(fù)荷側(cè)可靠性指標(biāo)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性評估中，一般采用負(fù)荷點(diǎn)故障率λ(次/a)、負(fù)荷點(diǎn)平均停電持續(xù)時(shí)間r(h/次)、負(fù)荷點(diǎn)年停電時(shí)間U(h/a)這3個(gè)指標(biāo)來描述負(fù)荷點(diǎn)的故障特征。

借鑒傳統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，針對負(fù)荷x，引入用戶對停電事故嚴(yán)重性感知程度Sm,x，可提出以下基于用戶感知的負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)：

1)基于用戶感知的負(fù)荷年累計(jì)停電頻率(consumer-aware annual failure rate)fx,aware，次/a,為

(11)

式中，Nx為用戶x一年內(nèi)所經(jīng)歷的總停電次數(shù)。該式代表的物理意義是：對于某次停電事故m，其對于年停電頻率的貢獻(xiàn)不再固定為1次，還要考慮用戶x對本次停電事故m的嚴(yán)重性感知程度；若Sm,x小于1(一般意味著此次故障發(fā)生在負(fù)荷用電需求較低的時(shí)段)，則對于負(fù)荷年停電頻率(總停電次數(shù))的貢獻(xiàn)小于1。

2)基于用戶感知的負(fù)荷年累計(jì)停電時(shí)長(consumer-aware annual interruption duration index)Dx,aware，h/a,為

(12)

式中，以Tm,duration為基準(zhǔn)，Sm,x為權(quán)值，若停電事故發(fā)生在用戶負(fù)荷高峰，則Sm,x權(quán)值較大，本次停電時(shí)長對總時(shí)長的貢獻(xiàn)較大。式(12)表明不同于傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性評估，在用戶感知可靠性評估中，并非時(shí)間長的停電事故就一定會對年累計(jì)停電時(shí)長造成較大的影響，還需要考慮其被用戶感知的嚴(yán)重程度。比如某次時(shí)間較長的計(jì)劃檢修停電，若能錯(cuò)過該區(qū)域內(nèi)負(fù)荷用電高峰，則對用戶的用電體驗(yàn)影響并不大。

3)基于用戶感知的負(fù)荷平均停電持續(xù)時(shí)間(consumer-aware interruption average duration)rx,aware，h/次,為

rx,aware=Dx,aware/fx,aware

(13)

該指標(biāo)反映在用戶感知可靠性評估下，負(fù)荷x每次停電的平均持續(xù)時(shí)長。該指標(biāo)可反映用戶感知到的系統(tǒng)故障恢復(fù)速度，若rx,aware值越小說明系統(tǒng)故障后的恢復(fù)速度越快，檢修服務(wù)質(zhì)量越高。

4)借鑒用戶年累計(jì)缺電量Ex，定義基于用戶感知的用戶年累計(jì)缺電量期望Eaware,x，MWh/a,為

Wm,x,loss,sense=PN,x·Tm,duration·Sm,x

(14)

(15)

式(14)中，Wm,x,loss,sense為故障m對負(fù)荷x造成的停電量(考慮用戶感知)。Eaware,x反映在用戶感知可靠性評估體系下，用戶x一年內(nèi)的累計(jì)缺供電量期望值。

不同于Ex的計(jì)算僅考慮停電時(shí)長和切負(fù)荷量，在計(jì)算Eaware,x時(shí)引入了用戶x對每次事故m的嚴(yán)重性感知程度Sm,x，因此相比傳統(tǒng)可靠性評估中的用戶年缺供電量期望指標(biāo)，Eaware,x能從用戶側(cè)更加客觀地反映該用戶本年內(nèi)實(shí)際感知到的缺供電量。

5)負(fù)荷小時(shí)停電容忍度指標(biāo)TTol,i,x可由式(16)—式(19)定義：

λi,x=Pi,x/PN,x

(16)

Si,x=λi,x/λmean,x

(17)

Wi,x,loss,sense=Pi,x×1 h

(18)

(19)

式中：Si,x為負(fù)荷x在第i個(gè)小時(shí)內(nèi)如果遭遇持續(xù)1 h整的停電事故，對該次停電事故的嚴(yán)重性感知程度；Wi,x,loss,sense為這個(gè)小時(shí)內(nèi)負(fù)荷x因停電造成的缺電量。負(fù)荷小時(shí)停電容忍度指標(biāo)TTol,i,x(本指標(biāo)是一個(gè)無量綱的量)反映負(fù)荷x在一年中的第i個(gè)小時(shí)內(nèi)對這一小時(shí)內(nèi)發(fā)生停電事故的容忍程度，其值越小說明該小時(shí)內(nèi)負(fù)荷x越不容許停電。

