石慶松　吳常勝　袁祖慧　孫斌

摘 要：本文詳細(xì)闡述了配電系統(tǒng)可靠性的基本概念、特點(diǎn)及常用指標(biāo)，介紹了配電系統(tǒng)可靠性的常用算法，給出了它們的適用情況和不足之處。本文對(duì)各種改進(jìn)算法進(jìn)行了比較和分析，指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。并對(duì)配電系統(tǒng)可靠性的研究工作提出了建議和展望，為今后的研究工作提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；故障模式；可靠性

0 引言

配電系統(tǒng)包括架空線路、隔離開關(guān)、斷路器等元件。元件眾多，且進(jìn)行可靠性分析時(shí)除了知道這些元件的可靠性參數(shù)外，還要知道這些參數(shù)的分布情況，使得可靠性計(jì)算變得比較復(fù)雜?？煽啃苑治龅幕痉椒ǚ譃榻馕龇ê兔商乜迥M法，通過(guò)分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，得出解析法更適合對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行分析，不便于進(jìn)行計(jì)算復(fù)雜配電網(wǎng)絡(luò)可靠性的問(wèn)題，學(xué)者們進(jìn)行了各方面的改進(jìn)，最后對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了總結(jié)與展望。

1 配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

配電系統(tǒng)是聯(lián)系用戶與電源側(cè)的一級(jí)系統(tǒng)，它直接影響著用戶側(cè)的供電質(zhì)量，因此配電系統(tǒng)的可靠性分析是一個(gè)十分重要的課題。配電系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要從用戶側(cè)（供電質(zhì)量）及系統(tǒng)側(cè)（平均服務(wù)質(zhì)量）兩個(gè)方面考慮。

1.1 負(fù)荷點(diǎn)側(cè)可靠性指標(biāo)

負(fù)荷點(diǎn)側(cè)可靠性指標(biāo)是指負(fù)荷側(cè)的可靠性評(píng)估的衡量尺度，表明配電故障的局部性影響，并可作為下一級(jí)系統(tǒng)側(cè)可靠性評(píng)估的依據(jù)。其主要指標(biāo)有：負(fù)荷點(diǎn)故障率、負(fù)荷點(diǎn)故障平均停電時(shí)間、負(fù)荷點(diǎn)的年平均停電時(shí)間等。

1.2 系統(tǒng)側(cè)可靠性指標(biāo)

系統(tǒng)側(cè)可靠性指標(biāo)是來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)側(cè)直接向用戶側(cè)供給電能和分配電能的配電系統(tǒng)的本身及其對(duì)用戶供電性能的尺度。它是全局的，表明故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。常用指標(biāo)有：系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI、平均供電可用率指標(biāo)ASAI、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間SAIDI用戶平均停電頻率指標(biāo)CAIFI、平均供電不可用率指標(biāo)ASUI、用戶平均停電持續(xù)時(shí)間CAIDI等。

2 可靠性分析基本方法

（1）故障模式后果分析法（FMEA）

它是一種常用的解析方法，基本過(guò)程為：首先通過(guò)對(duì)電網(wǎng)某個(gè)元件的分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)想事故后的選擇，即確定負(fù)荷點(diǎn)的失效事件，并對(duì)各個(gè)預(yù)想事件進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)救和潮流分析，建立故障模式及后果分析表，查清每個(gè)基本故障事件及后果，然后綜合分析后得出負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，最后來(lái)計(jì)算配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。

（2）蒙特卡羅模擬法

與解析法所不同的是，蒙特卡洛模擬法采用抽樣的方法進(jìn)行狀態(tài)的選擇，即根據(jù)不同設(shè)備概率分布函數(shù)抽樣來(lái)確定系統(tǒng)的狀態(tài)，然后對(duì)產(chǎn)生的狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。解決了由于大規(guī)模配電網(wǎng)中的元件眾多而帶來(lái)巨大計(jì)算量的問(wèn)題，但它的計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間的平方成反比，要提高精度，用模擬法的計(jì)算的時(shí)間將會(huì)顯著增加。

（3）解析法與模擬法的混合

由于蒙特卡洛模擬法與解析法比較各有所長(zhǎng)，且各自的優(yōu)缺點(diǎn)互為補(bǔ)充，所以混合法就應(yīng)運(yùn)而生。該方法很容易將與其它減少蒙特卡洛模擬方差的方法相結(jié)合，從減小方差的技巧和加快狀態(tài)評(píng)估的速度兩方面進(jìn)行入手，既提高了模擬收斂的速度，又減小了每次狀態(tài)評(píng)估的時(shí)間，較好的解決了蒙特卡洛模擬法計(jì)算速度與計(jì)算精度之間的矛盾。

3 改進(jìn)方法

模擬法和解析法各有所長(zhǎng)，但是在進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估中，解析法可以更好的發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，所以實(shí)際中大部分的改進(jìn)方法都是建立在解析法基礎(chǔ)上的。

