李 輝 保 富 陸光前 閔 侯 何 磊

1(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心 昆明 650500)2(云南云電同方科技有限公司 昆明 650500)

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隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源缺口逐步增大，在能源枯竭背景下能源危機(jī)問題日益嚴(yán)重.為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)問題，需對(duì)配網(wǎng)的供電方式進(jìn)行改進(jìn)，在配網(wǎng)中接入分布式電源，提高能源利用率，減少能源損耗.因此，提升配網(wǎng)供電可靠性成為研究的重點(diǎn)[1-2].

趙旭陽等人[3]對(duì)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并考慮配網(wǎng)供電受網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，針對(duì)配網(wǎng)在運(yùn)行過程中的可靠性，建立評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)供電的可靠性分析.該方法沒有對(duì)配網(wǎng)供電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因而無法準(zhǔn)確獲取用戶平均停電時(shí)間和平均停電戶數(shù).林圣等人[4]對(duì)配網(wǎng)的運(yùn)行方式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)配網(wǎng)運(yùn)行和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)配網(wǎng)供電系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域化處理，構(gòu)建可靠性評(píng)估指標(biāo)體系，建立可靠性評(píng)估模型，完成配網(wǎng)供電的可靠性分析.該方法的分析結(jié)果的誤差較大，方法的整體有效性差.

為了解決上述方法中存在的問題，本文提出配網(wǎng)供電可靠性多維度大數(shù)據(jù)分析方法.

1 配網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)

在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，往往通過可靠性指標(biāo)將系統(tǒng)可靠性水平量化，且采用多個(gè)指標(biāo)從多個(gè)側(cè)面來描述.配網(wǎng)供電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)可分為3大類：持續(xù)停電(指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)正常供電)指標(biāo)；基于負(fù)荷量的指標(biāo)；瞬時(shí)停電(指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)正常供電)指標(biāo).可靠性指標(biāo)是人為定義的，考慮到關(guān)注重點(diǎn)、統(tǒng)計(jì)手段等因素的差異，世界各國(guó)都按各自的國(guó)情采用數(shù)目、形式不同的可靠性指標(biāo)體系[5-6].我國(guó)電力公司目前常用的配網(wǎng)供電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)主要有用戶平均停電時(shí)間(AIHC)、供電可靠率(RS)、用戶平均停電次數(shù)(AITC)、平均故障停電時(shí)間(AID)、(用戶)平均停電缺供電量(AENS)、用戶平均故障停電次數(shù)(AICA)等，下面分別予以介紹.首先給出部分符號(hào)定義：i表示負(fù)荷點(diǎn)；R表示總負(fù)荷點(diǎn)數(shù)；λ表示負(fù)荷點(diǎn)的年故障停電概率；U表示負(fù)荷點(diǎn)平均停電時(shí)間，單位為h/年；D表示配網(wǎng)有效供電量；N表示平均停電次數(shù)；M表示故障停電用戶數(shù).

1) 用戶平均停電時(shí)間(AIHC)

AIHC指用戶在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的平均停電小時(shí)數(shù)，如式(1)所示.通常給定時(shí)間區(qū)間為1年，單位為h/(戶·年).該指標(biāo)為所有因素導(dǎo)致的停電，如故障引起的停電、工程需要造成的停電等.

(1)

2) 供電可靠率(RS)

RS又稱供電可用率，指在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)滿足用戶用電需求的百分比，如式(2)所示：

(2)

3) 用戶平均停電次數(shù)(AITC)

AITC指用戶在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的平均停電次數(shù)，如式(3)所示.通常給定時(shí)間區(qū)間為1年，單位為次/(戶·年).該指標(biāo)為所有因素導(dǎo)致的停電，如故障引起的停電、工程需要造成的停電等.

(3)

4) 平均故障停電時(shí)間(AID)

AID指因故障導(dǎo)致的平均停電時(shí)間，單位為h/次或min/次，如式(4)所示：

(4)

5) (用戶)平均停電缺供電量(AENS)

AENS指每個(gè)用戶在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)因停電平均缺供的電量，如式(5)所示.通常給定時(shí)間區(qū)間為1年，單位為kW/(戶·年).

(5)

6) 用戶平均故障停電次數(shù)(AICA)

AICA指在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)因故障導(dǎo)致的平均停電次數(shù)，如式(6)所示.通常給定時(shí)間區(qū)間為1年，單位為次/(戶·年).計(jì)算該指標(biāo)時(shí)需注意，不管1年中某用戶的故障停電次數(shù)是多少，對(duì)該用戶只計(jì)數(shù)1次.

(6)

2 配網(wǎng)供電可靠性分析

配網(wǎng)供電可靠性主要受負(fù)荷和元件2類因素影響，具體介紹如下：

1) 類型1.在元件正常情況下，配網(wǎng)供電系統(tǒng)電路中出現(xiàn)電路過載導(dǎo)致配網(wǎng)供電系統(tǒng)負(fù)荷過大，使得配網(wǎng)供電可靠性受到影響.此問題統(tǒng)一稱為配網(wǎng)供電系統(tǒng)負(fù)荷過載問題，該問題與指標(biāo)AIHC，RS，AITC有關(guān).

2) 類型2.在負(fù)荷正常情況下，配網(wǎng)供電系統(tǒng)內(nèi)的元件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致供電設(shè)備受損影響配網(wǎng)供電可靠性.該問題與指標(biāo)AID，AENS，AICA有關(guān).

2.1 類型1可靠性分析

1) 計(jì)算γi.

