配电网可靠性评估的网络等值法模型研究

聂丁楠，张俊财

（内蒙古电力（集团）有限公司鄂尔多斯电业局，内蒙古 鄂尔多斯 017010）

在我国的电力系统发展过程中一直注重发电输电这两方面，而配电网可靠性的评估是近几年来才慢慢出现在大众的视野中。配电网同发电和输电一样在电力系统中都有着很重要的作用。我国的大部分停电事故发生的原因都是由于配电系统出现问题导致的，由于配电系统本身存在的特点因此在对配电网的可靠性进行评估时所使用的方法较发电以及输电系统的评估方法有着很大的差异。针对配电网可靠性进行评估的时候虽然有着很多的评估方法，但运用网络等值法进行评估可以将评估的过程简化且评估结果也是十分准确。对于简单的配电网可靠性评估时候网络等值法有着很好的实用性，对于结构复杂的配电网也可以将其简化后再进行评估。在进行评估时候可结合配电网的实际情况建立网络等值法模型对配电网的可靠性进行分析评估。

1 配电网可靠性评估方法分析

配电网可靠性的评估方法有很多种，对于不同的方法有着不同的特点。有的评估方法在运用的时候十分简便快捷，但有些方法实施起来就很麻烦所计算的出的信息也存在着一定的偏差。

1.1 传统的故障模式后果分析法（FMFA）

这种方法主要是针对配电系统中所可能出现的故障事件以及相关元件结构失效的情况进行分析，通过事件发生时对负荷点所造成的影响分析进而找出系统故障的模式集合，然后基于该模式上得出负荷点的可靠性。这种较于传统的故障模式后果分析法只适用于针对简单的配电结构系统，对于带有分支馈线的复杂结构配电网来说并不适用。由于复杂结构的配电系统所存在的故障模式过于繁杂，使用该方法时存在着一定的困难使得评估过程过长。

1.2 故障遍历算法

这种方法能够很好的适应配电网的结构变化，在复杂结构的配电网中也能快速的对可靠性进行评估。这种方法采用图论中的广度优先搜索，对于电源到负荷点的最小路集进行优先搜索。通过这种方法找出发生故障的断路器和熔断器、隔离开关发生故障时的隔离范围及负荷点所发生的故障类型等，并依据负荷点发生的故障类型来计算得出配电系统的可靠性指标。这种方法在对结构复杂的配电系统进行评估时是一种十分实用的可靠性评估方法之一。

1.3 网络等值法

这种方法隶属于解析法，使用这种方法对配电网可靠性进行评估时候是运用较多的方法之一，不仅仅因为这种方法能够将评估过程简便化，还可以精确的得出评估结果。这种方法的实施原理则是将部分的配电网络系统替换成一个等效的元件结构，进而将那些结构复杂的配电网系统一步步简化，再运用简单的辐射网计算系统得出可靠性指标进行可靠性评估，这种等效机理的方法对于配电网的评估有着很强的适应性。

2 网络等值法模型

配电网一般是由主馈线和分支馈线所组成，网络等值法能够很好的将复杂结构的配电系统简化成简单结构的配电网进而简化计算评估步骤。在使用网络等值法进行评估时，我们第一步需要将配电系统中有的馈线数进行网路分层，确保配电系统中的每条馈线与其连接着的元件同处于一层之中，如图1所示中的E1和E2。

图1 配电系统示意图

网络等值法就是将每个网络分层等效成为一条条分支线路，在网路分层中每个层都有着对应的一条等效分支线路，等效成分支线路一般是从最后的一个网络分层开始的然后慢慢的向上一层进行等效由此类推最终将复杂结构的配电系统简化，如图2。

图2 配电系统简化示意图

在对每一个网络分层进行等效后，就可以对简单结构的配电网进行可靠性评估了。

3 对结构简单的配电网应用网络等值法进行评估

结构简单的配电网系统在对配电网可靠性进行评估时有着很重要的作用，因为这是对结构复杂的配电网进行研究的基础。这种配电系统的负荷点主要沿途分布在馈线的两旁。常见的简单配电系统结构图如图3所示。

图3 简单配电系统结构图

如图所示1号虚线框所表示的就时负荷点支路，2号虚线框则是分段线路开关，N/O则是连接线路的联络开关，而断路器一般安置在电源的附近。这就是部分简单配电系统的结构图，该种配电系统常常是由断路器、若干个干段主馈线、若干个负荷支路、若干个分段线路开关及联络开关等所构成。在对可靠性的评估时则是选择将断路器、分段开关、各个馈线等看作一个元件节点。如果在进行这一步的时候把负荷之路也当作以一个元件节点的话，那么对该配电系统进行可靠性评估时，完全可将图1所示的结构图等效转为图2所示的等效图。结合图1以及图2可以很简便的看出每个元件节点都一一相连代表着连接关系，在等效图中并看不出相应节点的属性。