3.1 基于模型的改進(jìn)方法

（1）模型全面化

中低壓配電系統(tǒng)中的負(fù)荷點(diǎn)和系統(tǒng)可靠性除了與線路的故障點(diǎn)有關(guān)外，還與電力系統(tǒng)中各種開關(guān)、母線等元件的故障有關(guān)，計(jì)算了負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)和系統(tǒng)之間的可靠性指標(biāo)。此模型在進(jìn)行敏感分析和找出系統(tǒng)最薄弱點(diǎn)等方面更為有利，會(huì)考慮得更加全面，反映的情況也更為真實(shí)有效。

（2）模型簡(jiǎn)約化

僅僅將線路上的柱上開關(guān)看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而將配電線路和變壓器綜合看作是一種耗散元件?？梢员苊庥捎诹繙y(cè)點(diǎn)較少而導(dǎo)致的配電網(wǎng)潮流分析困難，因此可以大大地方便了配電自動(dòng)化的高級(jí)應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)。但是此模型根據(jù)配電網(wǎng)潛在的連接關(guān)系和饋線開關(guān)的位置等推算出配電網(wǎng)當(dāng)前連接關(guān)系，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷推算出供出負(fù)荷的或者根據(jù)饋線供出負(fù)荷推算出負(fù)荷，存在誤差。

3.2 基于算法的改進(jìn)

基于所有算法的改進(jìn)計(jì)算，都是為了減小FMEA的計(jì)算量，都是在列舉故障狀態(tài)這一步進(jìn)行的改進(jìn)。主要有以下幾個(gè)方法：

（1）網(wǎng)絡(luò)等值法

其基本思想是利用一個(gè)等效網(wǎng)絡(luò)元件來(lái)代替一部分配電網(wǎng)絡(luò)，從而將復(fù)雜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)逐步簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的輻射狀主饋線系統(tǒng)。在向下等效的過(guò)程當(dāng)中，將上級(jí)饋線對(duì)下級(jí)饋線的影響力用一個(gè)串在下級(jí)饋線首尾端的等效節(jié)點(diǎn)元件來(lái)進(jìn)行代替。

（2）最小路—最小割集法

對(duì)于簡(jiǎn)單輻射網(wǎng)配電系統(tǒng)，可以先求各負(fù)荷點(diǎn)到電源點(diǎn)的最小路，再分別進(jìn)行考慮最小路上的元件和非最小路上的各個(gè)元件對(duì)負(fù)荷點(diǎn)可靠性的貢獻(xiàn)，即把系統(tǒng)中的各個(gè)元件分成最小路元件和非最小路元件后，然后對(duì)于每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，僅對(duì)其最小路上的各個(gè)元件與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算即可得到相應(yīng)的可靠性指標(biāo)。此算法考慮了分支線保護(hù)、分段斷路器、隔離開關(guān)、及計(jì)劃?rùn)z修的影響，并且能夠處理有無(wú)備用電源及有無(wú)備用變壓器的情況。

3.新發(fā)展

在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)和電力負(fù)荷發(fā)展較快的大環(huán)境下，傳統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)已經(jīng)不能完全滿足時(shí)代的要求，越來(lái)越多的研究者認(rèn)識(shí)到電能質(zhì)量對(duì)配電可靠性的影響，由于暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，特別是母線電壓暫降和短時(shí)間中斷對(duì)供電可靠性的影響較大，應(yīng)建立起科學(xué)合理的、能反映供用電雙方利益的、操作性好的配電系統(tǒng)可靠性分析體系。有些文獻(xiàn)提出一些新的可靠性評(píng)估分析方法，不僅對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行充裕性的分析，還通過(guò)位能邊界曲面方法對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析，對(duì)所選的偶發(fā)故障下臨界清除時(shí)間和能量裕度的計(jì)算均具有較高的準(zhǔn)確性和較快的速度。

4.結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)目前較常用的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估算法進(jìn)行了深入分析比較，指出了各種算法的特點(diǎn)及適用的情況。現(xiàn)有的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估算法大部分都是在故障模式與后果分析法基礎(chǔ)上，從模型提出、評(píng)估方法等方面進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了斷路器、隔離開關(guān)、分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及運(yùn)行模式的影響，在很大程度上解決了FMEA的計(jì)算量隨電網(wǎng)元件數(shù)目的增長(zhǎng)而呈指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。但由于我國(guó)配電系統(tǒng)可靠性研究工作開始的較晚，各方面還有很多不足之處，還有待完善，尤其是隨著我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)在配電網(wǎng)重構(gòu)基礎(chǔ)上的配電系統(tǒng)可靠性動(dòng)態(tài)評(píng)估需要進(jìn)一步的深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳文高. 配電系統(tǒng)可靠性實(shí)用基礎(chǔ). 北京： 中國(guó)電力出版社； 2010.

[2] 郭永基. 電力系統(tǒng)可靠性原理和應(yīng)用. 北京： 清華大學(xué)出版社； 2012.

[3] 郭永基. 電力系統(tǒng)可靠性分析. 北京： 清華大學(xué)出版社； 2013.

[4] 別朝紅， 王錫凡. 蒙特卡洛法在評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2012， 21（6）： 68～75.

[5] 李少華， 韓富春. 一種配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估新方法[J]. 2014， 14（6）： 17～19.