王曉晶，張新燕

(新疆大學電氣工程學院，新疆烏魯木齊830049)

0 引言

配電網(wǎng)是向用戶供電的關鍵環(huán)節(jié)，提高供電可靠性的重點在于提高配電網(wǎng)的可靠性[1?5].通過實施自愈控制，實時預防和矯正電網(wǎng)運行參數(shù)是提高配電網(wǎng)供電可靠性的重要手段[6?8].在自愈控制策略的制定過程中，需要對配電網(wǎng)的可靠性進行評估，發(fā)現(xiàn)當前電網(wǎng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)并制定有針對性的自愈策略.隨著配電網(wǎng)運行狀態(tài)的變化，充分考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電源分布、開關狀態(tài)和負荷特性等因素，對配電網(wǎng)的可靠性進行實時評估具有重要的實際意義.

廣泛應用的配電網(wǎng)可靠性評估指標主要有平均停電頻率、平均停電時間等[9]，為了使可靠性評估指標能適應更多的評估需求，很多文獻提出了改進方法，文獻[10]針對含主電源和一個備用電源的配電網(wǎng)，提出基于逆流傳遞和順流歸并的可靠性指標模型；文獻[11]在配電網(wǎng)可靠性指標的計算中考慮了復雜轉(zhuǎn)供和預安排停電的影響；文獻[12]將元件故障率視為負荷的函數(shù)；文獻[13]在可靠性模型中考慮了天氣因素的影響；文獻[14]在輻射狀配電網(wǎng)的可靠性模型中計入電壓暫降和饋線功率約束.

以上研究具有一定的實用價值，但配電網(wǎng)自愈控制對可靠性評估的實時性要求較高，還需要結(jié)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及負荷特性變化快速跟蹤電網(wǎng)運行狀態(tài).針對以上需求，文章考慮多種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負荷特性的影響，提出相應的可靠性評估指標，并采用多模型的方法進行計算，為配電網(wǎng)自愈控制策略的制定提供參考依據(jù).

1 影響配電網(wǎng)供電可靠性的因素

配電網(wǎng)的供電可靠性是指配電網(wǎng)向用戶持續(xù)提供合格電能的能力.配電網(wǎng)是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)開環(huán)運行，對重要負荷采用多回路、并聯(lián)結(jié)構(gòu)來保證其正常供電.隨著分布式電源的并網(wǎng)運行，城市電力負荷具有了多電源供電方式，發(fā)揮分布式電源的靈活性，為重要負荷提供備用，能夠提高配電網(wǎng)的運行可靠性.配電網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和備用電源的分布都對供電可靠性帶來影響.通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)運行方式，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能使供電區(qū)域的整體可靠性達到最優(yōu).堅固、靈活的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是持續(xù)供電的有力支撐.故障發(fā)生后，備用電源和備用開關自動閉合能夠避免停電事件的發(fā)生，沒有備用的通過對負荷的合理轉(zhuǎn)供也能夠縮短停電時間.

配電網(wǎng)靠近用戶側(cè)，負荷的波動性對電網(wǎng)的影響較大，快速增長的負荷是需要關注的薄弱環(huán)節(jié).通過自愈控制及時調(diào)整配電網(wǎng)的運行方式，使負荷分布更合理，防止過載，從而提高供電可靠性.

負荷的大小和位置一定時，用戶對供電可靠性需求的差異將影響控制策略的制定.停電風險大、停電后果嚴重的用戶對供電可靠性的要求更高，應盡可能的對其保證不間斷供電，將這類負荷的重要程度定義為一級，負荷不大但重要程度極高或重要程度不高但負荷值很大的都屬于這類負荷；停電會帶來一定的經(jīng)濟損失，能承受短期停電的負荷對供電可靠性的要求中等，將這類負荷的重要程度定義為二級；停電損失小、能忍受較長時間停電的負荷對供電可靠性的要求較低，將這類負荷的重要程度定義為三級.在滿足一級負荷可靠供電的情況下，應盡可能多的滿足二級負荷的供電需求，最后滿足三級負荷的供電需求.

當網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、備用電源分布及負荷水平一定時，考慮開關狀態(tài)可以對當前配電網(wǎng)在故障發(fā)生后是否能保證持續(xù)供電進行估計，可分為以下幾種情況：

(1)有備用且聯(lián)絡開關閉合

這種情況下發(fā)生故障，備用電源將自動投切，不會引起負荷供電中斷.

(2)有備用但聯(lián)絡開關打開

這種情況下發(fā)生故障，負荷供電中斷，通過閉合聯(lián)絡開關使備用電源投入運行，負荷供電恢復，供電中斷時間是開關動作時間.

(3)無備用

這種情況下發(fā)生故障，負荷供電中斷，通過故障修復使供電恢復，供電中斷時間為故障修復時間.

通過以上分析可以看出，通過網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)優(yōu)化和配置備用能夠減少供電中斷、縮短停電時間，提高配電網(wǎng)的供電可靠性，再結(jié)合負荷的三類劃分，能夠為配電網(wǎng)自愈控制提供決策指導.

