浅谈配电系统可靠性评估方法

刘旭军

（大唐石门发电有限责任公司，湖南 常德 415300）

1 常见配电系统可靠性指标

配电系统是用户与电力系统联系最重要的基础，它对整个用户的用电质量有着重要的影响，因此，对配电系统的可靠性进行有效的研究就显得非常重要。对配电系统可靠性的评价指标一般可以分为用户侧和系统侧两个方面。

1.1 用户侧可靠性指标

用户侧可靠性指标是对用户侧可靠性进行评估的基本指标，它是配电系统故障对某一区域产生影响大小的重要反应，同时也是下一级配电系统可靠性评估的重要依据和指标。通常用户侧可靠性指标有：用户侧故障率、用户侧故障导致的平均停电时间、用户侧年平均停电时间等。

1.2 系统侧可靠性指标

系统侧可靠性指标是评价配电系统向用户供应和分配电能以及供电质量的重要依据，系统侧可靠性指标更加注重从全局的角度对配电系统对整个电力系统的影响。系统侧可靠性指标一般包括：电力系统平均停电频率、电力系统平均停电持续时间、用户平均停电频率、用户平均停电时间、平均供电可用率等等。

2 配电系统可靠性评估的常见方法及改进

一般在实际的应用中，配电系统的拓扑结构较为复杂，对整个电网运行的影响因素较多，因此，如果直接利用相关的可靠性指标公式进行计算将会非常复杂。近几年，一些相关的研究工作取得了一定的进展，一些相关的学者和研究人员经过研究发现和总结了一些操作方便和方法和改进技术，这些方式方法通过大量的实践验证，证明其具有一定的实用性和有效性。当前较为常见的配电系统可靠性评估方法有故障式后果分析法、最小路法、网络等值法等等。

2.1 故障式后果分析法

这种评估方法又被称之为 FMEA，它是用来评估电力系统可靠性最为传统的一种方法。这种方法主要是利用科学的故障判别准则来将配电系统的状态分为故障状态和正常状态两种，并对配电系统中所有可能出现故障的设备进行充分的分析，从而得到一个所有故障类型的列表，然后利用计算的方式获得配电系统可靠性的相关指标。一般这种方法只能在由主线和馈线组成的辐射式简单配电系统中进行应用，在一些多故障模式的复杂分支系统中很少使用。这种方法在实际应用过程中，并没有充分考虑线路的传输容量问题，所以，利用这种方法获得的相关评估指标会与真实的数值之间存在一定的差异，使评估结果出现一定的偏差。

随着现实中研究工作的不断深入，相关学者通过对故障后的潮流和电压约束的考虑，总结出了一种结合最小割集法的FMEA法。这种方法可以在一些大型的配电系统可靠性评估中进行应用。后来一些研究人员有总结出了应用于带子馈线的复杂配电系统可靠性评估方法。这种方法主要是利用了馈线分区思想，以馈线为基本单位进行馈线分区，然后建立起一个网络模型，这一网络模型主要由区域节点和开关弧组成，然后利用前面所说的FMEA方法对整个系统进行可靠性评估。与前面最早的FMEA方法相比，这种方法使整个系统的评估分析量大大减小，但整个评估分析过程更加清晰明了，所获得的计算结果也更加贴近实际。另外，这种方法还可以根据配电系统现实的运行状况，来对一些计划检修、开关故障、自动装置动作可靠性等影响评估的因素进行有效地分析考虑，从而保证计算得到的评估结果与实际结果更加接近，使配电系统可靠性评估变得更加准确高效。

2.2 最小路法

这种方法应用在配电系统可靠性评估的基本思路是：第一，从整个配电系统的拓扑结构出发，将配电系统分为最小分路和非最小分路两种形式；第二，从非最小分路中故障性元件对用户可靠性造成的影响进行分析，将其等效到最小分路中；最后，根据不同的用户计算出其相应的最小分路，并进行相应的可靠性评估。这种方法充分考虑了负荷开关、分支线保护、计划检修等多种情况的影响，而且这种算法有自己相应的计算软件，可以对配电系统可靠性评估进行快速准确的计算，但是这种方法仅仅适用于那些具有开环运行、简单辐射状拓扑结构的配电系统，对于那些带子馈线的复杂配电系统，采用这种方法仍然需要进行大量的计算，而且计算的过程需要花费一定的时间，直接影响了整个可靠性评估过程的快速高效。

