考慮故障權重的配電網抗災變性評價
2008-04-12 00:00:00吳偉麗李小明
現代電子技術 2008年9期
摘 要：為了能夠更直觀全面地反映配電網抵御風險的能力的強弱，在原有配電網抗災變性評價的基礎上，增加考慮了不同區域故障發生的概率。采用模糊語言算子與模糊標度之間的對應關系，利用層次分析法將各個假想故障之間的二元比度關系度量統一化及數值化，以反映了各個區域發生故障的可能性。并在此基礎上，將各指標加權求和后得出簡潔的幾個抗災變性綜合指標以反映配電網的整體抗災變能力。文中給出了一個實例說明了所提出的綜合指標與評價方法。
關鍵詞：配電網；安全；最大離散化；二元比度；故障權重
中圖分類號：TM7272;TM711 文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)09-171-06
Considering the Fault Weight of Anti-accidentEvaluation for
Complicated Distribution Network
WU Weili1，LI Xiaoming2
(1.Yili Normal College，Yining，835000，China;2.Xinjiang Yili Telecom Company，Yining，835000，China)
Abstract：In order to evaluate more clearly and comprehensive the anti-accident of the distribution network，considering the probability of all kinds of malfunction is add to the evaluation of anti-fault ability for distribution network，the sequential load data is dispersed and maximized ，the compared relation between varieties of the hypothesis malfunction is unified and expressed with the number by making use of the corresponding relation between the fuzzy language operator and the fuzzy mark.The guideline of anti-fault evaluationis added up with the right weight and standardized，which images more authoritatively whether the distribution network is adamancy or not.An example is described to explain the proposed synthesized parameters and methods.
Keywords：distribution network;security;maximum distributing;duality comparing degree;fault right weight
1 引 言
建設堅強的電網是電網公司的重要發展目標之一，而配電網是電網的重要組成部分，過去由于投入不足，造成配電網的發展相對滯后，雖然經過城鄉電網改造取得了一定的成就，但是距離堅強電網的要求還存在差距。
配電網若規劃得當、控制科學、處理及時，可在主網發生重大事故且難以快速恢復時，在中壓側轉帶受影響的負荷，避免長時間大面積停電，成為確保電網堅強的重要手段。
對于配電網堅強性的評價一般采用供電可靠性分析[1]，但在計算供電可靠性時，僅考慮了網架結構，而沒有考慮到電氣設備容量的限制。
近年來歐美發生的多次電網大停電事故，給電力工作者敲響了警鐘[2，3]。盡管災害性事故發生概率較小，但是造成大面積停電的危害極大，有必要對配電網在災害性事故后的應變能力進行更加突出的評價，以便發現配電網的薄弱環節，及時采取有效的措施。
文獻［4］中提出了配電網的靜態安全分析，研究在各種預想事故下通過網絡重構最大限度地安全轉代受事故影響的負荷的能力，但是沒有考慮網架結構本身的抗災變性能力。在文獻［5］研究了故障判斷和隔離方法以及以負荷均衡化為目標的網絡重構算法，文獻［6］提出了在確保安全要求下以甩負荷最小為目標的網絡重構算法，文獻［7］中系統地定義了針對確定性負荷的配電網的抗災變率指標并論述了針對確定性負荷的配電網的抗災變性分析方法。
在文獻［7］中得出的配電網的抗災變性分析結果，是在假想發生了各種嚴重故障情況下分別計算出在最大限度地發揮了該配電網潛力情況下的抗災變性指標，因此需要列寫一張很大的表格反映發生故障時配電網的抗災變能力，而沒有形成一組簡潔的綜合指標，應用起來不夠方便和直觀。
