基于模拟法的县级电网可靠性优化方法

代植成*

(国网成都新津县供电公司 电力调度控制中心，成都 611430)

供电可靠性与供电安全性分别从运行指标和规划标准2个方面描述了电网连续供电的能力。从宏观调控角度来看，可靠性能反映电力工业对国民经济电能需要的适应程度。具体地说，它是反映电力网用户对用电的满意度。目前，电力部门的可靠性分析主要是通过人工数据统计，再结合运行工作经验来进行研究，缺乏优化理论算法分析。本文将模拟法这种优化方法引入到实际电网中，并且验证该方法的实用性。

1 电力系统可靠性指标的说明

1.1 供电可靠性指标

配电网的连续供电能力，要靠系统化的指标体系来衡量。配电网的技术指标可分为3类:1)基础指标，包括人均用电量、负荷需求和密度、三次产业和居民生活的用电比例及供电规模等。2)可预先设置的指标，包括供电安全性、容载比、网络结构、变电站接线方式、短路水平等，其中容载比可以保证电网的容量裕度，网络结构和变电站接线方式可以保证网络的转供能力。3)运行后的统计指标，包括供电可靠性、电压合格率、线损率等。

进行配电网规划时，通常只能明确给出一些基础指标和可预先设定的技术指标，而运行后的统计指标是否能够达到要求，需要通过全面的运行过程控制来检验。

1.2 优化指标

配电系统在供电方面的可靠性评估系统中涵盖了负荷点可靠性、用户可靠性以及遭遇停电影响的用户可靠性等3方面的指标。

在评估优化的过程中，需重点考虑以下因素:1)目标配电网络的整体构成，即设备组合形态，如电气接线图、用户量以及各负荷点的实际负荷状况;2)配电系统主、支线路设备在供电方面的可靠性参数，其中涵盖了设备故障产生概率以及修复时所耗时长;3)在评估系统故障情况的过程中，有时可能需要分析较为复杂的潮流计算，该运算需要建立在相关基础数据之上;4)附加数据，如检修计划中会用到的数据、负荷值以及运行方式变动的数据等。

图1 辐射型配电系统的最小路方式

2 供电可靠性的优化方法

本文利用模拟仿真算法解决一个实际县级电网的可靠性分析。从数学的角度来讲，将2个节点连结在一体的全部弧的合集即为该2点的路径。若剔除其中一条弧，就会使路径断开，则该条弧为2节点下的最小路。分析系统自身的可靠性时，关键是重视输出与输入2个节点之间的最小路，如图1所示。按照上述定义，A与B点间共有8条最小路:1—2—3，1—2—8—4，l—7—5—4，1—7—5—8—3，6—5—4，6—5—8—3，6—7—2—8—4，6—7—2—3。任意最小路中出现线路中断，那么整条最小路则都将处于断开状态之下。所以，配电系统若为辐射型，那么一般情况下，一个负荷点仅能通过一条最小路到达电源点;若为环形型，且电源不唯一时，那么一个负荷点则可通过若干最小路抵达电源点。同时，采取最小路方式对配电系统供电方面的可靠程度进行评价时，要注意最小路中所存在的会对此负荷点产生作用的设备，应把它当成节点元件纳入最小路之中。

进行优化指标运算前，要确定电网停运模式是电网不全停、特定及全部用户变不停这三类中的哪一类，并输入相关参数。用Matlab编写程序，并输入变压器、断路器以及线路等方面的参数，包括停电概率及时长，计划检修率及时长等。其计算思路为:按照设备性质对其故障种类进行随机模拟，针对所有预测的故障来计算相应的停电区间，接着获取到产生停电的故障事件表，以此来计算配电系统自身的可靠性。

第1步:求原始数据的初值像，将变压器、断路器、线路数据停电概率、计划检修线路和各相关因素数据化为无量纲数据。计算公式为:xi(1)d1=xi(1)/xi(1)，其中:i=1，2，...，8;d1为初值化算子。

图2 算法流程图

第2步:将负相关因素x5、x6、x7的初值，通过算子优化作用，转化为正相关因素。计算公式为:xi(k)d2=1/xi(k)，其中:i=1，2，...，8;k=1，2，...，7;d2为倒数化算子。

第3步:求出各相关因素的关联度。

3 优化算法

3.1 优化算法流程

优化算法流程图如图2所示。

3.2 优化实例验证

四川某县位于成都平原地区，属于天府新区中的重要位置，地理区域优势明显。所辖范围有220 kV变电站3座，110 kV变电站6座，110 kV主变容量为54.15万kVA。10 kV配网线路有86条，均可实现调控中心远程操作。通过将该地区电网基础数据输入模拟系统，该地区电网可靠性参数如表1所示。

表1 配网线路可靠性参数

该地区各负荷点经过优化计算后的可靠性数据如表2所示，其中:λ为负荷点的故障率;γ为负荷点每次故障平均时间:U为负荷点年平均停电时间。

表2 各负荷点的可靠性指标

通过上述的分析，笔者认为，提高供电可靠性可以从以下几点入手:

1)供电企业应重视设备的可靠性，根据该地区电网结构的实际情况，针对设备可靠性缺陷及隐患提出改进方法和建议。

2)硬件方面应提高配网供电能力。110 kV及以上的网架尽量满足N-1可靠性准则，10 kV配网设置开闭所，使多数线路构成“手拉手”环网结构，并在10 kV线路上加装分段断路器。

3)供电公司应严格控制重复停电，合理安排工作，减少用户的停电时间和停电次数，在条件允许时，开展带电作业工作。

4)供电公司应科学地进行配网线路的可靠性分析。

4 结语

本文运用了模拟法对四川省一个县级地区的配网可靠性进行评估计算分析，通过建立合理的数学模型，将复杂配电网络简化，使用Matlab软件按照要求编程，去除一些不必要的条件。数据仿真的可靠性结果与实际电网相符，说明了该方法的可行性。模型及算法分析了负荷点对整个系统可靠性的贡献，说明了该地区电网的薄弱环节，反映了可靠性低的线路对整个地区配电网的影响，为配电网的改进提供参考。

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