配网自动化建设对供电可靠性的影响

赵 健，孙颢一

（1.国网江苏省电力有限公司盐城市大丰区供电分公司，江苏盐城 224100；2.国网辽宁省电力有限公司抚顺供电公司，辽宁抚顺 113000）

1 配网自动化建设对供电可靠性影响的综合评估方法与设计

1.1 可靠性综合评估模型

1.1.1 配电网模型

在配电网内，所引入、投放的元件多数属于可修复元件。元件处于正常运行状态，在发生故障后转入检修状态，依托一段时间的检修恢复至正常运行。元件可靠度为元件在0至t时刻运行期间发生故障的概率，其与元件在t时刻前正常且在t时刻后发生故障的概率间存在的关系可以使用下式表达：

式中，h（t）为元件在t时刻前正常且在t时刻后发生故障的概率，R（t）为元件可靠度使用元件在0至t时刻运行期间发生故障的概率。

假设h（t）为λ且为常数，进一步对R（t）与λ间的关系进行推导，可以使用下式进行表达：

式中，e为自然对数的底数。

t时刻后元件故障被修复的概率即为修复率；元件在0至t时刻发生故障并得到修复的概率即为修复概率。假设修复率为常数且等于μ，则有：

式中，G（t）为元件在0至t时刻发生故障并得到修复的概率。计算平均修复时间的公式为：

出于对提升配电网可靠性分析容易程度的考量，在本研究中落实了对模型的简化。在此过程中，针对“分区”的概念做出如下界定：开关与负荷点的集合为一个分区，在一个分区内，仅包含单个开关。在区域内开关发生故障的条件下，相应区域的负荷会转入失电状态，产生故障问题。在故障得到修复处理后，开关中心合闸，促使分区内的负荷恢复至正常供电状态。在各个分区中，负荷停电时间保持一致。基于此，可将本研究选定的配电网自动化模型划分为6个单元。针对选定的配电网结构实施仿真处理，参考无备用式供电线路的特点及网络结构，对馈线内的各负荷节点实施编号处理。结合不同线路的型号及其与其他线路特性间的差异，对各线路的连接点设定为节点。

1.1.2 故障模式影响分析图的建立

针对各元件故障后的系统实施分区处理，如图1所示，并在此基础上落实对负荷点所在区域的确定，提取、保存相应数据信息，为后续系统可靠性分析的展开提供支持。

图1 配电网单元划分示例

1.2 可靠性综合评估模式

1.2.1 就地控制模式

在重合器及分段器的作用下，通过对就地控制模式的应用，配电网能自动完成故障隔离。实际的故障隔离动作期间，重合器的首次重合时间约为15 s，再次重合时间约为5 s，若是发生的故障问题属于永久性故障，那么重合器不会进行第二次重合，避免对设备产生更为严重的冲击。基于就地控制模式的配电网中，投放的分段器为3个，设定的X时限整定为6 s或是12 s完成整定；Y时间均为5 s。

1.2.2 集中控制模式

在断路器的作用下，通过对集中控制模式的应用，配电网能自动完成故障隔离。实际的故障隔离动作期间，当某区发生故障问题后，设备会自动展开信号采集并向主站端传输，由主站软件第一时间对相应信号与数据实施自动化分析，并结合相关算法完成故障定位；直接落实对隔离故障指令的下达，控制对应区域的断路器分闸，然后再恢复正常供电。

2 配网自动化建设对供电可靠性影响的综合评估算例分析

2.1 基本参数

以前文所述的系统为例，设定系统内各条馈线的出口开关元件为重合器、其他开关元件为分段器；设定7 s 为相邻分段器的动作时延；设定5 s 为分段器的Y时限。针对无配网自动化、就地控制模式、集中控制模式这3种模式下配电网的可靠性展开分析。不同模式对应的可靠性指标设定如下：无配网自动化模式，故障隔离期间，故障定位用时2 h，开关动作用时20 min；平均故障修复时间为6 h；送电时间为20 min。就地控制模式，故障隔离期间，故障定位用时2 min，开关动作用时5 min；平均故障修复时间为5 h；送电时间为20 min。集中控制模式，故障隔离期间，故障定位用时10s，开关动作用时9 s；平均故障修复时间为5 h；送电时间为8 s。

利用OpenDSS 平台完成算法编程，设定10 000a为模拟时间，对表1内各模式下的可靠性指标进行。

表1 基于无配网自动化模式的系统可靠性指标

2.2 综合性评估流程

本研究中设计并使用的可靠性评估流程如图2所示。可靠性分析期间，落实对仿真时间的录入，并模拟时钟初始化为0；产生多个随机且服从[0，1]，计算元件的无故障运行时间；计算无故障运行时间；记录该元件故障的各种可靠性指标；判断时间是否小于设定年限，如果判断结果为大于设定年限，则直接返回第二步计算元件的无故障运行时间的这一操作；如果判断结果为小于设定年限，则统计模拟时间内相应的负荷点停电频率、停电时间、缺少供电量等指标。

图2 可靠性评估流程

2.3 可靠性仿真结果

系统可靠性指标见表1、表2、表3。SAIFI 为单位时间内每一个由系统供电用户的平均停电次数设定；CAIDI 为单位时间用户平均每次停电的时间设定；MAIFI 为系统的短时停电频率设定；MAIDI 为用户每次短时停电所持续的时间设定；SAIDI 为单位时间内每个由系统供电的用户的平均停电持续时间设定；ENS 为系统中停电负荷的总停电量设定；ASAI 为单位时间内用户实际获得供电的时间与要求获得供电的时间之比设定。

表2 基于就地控制模式的系统可靠性指标

表3 基于集中控制模式的系统可靠性指标

结合上述分析结果，可明确：

（1）就地控制模式、集中控制模式这两种配网自动化控制模式，相比于无配网自动化模式来说，长时间停电频率均发生明显变化，表现出大幅降低的变化趋势；对于长时间停电频率而言，这两种控制模式所产生的影响（显现出的改善程度）基本一致；从整个系统的角度来看，依托配网自动化建设，能促使长时间停电频率降低61%左右。

（2）结合前文的分析结果能明确在馈线分段数量增加的条件下，配网自动化建设对于长时间停电频率的降低程度愈加明显。

（3）用户平均停电持续时间表现出增长的变化趋势，造成这一结果的主要原因在于配网自动化涵盖着修复故障的时间，因此对应的时长也就有所增加。相比于集中控制模式而言，就地控制模式下的用户平均停电持续时间更大，能高出约0.5 h。

（4）从整个系统的角度来看，依托配网自动化建设，会对系统每年的停电时间指标产生一定程度的影响，相比于无配网自动化模式来说，均会使得平均长时停电持续时间有所增加，其中，在就地控制模式下，平均长时停电持续时间相比无配网自动化模式会增加52.1%左右；在集中控制模式下，平均长时停电持续时间相比无配网自动化模式会增加43.2%左右。系统缺供电量、系统供电可靠率与平均长时停电持续时间的优化水平表现出了正相关的变化趋势。

3 结束语

依托配网自动化建设，能促使配电网的长时间停电频率降低；在馈线分段数量增加的条件下，配网自动化建设对于长时间停电频率的降低程度愈加明显；配网自动化建设使得用户平均停电持续时间增长，相比于集中控制模式而言，就地控制模式下的用户平均停电持续时间更大；依托配网自动化建设，能促使系统短时停电频率有所增加，平均长时停电持续时间也有所增大；通过组织展开配网自动化建设，能使得整个电力系统的总体停电时长得到有效减小，从而促使相应电力系统的运行可靠性、配网供电可靠性提高。