配电网可靠性规划及其评估方法的研究

杨梦璐+张逸凡

摘 要：长久以来，电网用户都对供电的可靠性有着很高的要求，而配电网作为最终将电能分配给用户的电力网，其地位非常重要。本文主要介绍了配电网可靠性评估的几种方法，并将贝叶斯理论引入配电网可靠性分析当中。结合算例，阐述对配电网可靠性计算过程并验证了贝叶斯理论运用的可行性。最后对提高配电网可靠性提出了规划措施。

关键字：配电网；可靠性评估；贝叶斯理论

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.193

可靠性是指所研究对象能保持其功能的时间[1]。配电网的可靠性分析是随着电力系统发展而发展起来的，在我们的历史数据中，大部分的停电事故由配电网引起。所以，对配电网进行仔细谨慎的规划，在解决可靠性问题中，占有着至关重要的地位。在我国的电力发展过程中，绝大部分的电网规划，都只是基于历史数据的简单预测。一旦供电质量或是可靠性降低，甚至引起中断，都会很大范围内的影响国民生活水平和社会发展。因此，在社会不断发展的今天，提高供电可靠性，将越来越多的受到重视。

1 配电网可靠性评估的方法

目前，有关配电网可靠性评估的方法有很多，按照传统的分类方式可将其归为三类：解析法、模拟法和人工智能算法。

（1）解析法：首先建立系统或子系统的可靠性数学模型，然后通过数值计算求解，得出可靠性指标。但随着配电网络的扩大，该类算法的计算量急剧上升，因此在解析法的基础上出现了很多改进优化算法[2]，如最小路法、网络简化等值法和故障扩散法等。（2）模拟法：主要指蒙特卡洛模拟法，其主要思想是首先找到故障元件影响的所有负荷点，建立各元件的工作，恢复历史数据表；然后根据各元件事件概率对所有元件状态进行抽样，通过对抽样结果的分析计算得到系统可靠性指标。（3）人工智能算法：是指通过效仿生物处理模式，获取智能信息处理功能，以便简化处理一些复杂的现象，如人工神经网络算法和模糊算法。传统的评估方法虽然能够对配电网可靠性水平量化评估，但是对于网络中薄弱环节识别的问题，却不能很好的解决。近年来将贝叶斯理论引入配电网的可靠性分析，在其中得到了广泛的应用。

2 贝叶斯理论在可靠性分析中的应用

2.1 贝叶斯理论简述

由于电力网络中的元件是相互连接的，因而不可能分清究竟是串联还是并联。在这种情况下，我们假设每个元件都与两个互斥事件相关。例如，元件X的正常运行同元件W正常运行或故障都有关系。

一个系统结构的可靠性框图如图1所示，在用贝叶斯理论计算网络结构的可靠性时，其模式如下：

如果事件A取决于两个互斥事件Bi和Bj，由于两个互斥事件中必然有一个发生，那么A发生的概率为

（1）

式中 P（A）—事件A发生的概率； P（Bi）—事件Bi发生的概率； P（Bj）—事件Bj发生的概率；

当具体讨论到由若干元件组成的系统时，其可靠性计算过程如下：

式中 RS—系统持续工作的概率，即系统的可靠度；

Ri—元件i正常工作的概率；

Qi—元件i故障的概率。

如图1所示，如果在可靠性框图中输入端与输出端之间只要有一条成功的路径，那么系统就可以正常工作。

由图1可知，系统成功运行的路径：A-B-G，A-C-F，D-C-F，D-E-F。

可选任一元件作为起始分析元件，如果选择元件C作为可靠性分析的起始元件。

此时，系统正常工作的概率（即可靠度）为：

Rs=P（）RC+P（）QC

①若给定元件C正常，则可以计算出此时系统正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）QA

=

②若給定元件C故障，系统正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）RA

=

RS=P（）RC+P（）QC

假设系统中所有元件都有相同的可靠度0.9，即RA=RB=RC=RD=RE=RF=RG=0.9 。那么经上述公式计算，系统的可靠性RS将为RS=0.960166。

2.2 算例分析

一个位于现场的热电联产发电机单元G1，通过一个工业电力系统网络向一个工业过程供电，如图2所示。工业电力系统元件的可靠性数据见表1。

我们可计算，在现有结构和数据下，该电力系统网络的可靠性。

首先，我们将系统分为以下四个模块。模块1：G1-QF1-T1-QF2；模块2：QF3-电缆1-QF4；模块3：QF5-电缆2-QF6；模块4：电缆3-QF7

那么，模块1的可靠性

=0.95×0.99×0.99×0.98=0.91247

同理，求出模块2，3，4的可靠性分别为

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99=0.98010

由于模块2和模块3是并联关系，即逻辑中的“或”，任意一个模块可运行，系统就可成功。所以，我们可计算出两个模块并联的可靠性。

=0.99912

最终，系统的可靠性（即可成功向负荷点供电的概率）

=0.89352

从此算例中，我们可以看出简单的网络进行可靠性分析的方法，配电网的组成十分复杂，计算量也会相应变大，但是原理相同，我们在计算时也要将其组成划分为一一对应的模块，再按照线路图考虑模块与模块间的关系，最终根据历史检修数据中的元件指标，计算出系统的可靠性数据。

3 提高配电网的可靠性措施

针对配电网，我们进行可靠性分析研究最终是希望能够降低系统发生故障的概率，也就是提升持续工作的概率。因此，需要分析可能影响配电网可靠性指标的各种因素。这样的指标根本上只有停电次数、停电时间和停电规模。而后者又主要同前两者有关。所以，每一个指标都集中于停电次数和停电时间这两方面。

详细来说，共有四个因素会使配电网的可靠性发生变化，分别是网络结构，自然环境，设备故障和计划停电。我们通过上述计算方法，结合我国历年来可靠性历史数据。分别讨论在不同的网络结构下，不同的检修计划安排下，配电网可靠性指标得波动情况。可知，为提高配网的可靠性，我们可以：

（1）选择颗粒的配网规化方案，或者改造优化配网结构是提高配电网可靠性最基础也是最关键的环节；（2）改变原有的检修方式，实施状态检修和带电作业，以达到缩短停电时间，减小停电规模的目的；（3）适当改变中性点接地方式，选择出最合适的，提高配网绝缘水平可以有效地降低设备的故障率，提高设备可靠度，从而改善配电网整体的可靠性；（4）改进和完善供电指标评价体系，有一个健全的可靠性管理体系也是提高可靠性工作的关键。

参考文献：

[1]何正友.2014配电网分析及应用[M].北京：科学出版社.

[2]周念成，谢开贵，周家启等.基于最短路的复杂配电网可靠性评估分块算法[J].电力系统自动化，2005，29（22）：39-44.

[3]邱敏生.2012.配电可靠性评估方法研究[D].广州：华南理工大学.