6)在負(fù)荷小時(shí)停電容忍度指標(biāo)TTol,i,x的基礎(chǔ)上，定義負(fù)荷年度停電事故平均容忍度TTol,year,x為

(20)

TTol,year,x可以整體反映一年內(nèi)負(fù)荷x對于停電事故的平均容忍程度。對于TTol,i,x、TTol,year,x而言，其值越大代表用戶x對于停電事故的容忍程度越高，對可靠性的要求就越低。在實(shí)際計(jì)算中，可定義基于用戶感知的負(fù)荷x對停電事故的敏感程度為

Ssensitive,x=1/TTol,x

(21)

將TTol，i,x、TTol，year,x分別代入式(21)可得到Ssensitive,i,x、Ssensitive,year,x。與容忍程度相反，Ssensitive,x的值越大，說明用戶對于可靠性的要求越高，對于停電事故越敏感。

2.2 系統(tǒng)整體可靠性指標(biāo)

設(shè)系統(tǒng)中含有M個(gè)負(fù)荷用戶，在傳統(tǒng)可靠性評估指標(biāo)中，系統(tǒng)用戶年平均停電頻率指標(biāo)Fsystem，次/(戶a)，定義為

(22)

式中，fx為用戶x一年內(nèi)經(jīng)歷的停電總次數(shù)。

借鑒Fsystem的定義，引入用戶感知可靠性的概念，根據(jù)式(11)，可定義基于用戶感知的系統(tǒng)用戶年平均停電頻率指標(biāo)(consumer-aware average interruption frequency index)Faware,system，次/(戶a)，為

(23)

式中:fx,aware為基于用戶感知的負(fù)荷x年累計(jì)停電頻率；Ssensitive,year,x為基于用戶感知的負(fù)荷x對停電事故敏感程度的年平均值。在Faware,system的計(jì)算中，fx,aware考慮了用戶對于其所經(jīng)歷的每次停電事故的嚴(yán)重性感知程度，Ssensitive,year,x考慮了用戶對于停電事故的年平均敏感程度。相較于傳統(tǒng)頻率指標(biāo)，該指標(biāo)能夠從用戶感知的角度，反映系統(tǒng)中所有用戶所感知到的平均停電頻率。

傳統(tǒng)可靠性計(jì)算中，系統(tǒng)用戶年平均累計(jì)停電時(shí)長Dsystem，h/(戶a)，可定義為

(24)

式中，Dx為用戶x的年累計(jì)停電時(shí)長。

引入用戶感知可靠性概念，定義基于用戶感知的系統(tǒng)用戶年平均累計(jì)停電時(shí)長(consumer-aware average interruption duration index)Daware,system，h/(戶a)，為

(25)

式中，Dx,aware為用戶x的基于用戶感知的年累計(jì)停電時(shí)長。相比于Dx，Dx,aware考慮了不同用戶對于不同停電事故的嚴(yán)重性感知程度，以負(fù)荷x對停電事故敏感程度的年平均值Ssensitive,year,x作為Dx,aware的權(quán)值，通過加權(quán)平均的辦法得到計(jì)算結(jié)果。對于重要用戶，由于其Ssensitive,year,x值較高，即使其Dx,aware較短，也將對系統(tǒng)用戶平均停電時(shí)長產(chǎn)生較大影響。

傳統(tǒng)可靠性計(jì)算中，系統(tǒng)用戶單次停電事故平均持續(xù)時(shí)間Dsystem,single，h/(次戶a)，可定義為

Dsystem,single=Dsystem/Fsystem

(26)

引入用戶感知可靠性的概念后，基于用戶感知的系統(tǒng)用戶單次停電事故平均持續(xù)時(shí)間Dsystem,single,aware，h/(次戶a)，可定義為

(27)

式中，fx為用戶x一年所經(jīng)歷的停電次數(shù)。通過引入Ssensitive,year,x，考慮了用戶對于每次停電事故的嚴(yán)重性感知程度及負(fù)荷x對停電事故敏感程度的年平均值，新指標(biāo)相較于Dsystem,single能更加準(zhǔn)確地反映用戶側(cè)實(shí)際感知到的平均故障持續(xù)時(shí)間。

傳統(tǒng)可靠性評估中，系統(tǒng)年累計(jì)缺電量期望Esystem，MWh/a，可定義為

(28)

該指標(biāo)本質(zhì)為系統(tǒng)中每個(gè)用戶年累計(jì)缺電量之和。借鑒其定義，并引入用戶感知可靠性評估概念之后，基于用戶感知的系統(tǒng)年累計(jì)缺電量期望Esystem,aware，MWh/a，可定義為

(29)