γi可通過負(fù)荷點(diǎn)i的停電概率pi進(jìn)行計(jì)算，如式(7)所示：

γi=piLk，

(7)

其中，Lk表示元件正常情況下配網(wǎng)供電線路k的運(yùn)行時(shí)間.pi可通過式(8)進(jìn)行計(jì)算，即

(8)

其中，θ表示配網(wǎng)供電系統(tǒng)因負(fù)荷大導(dǎo)致的停電次數(shù).

2) 計(jì)算ηk.

配網(wǎng)供電系統(tǒng)中存在R個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，所有負(fù)荷點(diǎn)在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中的變化情況可通過圖1進(jìn)行描述[9-10].圖1中，pi(i=1～4)表示負(fù)荷點(diǎn)i的停電概率.

圖1 配網(wǎng)供電系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)變化情況

由圖1可知，當(dāng)負(fù)荷點(diǎn)i發(fā)生變化時(shí)，可通過抽樣法獲取該狀態(tài)下配網(wǎng)供電線路k的停電概率ηk[11-12]，如式(9)所示：

(9)

(10)

(11)

2.2 類型2可靠性分析

1) 元件擊穿故障.

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

2) 元件短路故障.

若元件A存在短路故障，設(shè)λxJ表示在短路故障下元件A的停電概率，如式(17)所示：

(17)

設(shè)UxJ表示在短路故障下元件A的平均停電時(shí)間，如式(18)所示：

UxJ=λxJγxJ，

(18)

其中，γxJ表示在短路故障下元件A的年平均停電修復(fù)時(shí)間.

(19)

其中，UZT表示元件A的總停電時(shí)間，UZS表示故障停電時(shí)間.此處，UZT和UZS由系統(tǒng)直接給出.

3 實(shí)驗(yàn)與分析

將配網(wǎng)供電可靠性多維度大數(shù)據(jù)分析方法(本文方法)與綜合考慮中性點(diǎn)接地方式和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的配網(wǎng)供電可靠性評(píng)估方法(中性點(diǎn)接地方法)和地鐵中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法(中壓環(huán)網(wǎng)供電方法)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文方法的整體有效性.

1) 用戶平均停電時(shí)間(AIHC)

圖2給出了本文方法、中性點(diǎn)接地方法和中壓環(huán)網(wǎng)供電方法在1～5月不同轉(zhuǎn)電情況下的AIHC.

圖2 不同轉(zhuǎn)電情況下的AIHC

由圖2可知，不同轉(zhuǎn)電情況下，本文方法獲取的AIHC與用戶實(shí)際停電時(shí)間基本相符，中性點(diǎn)接地方法獲取的AIHC均高于用戶實(shí)際停電時(shí)間，中壓環(huán)網(wǎng)供電方法獲取的AIHC均低于用戶實(shí)際停電時(shí)間，本文方法可準(zhǔn)確分析用戶在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中的平均停電時(shí)間.本文方法通過多維度大數(shù)據(jù)分析配網(wǎng)供電可靠性，提高了方法的有效性.中性點(diǎn)接地方法和中壓環(huán)網(wǎng)供電方法在分析過程中對(duì)供電數(shù)據(jù)的維度分析不準(zhǔn)確，甚至存在遺漏分析的情況，可靠性分析準(zhǔn)確性要低于本文方法.

2) 平均停電概率

圖3給出了本文方法、中性點(diǎn)接地方法和中壓環(huán)網(wǎng)供電方法在1～5月不同轉(zhuǎn)電情況下測(cè)得的平均停電概率：

圖3 不同方法的平均停電概率

由圖3可知，本文方法獲取的平均停電概率與實(shí)際平均停電概率相符，中性點(diǎn)接地方法和中壓環(huán)網(wǎng)供電方法獲取的平均停電概率與實(shí)際平均停電概率均存在偏差.本文方法可準(zhǔn)確獲取配網(wǎng)供電系統(tǒng)中的停電概率，提高配網(wǎng)供電的可靠性.

3) 配網(wǎng)供電可靠性

分別采用本文方法、中性點(diǎn)接地方法和中壓環(huán)網(wǎng)供電方法對(duì)配網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行分析.不同方法利用式(2)獲得的可靠率結(jié)果與實(shí)際可靠率的對(duì)比情況如表1所示：

表1 不同方法的可靠率結(jié)果

由表1可知，采用本文方法對(duì)配網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行分析時(shí)，獲得結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的誤差在1.0內(nèi)，可見本文方法對(duì)配網(wǎng)供電可靠性分析結(jié)果產(chǎn)生的影響較低，可忽略不計(jì).采用中性點(diǎn)接地方法和中壓環(huán)網(wǎng)供電方法對(duì)配網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行分析時(shí)，獲得結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的誤差較大，因此這2種方法可對(duì)配網(wǎng)供電可靠性分析結(jié)果產(chǎn)生影響.

4 結(jié)束語

配網(wǎng)供電可靠性屬于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在供電企業(yè)中，配網(wǎng)供電可靠性可用來衡量企業(yè)服務(wù)質(zhì)量、配網(wǎng)結(jié)構(gòu)、企業(yè)供電水平以及企業(yè)配網(wǎng)供電管理水平.當(dāng)前配網(wǎng)供電可靠性分析方法的整體有效性較差，本文提出的配網(wǎng)供電可靠性多維度大數(shù)據(jù)分析方法解決了當(dāng)前方法中存在的問題，為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)安全、穩(wěn)定供電提供了技術(shù)支撐.