2 配電網(wǎng)可靠性的多模型評估指標

根據(jù)上述分析，配電網(wǎng)的持續(xù)供電會受到網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、電源分布、開關狀態(tài)、負荷類型與分布等因素的影響，建立如下形式的配電網(wǎng)可靠性評估指標

其中，Ui是第i個負荷的供電中斷時間，wi表示第i個負荷的重要程度等級，一、二、三類負荷的wi值分別取為3、2、1；ki表示第i個負荷節(jié)點的類型，分別用1、2、3來表示有備用且開關閉合、有備用但開關打開和無備用三種情況；Li是第i個負荷的值；Limax是第i個負荷的最大允許值；n是負荷總數(shù).

計算可靠性指標R的過程中，用負荷值與最大允許值Li/Limax表示第i個負荷的負載率.負荷值越小其負載率也越小，且小于1；當負荷接近額定值時，負載率接近于1；若負荷過載，則負載率大于1.

綜上所述，配電網(wǎng)的供電可靠性可視為支路功率與開關狀態(tài)的函數(shù)，進一步可轉(zhuǎn)換為負荷與開關狀態(tài)的函數(shù)，并可根據(jù)負載率計算可靠性評估指標的值.

3 基于多模型的可靠性評估指標

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，負荷水平較低時，可靠性保持較高水平，單位負荷變化量對可靠性的影響較小.負荷的快速增長將增大供電中斷的風險，從而導致可靠性下降，尤其是負載率較高接近滿載時，單位負荷增量引起的供電中斷風險將顯著增大[15,16].由此可見，負荷特性對供電可靠性產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在故障率的變化，且不是線性關系，而是隨著負荷特性的變化而變化.

為了描述負荷特性對可靠性的這種影響，根據(jù)負載率分為輕載、正常和重載三個負荷等級，并采用多模型方法針對三個負荷等級建立相適應的計算模型.多模型技術是根據(jù)被控對象結(jié)構(gòu)和參數(shù)的不確定性對被控對象建立多個模型，覆蓋其不確定性，對于每個采樣時刻基于多種性能指標，選擇描述當前被控對象的有效模型逼近系統(tǒng)的動態(tài)性能[17].也就是說，多模型技術是解決非線性、變工況、變參數(shù)等復雜問題的一種有效方法，可以將復雜的非線性問題分解為多個簡單的線性問題，每個線性問題選用最合適的模型，然后再將結(jié)果進行合成.

在評估指標R中，Ui的具體表達式為

其中，ri是故障后負荷i的停電持續(xù)時間.λi是負荷i的故障率，包括由網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)決定的故障率λ0i和負荷增長引起的故障率附加增量λ(Li)兩部分，即λi=λ0i+λ(Li)，輕載、正常和重載時，負荷變化對故障率的影響不同：

綜上所述，配電網(wǎng)可靠性的多模型評估指標表示為

圖1 配電網(wǎng)接線圖

4 算例分析

以圖1所示的典型配電網(wǎng)為例進行計算，來驗證本文提出的可靠性多模型評估指標的有效性.該算例中220 kV變電站有2座，110 kV和35 kV變電站各4座.計算中各參數(shù)的取值為：a=1，b=1，c=1.

分別選取該電網(wǎng)t1、t2時刻的實際運行數(shù)據(jù)進行可靠性評估，其中t1時刻的運行狀態(tài)如圖1所示，t2時刻的運行狀態(tài)是在圖1的基礎上閉合線路L3，斷開開關CB4，計算結(jié)果見表1.

由表1中可以看出，供電線路越長，線路末端負荷i的故障率λi和停電時間Ui也越大，但各負荷供電充裕度以及當前網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)保障的運行可靠性不同，評估指標Ri的值并不是線性增長關系.可以得出：

（1）長線路末端負荷的可靠性較低.通過增設備用電源、增加聯(lián)絡線可以改善負荷供電可靠性，如負荷H、J；

（2）重要程度相同，充裕度指標相近的負荷，越靠近線路末端其供電可靠性越低，如負荷C、G；

（3）線路末端的重要負荷可靠性較差，如負荷I，應避免將重要負荷布置在長線路末端.

比較t1、t2時刻的可靠性指標可知，當負荷的充裕度參數(shù)Li/Limax<0.5時，負荷增長帶來的可靠性評估指標增量較小，如負荷B、D；當Li/Limax>0.5時，負荷增長帶來的可靠性評估指標增量較大，如負荷M、X，且負荷值越接近額定值則該負荷的可靠性越低.

從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上看，t1時刻變10與變9串聯(lián)，R1=27.525 5，而在t2時刻變?yōu)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)，R2=23.709 0，整個配電網(wǎng)的運行可靠性提高了.也就是說，閉合線路L3、斷開開關CB4提高了配電網(wǎng)的運行可靠性.

5 結(jié)論

對配電網(wǎng)運行可靠性進行實時評估、了解當前運行狀況是實現(xiàn)配電網(wǎng)自愈控制的前提.文章分析了影響配電網(wǎng)運行可靠性的因素，建立了評估指標，并采用多模型方法進行計算以降低評估過程中的不確定性.實例證明該方法得出的配電網(wǎng)運行可靠性指標能夠反映不同運行狀況和負荷特性對可靠性的影響，可為自愈控制策略的制定提供依據(jù).