图4 简单配电系统等效图

该等效图可以看作是由n个元件节点所组成，在第n个元件节点之前的各个元件节点的集合都是{断路器、各个馈线、负荷节点、分段线路开关}构成，第n个元件节点则是联络开关。虽然从图二中看不出相应元件节点的属性，但是不同的节点有着不一样的属性如：断路器的节点属性{故障率；修复时间；可断开线路的概率}，各个主馈线的节点属性{故障率；修复时间}，负荷支路的节点属性{等效故障率；等效修复时间}，分段线路开关的节点属性{操作时间；故障率}，联络开关的节点属性{联络开关倒闸时间}，一般来说来联络开关的倒闸时间大于分段线路开关的操作时间。简单配电系统可靠性指标时候需要通过下列的式子进行计算来得出：

N（分支馈线节点数）

式中，j为负荷之路对应的节点；Lj为负荷点（j）的故障率；

Rj为故障修复时间；Uj为年停电时间；Ln′为对应着图2中第n个节点的等效故障率；rjn为求第j个节点时第n个节点的停运时间。

依据这个公式得出负荷点相应的故障率、故障修复时间以及年停电时间后就可以的出简单配电系统的可靠性指标。

4 对结构复杂的配电网可靠性应用网络等值法进行计算评估

运用网络等值法将复杂结构的配电系统等效成简单结构的配电网能够很快速准确地得出配电网可靠性地指标。在对复杂结构的配电系统的可靠性进行计算评估可根据下列式子来计算：

式中，λi′为主线路上串联节点i发生故障对节点k产生影响的等效故障率；λkl为节点k所在支路的线路发生故障的等效故障率；λkt为节点k所在支路的配电变压器发生故障的等效故障率；rik为节点i发生故障导致节点k停电的时间；rkl为节点k所在支路上线路的修复时间；rkt为节点k所在支路上配电变压器的等效修复时间。

其中k与上述中的n是同一个数值，对rkt的取值和变压器有着一定的关联，如果节点所处的支路不配有变压器那么rkt的取值就等于变压器所需的修复时间，若设有变压器则等于切换到备用变压器所消耗的时间。

根据式（1）～（3），可得出串联在分支馈线的等效元件的可靠性参数，且串联在下级线路的起始节点也是用这些参数所表示、电源则用上级的馈线表示。这样一个简单结构的配电网就形成了，形成后就可按照简单结构的配电网对负荷点的可靠性指标进行计算的得出。

5 影响配电网可靠性评估的问题及改进措施

5.1 存在的问题

（1）线路问题是影响配电网可靠性的重要原因之一，在线路的布置时最常见的线路问题是：单辐射线存在的问题、线路架空的问题。当单辐射线发生故障事件时会影响到用户的用电，不能提供用户用电且停电时间很长。线路架空的问题则会被自然因素影响从而导致线路停电。（2）设备问题。设备问题能够直接影响到配电网的可靠性，设备出现的问题常见的就是：设备老化、损坏故障等，这一系列的问题会使得配电网的安全性、可靠性等直线下滑。（3）人为影响。人为导致的问题一般是因为外力破坏致使设备及线路受到一定的损坏，人为导致配电网可靠性降低的原因有：盗窃电源、施工压力过大等。

5.2 改进措施

（1）对电网的网架结构进行完善。在对网架结构的完善时候可使用10kv的出线来提高线路的环网率，减少因维修或施工导致的停电现象提高配电网的可靠性。在线路中添加联络开关已经分段开关，可以对停电的范围进行很精确地控制使得配电网的可靠性得到保障。（2）对设备和线路进行优化升级。改造线路过载能够降低设备和线路的所受到的影响，保护配电网的安全性，缩小停电范围这样就不会导致所有居民停电。（3）完善电网的基础设施。线路老化的问题是电网中最常见的故障问题之一，对于该问题电网公司在这方面的投入需要加大改进线路老化的问题，减少停电事故的发生。电网公司在配电系统中增加漏电保护器的装置，这样也能很好的减少漏电事故，从根本上解决安全事故的发生。

6 结语

针对配电网的可靠性评估只需要使用合适的方法并保证实用性高，那么配电网的可靠性评估就能很快速很准确。关于复杂结构的配电系统可靠性的评估，通过网络等值法进行简化成简单结构的配电网就可以计算出负荷点的可靠性指标然后再进一步进行评估。用网络等值法模型对各种配电网系统的可靠性进行评估可以减少相应的计算量保证准确性。现如今处于科技信息化时代，在对配电网可靠性进行评估时可以利用先进的数据库、计算机、编程语言等方法。