配电网安全性评价指标与方法研究

谢红卉 毛建林

（浙江省萧山供电局，浙江 萧山 311220）

近年来，国内外历次大停电[1-3]都造成了严重的经济损失，给人民的生产和生活带来了极大的影响。安全性评价属于风险管理范畴，是预防和控制企业事故行之有效的方法。如何评估电力系统的安全水平，并以此为依据制定合理的调度决策和应急预案，是防止大面积停电的重要手段。

配电网是电力系统的重要组成部分，配电网其电压等级较低，元件居多，元件设备的可靠性水平参差不齐，配电网的网架坚强性相对于主网来说要脆落得多。近年来随着城市经济建设的发展，用电量不断增长，负荷密度不断增加，配电网的安全越来越受到电网企业和国内外学者的广泛关注[4-7]。

目前配电网安全性的分析主要是从反映城市电网运行状况的各个因素（包括N-1分析、电压偏移、变压器负载率、线路负载率）出发，对每个因素用配网运行的约束进行检验。满足约束条件越多，则安全性越好，但不能给出—个量的评价标准。本文提出一种基于模糊综合评价的配电网安全性定量评估方法，该方法首先基于n-1+1准则提出一套反映馈线转供能力的配电网安全性评级指标，用于定量的刻画配电网网架结构变化之后的安全程度，基于提出的配电网安全性评价指标，建立了配电网安全性评估的模糊综合评价模型。最后通过辐射状的16母线测试系统对提出的评级指标和评估模型进行了验证，评估结果论证了方法的可行性。

1 电网安全性评价指标体系

配电网具有许多不同于输电网的特征，例如：通常采用闭环的网络结构，但是具有开环运行的特点，一般呈辐射型树状。配电网的馈线中，包含很多常开和常闭的开关，在馈线发生故障的情况下，这些开关用来隔离故障区域和恢复未故障区域，当故障排除后，这些开关又恢复到正常的位置；在正常运行情况下，运行人员周期性地通过开合这些开关来提高网络的可靠性和降低网络损耗，但是最后的网络结构必须保证辐射状。

n-1+1准则就是当一条线路发生故障而被切除时，需要闭合一个开关以恢复供电，即“断一合一”。n-1+1准则充分考虑了配电网的运行特性，是配电网安全性分析的基本准则。目前的安全性指标只能在两个网架之间进行比较，进而评价系统是否“相对安全”，这样在评价两个不同的系统时就没有一个确定的标准。因此本文在n-1+1准则的基础上提出一套反映馈线转供能力的配电网安全性评级指标[8]，通过评价馈线的转供能力对配电网的网架进行全面的评估。

1.1 馈线运行率

配电网馈线运行率是配电网馈线承载负荷能力的指标，是判别馈线在邻接馈线发生故障时，衡量分担相应区段负荷并有效地进行切换的能力的指标。

设正常时馈线的负荷电流为IFL，所联络的干线区段最大负荷电流为ICL，短时间容许电流为IM。则配电网馈线运行率为

由上式可知配电网馈线运行率就是包含邻接馈线故障时切换的负荷在内的馈线负荷电流与馈线容许电流之比。若λR≤1，即切换后没有超过短时间容许电流，此区段就是可以切换的区段，能够由邻接馈线转移负荷。若λR＞1，此区段为不能切换的区段。

1.2 馈线切换率

馈线切换率表示发生故障时，由配电线路与相邻馈线的联络而发生的可以切换的负荷侧区段数与发生故障的馈线区段数之比，即

式中，λs表示馈线切换率，AST表示故障时由于配电线路与相邻馈线的联络而发生的可以切换的负荷侧区段数，AS表示发生故障的馈线区段数。

1.3 负荷转移率

由于馈线本身的容量、所要转移的馈线容量以及新连接的负荷点容量的限制，在转移状态期间能够恢复的负荷量可能小于馈线需要转移的最大负荷量。根据转移负荷后的系统潮流，可计算出每条馈线能够转移的最大负荷。设故障后能够转移的最大负荷为LPT，不能转移的最大负荷为LPD，必须采用邻接馈线倒送电的方式供电的区段的最大负荷为LP，即不能由电源侧直接送电的区段的最大负荷，其中LPD=LP-LPT。