式中，Eaware,x為基于用戶感知的單個(gè)年累計(jì)缺電量期望，可由式(15)計(jì)算得到。Esystem,aware與系統(tǒng)內(nèi)停電發(fā)生時(shí)間段密切相關(guān)，若系統(tǒng)故障多發(fā)于負(fù)荷高峰期，則相比于Esystem,本指標(biāo)數(shù)值將增大，以此體現(xiàn)用戶對于用電高峰時(shí)段遭受停電的“不滿”。故Esystem,aware可有效反映配電網(wǎng)用戶對供電服務(wù)水平的滿意程度。

3 算例分析

采用IEEE-RBTS母線2饋線4作為算例進(jìn)行分析，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示[14]。一個(gè)包含有分布式光伏(PV)、分布式風(fēng)機(jī)(WG)、儲能裝置(ESS)以及小型柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組(Diesel)的微網(wǎng)于PCC節(jié)點(diǎn)接入到配電網(wǎng)中。PV、WG、ESS、Diesel的參數(shù)列在表2中[15]，MTTF為設(shè)備的平均無故障工作時(shí)間，MTTR為平均故障修復(fù)時(shí)間。表3列出了用戶負(fù)荷LP16-22的基本信息[13]，其負(fù)荷曲線參考文獻(xiàn)[13]。

表2 DG及儲能設(shè)備參數(shù)

表3 用戶負(fù)荷信息

圖1 算例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

算例中的線纜、變壓器、斷路器等元件的參數(shù)參考文獻(xiàn)[14]。風(fēng)速、光照、大氣透明度等氣象及天氣因素參考某市2010年的相關(guān)數(shù)據(jù)[15]。微網(wǎng)的孤

島轉(zhuǎn)換成功率為0.8。快速啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組可以在0.1 h之內(nèi)達(dá)到其額定功率。在可靠性計(jì)算分析中采用序貫蒙特卡洛法。

首先，假設(shè)算例中的所有元件、設(shè)備、裝置都運(yùn)行在其原本的可靠性水平下，此種情況記為S1。然后選擇儲能裝置ESS，將其MTTF提高25%(MTTF提高相當(dāng)于增加其平均無故障工作時(shí)間，也就提高了元件可靠性)，此種情況記為S2。

對于S1、S2兩種情況，采用所提出的用戶感知可靠性評估方法，結(jié)合序貫蒙特卡洛法，首先計(jì)算每種情況下，傳統(tǒng)評估指標(biāo)體系中每個(gè)用戶的可靠性指標(biāo)，如表4所示；然后再計(jì)算每種情況下，每個(gè)用戶的基于用戶感知的可靠性指標(biāo)，如表5所示。

表4 負(fù)荷側(cè)傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)

表5 負(fù)荷側(cè)基于用戶感知的可靠性指標(biāo)

在負(fù)荷側(cè)可靠性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，首先，計(jì)算S1、S2情況下系統(tǒng)側(cè)傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)；然后，按第2.2節(jié)提出的系統(tǒng)整體可靠性指標(biāo)計(jì)算方法，計(jì)算S1、S2情況下系統(tǒng)側(cè)基于用戶感知的可靠性新指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 系統(tǒng)側(cè)傳統(tǒng)指標(biāo)及用戶感知可靠性指標(biāo)

通過對比分析表4、表5中的數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)論：

1)提升系統(tǒng)中儲能裝置ESS的可靠性，能明顯改善傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)及用戶感知可靠性指標(biāo)。這表明ESS對于系統(tǒng)的可靠性有著重要的支撐作用。

2)將兩表中的λ與fx,aware、U與Dx,aware、r與rx,aware、Ex與Eaware,x對比分析可以發(fā)現(xiàn)：負(fù)荷LP16、LP17、LP20、LP21在采用基于用戶感知可靠性指標(biāo)進(jìn)行評估后，相關(guān)指標(biāo)數(shù)值有所上升，這說明系統(tǒng)中造成上述負(fù)荷停電的故障可能大多發(fā)生在其用電需求較大的時(shí)段，造成負(fù)荷對停電事故嚴(yán)重性的感知程度較高；而負(fù)荷LP18、LP19、LP22的情況正好相反。這表明所提出的“用戶感知可靠性評估指標(biāo)”相較于傳統(tǒng)指標(biāo)，能夠有效揭示停電事故發(fā)生時(shí)刻對于不同用戶用電可靠性體驗(yàn)的差異化影響。

