基于CESS 软件的配电网可靠性分析研究

韩 俊，袁 栋，谢珍建，陈 磊，吴茂刚

（1.国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏南京 210000；2.国网江苏省电力有限公司，江苏南京 210000；3.国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司，江苏扬州 225000；4.国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，江苏连云港 222002）

随着经济社会的发展，用户对电能质量与可靠性的要求日益增加。在新时代战略体系下，以客户为中心，提高供电可靠性与服务水平是电网公司的核心发展理念[1-3]。

配电网接线模式与供电可靠性紧密相关[4-6]，配电网规划技术导则中明确给出了中压配电网的标准接线模式。在电网建设过程中由于受到自然环境和政策环境等因素的影响，配电网发展出了多样化的接线模式[7-9]。不同接线模式的可靠性不同，同时配电网的物理结构、电气特征也影响其供电可靠性[10-16]。因此，文中分析配电网典型接线模式，并研究不同电气特征参数及不同接线模式对配电网接线模式的影响[17-19]。

1 配电网典型接线模式分析

1.1 单辐射接线方式

单辐射接线方式是配电网传统的接线方式，如图1 所示。其具有结构简单、线路利用率高的优点，但其可靠性较低，适用于农村地区供电场景，用以解决偏远地区的用电问题。根据线路的类型，单辐射接线方式又可划分为架空单辐射与电缆单辐射。

图1 单辐射接线示意图

1.2 环网接线方式

环网接线方式包括电缆单环网与电缆双环网，如图2 所示。单环网接线方式接线结构简单且能够满足N-1 安全准则，供电可靠性高，但线路利用率较低。双环网接线方式在具备单环网接线方式优点的同时，能够较大幅度提高线路利用率。

1.3 N供一备

N供一备接线方式通过N条线路正常运行，1 条线路作为备用电源，能够满足N-1 安全准则，且供电可靠性较高，同时线路利用率为1/N。随着正常运行线路数N的增加，线路利用率逐渐增加。当N=3 时，线路利用率为75%。但N供一备受负荷地理位置与分布情况的影响较大，在负荷分布不均匀时，线路线损率较高，如图3 所示。

图2 环网接线示意图

图3 N供1备接线示意图

1.4 架空多分段适度联络

多分段适度联络接线方式一般通过分段开关的方式将线路分为若干段，并采用联络开关将线路与外部电源相结合。其中，多分段双联络又包括“工”字型组别和“井”字型组别。多分段适度联络接线示意图如图4～6 所示。

图4 多分段单联络接线示意图

2 基于CESS软件的配电网可靠性评估

2.1 可靠性计算方法

图5 多分段双联络接线示意图

图6 多分段三联络接线示意图

若单个电力设施发生了故障，首先，需要计算该电力设施发生故障后断路器跳闸、故障隔离与恢复供电的全过程，并逐一确定各负荷点的故障停电率及故障引起的停电时间。其计算方式如式（1）所示。

其中，Ml为电网发生故障后引起负荷点l停电所影响的全部电力设施集合；λj为受影响电力设施集合中第j个设施的故障停运率；λl为负荷点l的故障停电率。

式（2）中，rj为设施集合中第j个设施的故障修复时间；ul为负荷点l的故障停电时间。

系统平均停电时间期望如式（3）所示。

式中，SAIDI为系统平均停电时间期望；nl为负荷点l的用户数，L为线路的负荷点集合。

进一步计算系统供电可靠性，如式（4）所示。

式中，ASAI为系统的供电可靠率。

2.2 CESS软件可靠性评估模块

供电网络计算分析与辅助决策软件（CESS）是一款智能化、使用方便、功能全面的电力行业仿真软件，其具备潮流计算、线损分析、电网规划、可靠性分析等多种功能。CESS 的可靠性评估模块通过对元件的遍历分析，可进行大规模配网可靠性的快速评估，能够得到各负荷点与系统多样化的可靠性指标，用于辨识系统与重要用户的薄弱环节，并提出针对性的改善措施。文中采用CESS 软件进行配电网可靠性分析，以分析线路长度、线路分段数、用户分布情况、自动化水平、负载率等电气特征参数对不同接线模式可靠性的影响。分析方法流程如图7 所示。