设NST为能够转移负荷的区段数，NSP为必须采用邻接馈线倒送电的方式供电的区段数，定义配电网的负荷转移率为

2 模糊综合评价模型

模糊综合评价法[9-10]可以对难以直接用准确的数字进行量化的问题进行评价，是一种较科学和很有价值的方法。此方法的基本原理是对原本仅具有模糊和非定量化特征的因素，经过数学处理，使其具有某种量化的表达形式，为决策者提供可以进行比较和判别的依据，提高决策的科学性。影响企业竞争力的因素没有明确的外延边界，因而具有很大的“模糊性”，故可用模糊综合评价法来建立评价模型。具体评价模型包括以下5个步骤。

1）建立评价模型的评价指标体系

假设影响学报质量的因素集为U，记为：U=（U1，U2，…Un），其中Ui为影响评判对象的各种因素。

本文中，i=3，U1为馈线运行率，U2为馈线转移率，U3为负荷转移率。

2）确定评语集

本文采用高中低三个等级对被测对象进行评判，则可得到评语集为V=（v1，v2，v3）。

3）构造评判矩阵

分别确定评价对象隶属于评价的等级的隶属度yij，yij表示评价因素Ui属于等级vj的隶属度，据此可以建立评价对象的隶属度矩阵Y。

4）确定各评价指标的重要程度，即指标权重

根据各因素在指标体系中的重要程度，依据一定的方法确定各因素相对评价目标的权重，得到权重集W=（W1，W2，…，Wn｝，其中权重满足归一化条件。

5）评价并分析结果

模糊综合评价结果即模糊集S由下式给出。

式中，W是权重向量，Y为评判矩阵。

3 算例分析

辐射状的16母线测试系统的网架结构如图所示，将本文提出的评价指标体系和综合评价模型用于该小型配电网的安全性评估，其中实线表示干线，虚线表示联络线，分段开关和联络开关分别位于干线和联络线上。

图1 配电网16母线测试系统

假设母线4、5 之间的线路发生故障，存在多种负荷转移方案。配电网安全指标是评价网架对于故障的承受能力的指标，对同一网架的负荷转移方案进行计算，选择安全指标最高的。

本文采用负荷转移方案为：断开母线线4、5的分段开关，隔离故障；断开母线6、7的分段开关，闭合母线6、15间的联络开关，恢复母线5、6间线路供电；断开母线8、9的分段开关，闭合母线8、16和母线9、12间的联络开关，恢复母线7下游线路供电。如图2所示。

图2 切除故障后线路供电路径

1）首先通过对评价指标内的因素进行比较， 结合专家的判断， 确定综合配电网安全性评价要素的权重，见表1。

表1 评价指标权重

2）基于前文中提到的负荷转移方案，计算故障所在馈线的配电网安全指标，通过模糊三角隶属函数，建立各评级指标相对于三个等级的隶属度，计算结果如表2所示。

3）进行综合评判，根据模糊运算法则，模糊综合评价结果为

进行归一化处理得该负荷转移方案下的配电网安全等级的评估结果如表3所示。

表3 各安全性等级评估结果

由表3可知该转移方案下的配电网各等级评估结果为：高占42.41%；中占25.20%；低占32.39%。根据最大隶属度原则，该负荷转移方案下的配电网安全性为高。

4 结论

1）本文通过考虑不同因素对配电网安全性的影响，本文在n-1+1准则的基础上提出一套反映馈线转供能力的配电网安全性评级指标，通过评价馈线的转供能力对配电网的网架进行全面的评估。

2）基于提出的配电网安全性评价指标的基础上，建立了配电网安全性评估的模糊综合评价模型。通过辐射状的16母线测试系统对提出的评级指标和评估模型进行了验证，评估结果论证了方法的可行性。

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