3)傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)λ、U、r不能區(qū)分接在同一負(fù)荷點(diǎn)上的不同用戶的差異化可靠性用電體驗(yàn)。以LP16、LP17為例，二者接在同一負(fù)荷點(diǎn)，其λ、U、r是相同的。實(shí)際上LP16、LP17因?yàn)樨?fù)荷曲線的不同，同一時(shí)間段內(nèi)的用電需求存在差異，在經(jīng)歷同一停電事故時(shí)，感知到的停電事故嚴(yán)重程度可能存在差異，這種差異應(yīng)體現(xiàn)在負(fù)荷側(cè)可靠性指標(biāo)數(shù)值的不同上。表5中，LP16、LP17的fx,aware、Dx,aware、rx,aware數(shù)值均不同，這說明用戶感知可靠性指標(biāo)，能夠?qū)⑼ｋ姵掷m(xù)時(shí)段內(nèi)用戶差異化可靠性需求、負(fù)荷曲線納入評估過程中，相較于傳統(tǒng)指標(biāo)，獲得更加客觀、更加尊重用戶用電體驗(yàn)的負(fù)荷側(cè)可靠性評估結(jié)果。

對表6中數(shù)據(jù)展開分析，可得出以下結(jié)論：

1)無論采用傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)或用戶感知指標(biāo)，系統(tǒng)中儲能可靠性的提升，將有助于系統(tǒng)整體可靠性的提升。

2)ESS可靠性的提升，使用戶感知可靠性指標(biāo)的提升幅度要大于傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)的提升幅度。這是因?yàn)閮δ苎b置能夠在配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)段為部分用戶提供供電支撐，甚至在發(fā)生短時(shí)故障時(shí)確保某些用戶不停電。從而顯著提升用戶側(cè)感受到的用電可靠性。

綜合分析表4至表6中的數(shù)據(jù)，可以得到如下結(jié)論：

1)用戶感知可靠性指標(biāo)評估，將不同用戶的實(shí)時(shí)負(fù)荷曲線、差異化可靠性需求、對停電事故嚴(yán)重性的不同感知程度，納入到了可靠性評估指標(biāo)的計(jì)算中。相比于傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)，能得到更加客觀、更加尊重用戶用電體驗(yàn)的可靠性評估結(jié)果。

2)所提出的新指標(biāo)，考慮了故障時(shí)刻、故障時(shí)長以及故障時(shí)段內(nèi)受影響用戶的負(fù)荷曲線、可靠性需求、停電事故容忍度。因此，相較于傳統(tǒng)評估指標(biāo)和方法，能夠在評估結(jié)果中體現(xiàn)用戶對于供電可靠性的差異化感受，從而指導(dǎo)供電公司有針對性地提高供電服務(wù)水平。

3)表6中S1、S2的數(shù)值變化可以體現(xiàn)儲能可靠性提升對于系統(tǒng)整體用戶感知可靠性的貢獻(xiàn)程度。若將儲能換成其他元件，如斷路器、變壓器等，采用同樣的計(jì)算步驟也可得到其對系統(tǒng)側(cè)用戶感知可靠性的提升程度。按照上述步驟，可以遍歷配電網(wǎng)中每個(gè)元件，分析每個(gè)元件的可靠性提升對于系統(tǒng)可靠性的改善程度，從而獲得元件可靠性重要序列，為未來配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、檢修維護(hù)提供有價(jià)值的參考。

4 結(jié) 語

針對傳統(tǒng)可靠性指標(biāo)不能完全客觀地反映用戶側(cè)感知到的供電可靠性水平、系統(tǒng)整體可靠性指標(biāo)與用戶側(cè)感知到的用電體驗(yàn)存在差異這兩個(gè)問題，開展了如下工作：

1)提出了用戶感知可靠性的定義，并提出了基于用戶負(fù)荷曲線的停電事故嚴(yán)重性感知程度定量分析方法。

2)分別從用戶側(cè)和系統(tǒng)側(cè)，提出了一系列基于用戶感知的可靠性評估指標(biāo)，建立了相應(yīng)指標(biāo)體系。

3)算例結(jié)果表明：相較于傳統(tǒng)可靠性評估指標(biāo)，所提出的方法、指標(biāo)能夠得到更加客觀、更加尊重用戶用電體驗(yàn)的可靠性評估結(jié)果，且不需要對可靠性評估方法(蒙特卡洛法)進(jìn)行修改調(diào)整，可直接嵌入到現(xiàn)有可靠性評估過程中，程序代碼修改量較小，具有較強(qiáng)的可實(shí)施性。

4)算例中包含分布式電源、儲能及微網(wǎng)，算例結(jié)果表明所提方法指標(biāo)能夠較好適應(yīng)含分布式電源、儲能及微網(wǎng)的未來配電網(wǎng)可靠性評估需求。

5)后續(xù)研究可基于用戶感知可靠性，針對不同用電可靠性要求的用戶，對其停電事故損失進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性估算，分析基于用戶感知可靠性的投資邊際成本、邊際效益。

綜上，所做工作可對未來含分布式電源、儲能及微網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評估、規(guī)劃投資建設(shè)提供了重要參考。