图7 基于CESS软件的配电网可靠性分析流程

3 配电网可靠性分析算例

为了分析线路分段数、用户分布情况、自动化水平、线路负载率等电气特征因素对不同接线模式可靠性的影响，文中采用单一因素变化方法进行分析，即在典型场景基础上每次改变单个因素，并研究该因素变化对配电网可靠性的影响。典型场景下10 kV 线路的电气特征因素取值如表1 所示。

表1 典型场景下电气特征因素取值

3.1 线路长度对可靠性的影响分析

在典型场景基础上，改变线路长度，采用上述基于CEES 软件可靠性评估方法进行计算，分析线路长度对可靠性的影响。计算结果如图8 所示。

图8 线路长度对可靠性的影响

由图8 可知，随着线路长度的增加，不同接线模式的可靠性逐渐降低。线路长度对多分段适度联络、单辐射接线方式的影响较大，尤其是对于架空单辐射接线方式，可靠性由3 km 的99.986下降到40 km的99.517。线路长度对于双环网、单环网、N供1 备接线方式的可靠性影响较小，这是因为其故障率主要取决于环网设备。

3.2 线路分段对可靠性的影响分析

线路分段对可靠性的影响，如图9 所示。

图9 线路分段对可靠性的影响

由图9 可知，随着线路分段的增加，不同接线模式的可靠性均有所增大。线路分段数对于双环网、单环网、N供1 备接线方式的可靠性影响较小，但线路分段数对于多分段适度联络、单辐射接线方式的影响较大。这是由于随着线路分段的增加，线路故障时停电范围将缩小，即受到影响的用户数减少，所以呈现出随着线路分段的增加，不同接线模式的可靠性均有所增大的情况。

3.3 用户分布对可靠性的影响分析

用户分布对可靠性的影响，如图10 所示。

图10 用户分布对可靠性的影响

由图10 可知，典型场景中用户分布对单辐射线路影响较大，负荷集中前段时可靠性最高，集中后端时可靠性最低。这是因为负荷越集中于线路后端，当发生故障时，受影响的用户数越多，可靠性越低。用户分布对单辐射以外的其他接线模式可靠性影响较低，是由于当线路发生故障时，线路整体或者分段满足可转供。因此，线路负荷分布对单辐射以外的所有接线模式可靠性影响较低。

3.4 自动化水平对可靠性的影响分析

自动化水平对可靠性的提升情况如图11所示。

图11 自动化水平对可靠性的提升

由图11 可知，自动化水平的全覆盖对不同接线模式可靠性均有提升效果，对多分段三联络、多分段两联络“工”字型组别、多分段两联络“井”字型组别、多分段单联络的可靠性提升值为0.003 3，对双环网、单环网、N供1 备、单射架空的可靠性提升值为0.002 5，对单辐射架空可靠性提升值为0.286。这是因为配网自动化可以在较大程度上提高故障定位、隔离与恢复时间，因此，具备配网自动化接线模式供电的可靠性较高。

3.5 负载率对可靠性的影响分析

负载率对可靠性的影响如图12 所示。

图12 负载率对可靠性的影响

由图12 可知，负载率对N供1 备、多分段两联络“井”字型组别、单辐射接线方式的可靠性无影响。

4 结论

文中研究了各种配电网接线模式的典型结构，并分析配电网可靠性的计算原理，且开展了配电网可靠性对比分析研究。结果表明，单环网、双环网与N供1 备接线模式具有较高的可靠性，随着线路长度、负载率的增加，配电网的可靠性也随之增加。随着线路分段数的增加、自动化水平的提升，配电网的可靠性也随之提升。负荷越集中于线路前段时，配电网的可靠性越高。但线路分段数的增加也会提高配电网建设成本与运行复杂度，因此，配电网应根据实际线路需求选择合理的接线方式。