2.3 网络等值法

在配电系统可靠性评估中利用这种方法主要的原理就是将较为复杂的配电系统划分为几个部分，任意一个部分可以看做是一个元件，这样就将这一复杂配电系统装换成为一个没有子馈线的简单辐射状配电系统，然后利用前面说的FMEA方法进行可靠性指标计算，进而实现对整个配电系统的可靠性评估。从这种方法的基本原理来看，这种方法比较适合于那些带子馈线的较为复杂的配电系统拓扑。在不同的区域，配电网络拓扑的结构也不尽相同，其复杂程度也存在明显的差异。一般可以分为3、6、9层等，所以，从上下级的角度进行等效时，将会出现两种等效方法，向上等效和向下等效。在进行向上等效时，就是使用一个等效元件串接到上一级的馈线上，从而避免下一级的分支馈线对上一级馈线产生可靠性评估影响。而向下等效时，就是将等效元件串接在下一级馈线上，从而避免上一级分支馈线对下一级馈线的可靠性评估产生影响。需要说明的是，在同一配电系统中使用等效技术时，不能同时使用向下等效和向上等效，主要是因为这样会使整个方法变得更加复杂和混乱，容易造成操作者出现错误。还有就是，具有较复杂拓扑结构的配电系统，设备与设备之间仍然存在着相互间的控制与被控制关系，所以在进行等效操作时，可以从较低的一级开始，逐步向着高一级等效，这样，即遵循了设备间的控制关系，还可以保证配电系统可靠性评估更加快速高效。

单纯的从理论来看，网络等值法适合于处理那些具有子馈线的复杂配电系统。但是，在实际当中，如果配电系统包含的层次过多，那么相应的等效次数也会随之增加，每一个负荷点的可靠性数据计算和统计也会出现问题，最终导致可靠性计算结果无法准确找出相应的配电系统故障，为了解决这一问题，相关的研究人员对这一方法进行了如下的改进。

对于那些带有子馈线的复杂配电系统而言，可以利用全新的分层结构的等值算法来进行可靠性评估。这种方法的原理是通过数据结构算法思想的引进，并从现实配电系统拓扑结构出发，将整个配电系统按照设备和分支馈线进行分类，将其分为节点和线路两种集合元件。随后，通过分层结构的方式来对整个配电系统的拓扑关系进行描述。最后，利用宽度有限搜索法对上述的集合元件进行分层搜索，并在这一过程中对各种可靠性指标进行计算，并最终完成整个配电系统可靠性评估。这种方法可以将设备之间的拓扑关系描述进行有效的简化，对于那些子馈线和设备数量较多的配电系统可靠性评估有着明显的作用。

2.4 其它改进方法

随着对配电网可靠件研究的深入，提出了一些较为实用的可靠性评估方法。采用FMEA结合网络等值的原理对带有分支子馈线的复杂配电系统进行了可靠性评估，该算法避免了FMEA法评估带分支馈线的配电系统所带来的复杂性，极大地提高了计算效率。还有学者提出了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法。该改进方法简化了计算，提高了评估效率。

牛东晓等将物元分析方法应用到电力系统来解决电力系统的问题，运用物元的发散性思维。对配电系统的可靠性进行评价，是一种新的尝试。

张鹏等提出将区间数学思想引入可靠性评估。以对大量不确定信息加以科学的处理。在此的基础上，又建立了配电系统区间可靠性分析模型，提出了配电系统区间可靠性评估的实用算法。首次提出大规模配电系统区间可靠性分析方法。

陶鹏等提出以GIS作为数据和管理的开发平台，使系统具备了更高的灵活性，方便了配电网供电叮靠性评估结果的分析和管理，也符合目前在配电网管理中各系统相互融合与实现信息共享的趋势。

总之，现有的配电系统可靠性评估算法基本上都是在故障模式与后果分析法基础上进行改进，考虑了断路器、分段开关、隔离开关、联络开关以及运行模式的影响，并且加入了元件故障时的潮流计算，能够实现大规模配电系统的叮靠性评估。神经网络法等各种智能算法的引入，有利于促进配电系统可靠性研究的进一步发展。随着配电网自动化的进一步发展，实现在配电网重构基础上的配电系统可靠性动态评估需要进一步的深入研究。

[1]李翔，配电系统可靠性评估方法综述，四川水力发电，2011，30（5)

[2]范明天，基于可靠性的配电网规划思路和方法讲座五配电系统可靠性评估方法，供用电，2011，28（5)

[3]李月英，配电系统可靠性评估方法综述，科技信息，2010（27)