配电网规划中的简化与可靠性评价算法

石庆红

摘 要：配电网的可靠性直接关系着电力系统的运行效果，关系着电力用户的用电体验，是电力企业必须关注的重点问题。本文从可靠性角度对配电网进行了适当的简化，然后结合可靠性评价算法，对影响配网规划可靠性的各种因素进行了分析，希望能够为配网的规划设计提供一些参考。

关键词：配电网规划；简化；可靠性；评价算法

中图分类号：TM744 文献标识码：A

在电力系统运行中，有相当一部分停电事故都是由于配网问题引发的，配网的可靠性是评价电力企业经营管理水平的一个重要指标，因此，立足配网规划的实际，提出具备良好适用性的可靠性评估算法，对于配网的运行管理而言意义重大，必须得到足够的重视。

1.配电网规划中的简化

在配电网规划环节，做好可靠性评价，可以及时发现其中存在的不足和缺陷，引导电力企业及时对网架结构进行改善，保证配网建设的质量，提升其运行效果。不过，考虑到配网规划过程中存在着结构不清、信息不全等问题，需要首先对其进行适当地简化，然后在此基础上进行可靠性评价，能够有效减少计算的烦琐性，提高计算速度。

在传统配网中，可靠性评价需要针对电网中的各种元件进行相应的故障枚举，元件的数量越多，涉及的计算数据也就越多，计算也就越烦琐。对此，可以通过整合配网元件的方式，减少枚举数量，加快测算速度。这里主要针对架空线路的简化进行分析，如图1所示。

与电缆网相比，架空线路本身将架空开关作为了简化的判别点，在图中，矩形虚线框架表示可以进行简化组合的单元，以G2为例，各种元件设备和配变处于两个架空开关之间，无论是停电还是复电都是同时进行的，因此可以将其简化为一个单元，以减少网架数据的录入量。

2.配电网规划中的可靠性评价算法

2.1 可靠性指标

对于配网的可靠性评价，主要是立足已知配网设备的可靠性数据，结合设备之间的相互连接关系，推导出停电的概率指标，然后针对整个配网系统的综合可靠性指标，进行计算分析。比较关键的指标有两个，一是基本指标，包括年停运率λ（次/年）、平均停运时间r（小时/次）以及平均年停运时间U（小时/年），假设存在n个相互串联的元件，则有

二是系统指标，这里采用发达国家通用的平均值指标，对配网系统的可靠性进行评价，主要包括系统平均故障频率指标SAIFI（次/户.年）、系统平均供电可靠率指标RS（%）、系统平均停电持续时间指标SAIDI（小时/户.年）以及平均停电缺供电量AENS（kWh/户.年）。同样假定有m条馈线，则系统可靠性指标公式为

2.2 算法公式推导

考虑到规划电网本身的特殊性，在数据获取方面难度较大，因此可靠性评估中并不能得到非常详尽的馈线信息，对于这种情况，在进行各种设备合计馈线故障率、停运时间的分析时，采用的是规划阶段所能够提供的相关信息。

（1）相关符号及标记：为了方便理解，这里首先对下列公式中采用的一些符号的含义进行说明：出线断路器、线路、开关和配变分别以b、l、s、t来表示，x则泛指其中的某一类设备；Nxj表示馈线j上存在的x类型的设备的数量，如果x代表线路，则Nxj表示线路的长度，单位为km；可靠性评价中，基本的数据包括了x类型设备的故障率λxj，故障修复时间rxj，馈线故障隔离时间与断路器重合闸时间t1，馈线故障隔离时间与转供操作时间t2。

（2）故障率计算：设置在馈线上的各种设备，如断路器、分段开关等，一旦出现故障都会给馈线造成不同程度的影响，导致断路器跳闸乃至全线停电，需要对故障区域进行隔离以及倒闸操作后，才能够对部分区段恢复供电。一般来讲，配变本身设置有熔断保护，出现故障时并只会导致周边用户停电，而不会引发馈线的大面积停电。结合基本可靠性指标公式，可以得到馈线 j 的故障率计算公式

上述公式中，λji表示馈线j上第i段所有配网设备的故障率之和，Nji则表示馈线 j 第i 段上连接的用户数量。

（3）故障停运时间计算：在针对馈线 j 的故障停运时间进行计算时，必须充分考虑各个区段上的元件故障产生的影响，有

其中，U（x，ji）表示馈线上x类型的元件故障引起的第i区段的年停运时间。在针对配网线路或者馈线的故障停运时间进行计算时，一般会先将其简化为针对某种类型元件故障所引发的停运时间的计算，然后将影响累加，就可以得到最终结果。

一是断路器故障的停电时间，在馈线中，断路器一般设置在首端，一旦出现故障，就会导致全线停电。在馈线j上，存在有K个能够通过故障隔离和转供操作恢复供电的可转供段，其停电时间为t2，存在（Nnj-K）个必须等待故障修复完成后才能恢复供电的不可转供段，停电时间为断路器的修复时间rbj，则断路器故障引发的停电时间为

二是线路故障的停电时间，考虑到配网架构的差异性，对于故障停电时间的计算也有所不同。这里仍然以架空线路为例进行分析，如果馈线 j 第i 段出现故障，停电时间的差异性只体现在故障发生的区域，即发生在可转供段时，需要等到故障修复完成后才能恢复供电，停电时间就是故障的修复时间rlj，第i 段之后的（Nnj-i）个区段则需要通过故障隔离和转供来恢复供电，停电时间为t2，由此，线路故障停电时间的计算公式为

三是开关设备故障的停电时间，其在不同的配网结构中，同样存在着不同的计算方法。在架空线路中，开关设备故障导致馈线停电的时间计算公式为

四是配变故障的停电时间，之前也提到，配变中本身设置有熔断器作为保护，因此即使出现故障，也不会导致馈线的全线停电，停电仅仅是针对配变上挂接的用户。因此，不同于线路故障和开关设备故障，配变故障在电缆线路和架空线路中引发的馈线停电时间计算公式相同，为U（t，j）=Nj×λtj×ttj。

2.3 算法检验

结合实际例子，将本文提到的配电网规划简化及可靠性评价算法带入其中，检验实际效果。结果表明，本身提出的可靠性评价算法可以比较真实地反映出配网的可靠性指标，具备较好的实用性。同时，由于针对配网进行了简化，需要录入的数据信息更少，在大规模中压配网的可靠性评价中，耗时更短。

结语

结合上述分析，做好配电网的可靠性评价，是保证配网安全稳定运行的基础和前提，也是必须得到电力企业重视的关键问题。对于配网规划而言，没有缺乏足够的信息支持，可以对其进行适当简化，针对各种配网故障，分析其对于可靠性指标的影响，保证可靠性评估结果的准确性和实用性。如果对于计算结果的精度要求不高，该算法还能够针对现状电网的可靠性进行快速评估，而且由于对网络进行了简化，同时做出了针对各种设备的假设和评估，评估速度更快，计算效率也更高。

参考文献

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[2]张伟，刘苑红，韦涛，等.基于特征模式划分的配网可靠性评估[J].电力信息与通信技术，2016（5）：60-64.