本文提出一種對配電網的抗災變性進行綜合評價的方法解決了上述問題。
2 基本原理
2.1 原有的配電網的抗災變性指標[7]
配電網架抗災變率指標H定義為：
H=Lα/LT[JY](1)
其中LT為故障影響的總負荷，Lα為不考慮電氣設備的極限容量，從網架結構上能夠轉供的負荷。
故障后因網架結構的原因而被甩去的負荷ΔLH為:
ΔLH=LT-Lα[JY](2)
定義配電網的靜態安全率指標R為：
R=Lβ/Lα[JY](3)
其中Lβ表示在確保配電網安全前提下(即電氣設備不超負荷)可恢復的負荷。配電網靜態安全減負荷值ΔLR定義為：在充分發揮已有配電網潛力后，為了確保電網安全所必須甩去的負荷。
定義綜合反映配電網的各個電氣設備的容量限制以及配電網網架結構本身限制的配電網的抗災變系數K為：
K=HR[JY](4)
定義緊急狀態下甩負荷值ΔLK為:
ΔLK=ΔLH+ΔLR[JY](5)
在文獻［7］中分別假想各饋線段故障、各母線故障、各變電站故障以及各條高壓進線故障，然后分別分析配電網的抗災變性指標，并以表格的形式加以展現。
2.2 考慮故障權重的配電網抗災變性評價指標
本文在文獻［7］的基礎上，對配電網進行抗災變性綜合評價。
為了對配電網的抗災變性進行綜合評價，對設置的各種故障分別設置加權系數，加權系數反映所設置故障發生的可能性或風險系數。
將配電網按文獻［8］的方法分為若干個最小配電區域(以下簡稱區域)，區域可以是一個電氣設備(如母線、主變、高壓進線等)、一個饋線段或一個由開關節點和末梢點圍成的內部只有T接點的子網絡。潮流流入區域的端點稱為該區域的入點，其余端點稱為出點。
區域是故障隔離的最小范圍，在分析抗災變性時，可以區域為單位設置故障。由于配電網的區域一般較多，如果將各個區域發生故障的概率進行對比產生二元比較矩陣，其階次較高，且評價過程過于繁復。本文采用先將區域分為若干類，在求出每一類區域的故障權重的基礎上再求各類中每個區域的平均發生故障的概率的方法解決這個問題。區域一般可以分為五類，按順序依次為高壓進線、母線、變電站、主變變壓器和饋線段。
定義區域假想故障集合F={(f1，w1)，(f2，w2)，…，(fN，w5)}=［ f，w ］反映各種假想故障f及其權重w，其中，權重wi綜合了分析人員對第i類區域故障發生的可能性的主觀認識，因為客觀地預言某類區域發生故障的概率并不容易，因此采用模糊語言算子與模糊標度之間的對應關系，對各類區域的假想故障之間的二元比度關系度量統一化及數值化[9]。
把各類區域故障發生的相對可能性大小的二元比度關系根據語氣程度模糊地劃分為多個等級，比如9個等級、7個等級或5個等級，分別稱為九標度法、七標度法或五標度法。本節以五標度法為例，把各種假想故障發生的相對可能性大小的二元比度關系根據語氣程度模糊地劃分為5個等級，使其與如表1所示的7～1/7等5個數字相對應。
表1 五標度表
2.3 考慮故障權重的配電網抗災變性評價
考慮故障權重的配電網抗災變性評價流程如下：
第一步：利用層次分析法確定區域故障權重；
第二步：連通系分解，最小配電區域分解，確定各個區域的平均故障權重；
第三步：選擇一個連通系，依次設置區域故障，對故障區域進行如下分析：
(1) 故障區域隔離；
(2) 通過DT中第一列判斷該區域的屬性，從而確定該區域發生故障的權重；
第四步：以連通系為單位依次進行網絡重構：
(1) 進行負荷直接轉移。
(2) 區點變換，計算出流過各個負荷節點的負荷值，判斷配電網是否安全，即是否滿足電氣極限容量和配電網靜態安全程度的約束，若滿足，得到新的運行方式，進行第五步，否則進行連通系最小甩負荷操作。
(3) 進行連通系最小甩負荷的網絡重構，同時判斷甩去的負荷的原因：是由于網架結構的原因則給相應的ΔH賦值；由于負荷節點的極限容量或配電網靜態安全程度的約束，則給ΔR賦值，并根據最小甩負荷后的網形鄰接表CT中的第一列元素調整各個節點的狀態。
(4) 當前連通系重構完成，進行抗災變性評價。
第五步：依據連通系網絡重構的結果，即最小甩負荷值，進行該區域的抗災變性指標的計算，根據故障區域的性質進行指標加權；
第七步：判斷連通系進行網絡重構是否已完成，若是，進行下一步，否則返回第五步；
第八步：恢復CT為初始狀態；
第九步：判斷配電網內是否還有待設置故障的區域，若是，返回第四步，否則進行下一步；
第十步：將各個配電區域的加權指標進行處理，計算出整個配電網抗災變性綜合評價指標；
第十一步：計算完畢，退出。
評價流程如圖1所示。
圖1 配電網抗災變性綜合評價流程
3 實 例
以一個典型的網格狀配電網為例計算[7]，如圖2所示：各臺主變壓器的電氣極限均為2 000 A，各10 kV母線的電氣容量均為630 A，其他開關和導線的額定負荷均為400 A。配電網在某一運行方式下，各區域和饋線段的負荷(A)如圖2中括號內所示。圖中方框表示電源點，圓圈表示負荷節點，實心圓表示閉合，空心表示斷開，節點開關旁邊的數字表示其編號。采用上述方法對圖2所示的配電網進行考慮故障權重的抗災變性綜合分析如下：
考慮區域發生故障可能性的區別對配電網進行抗災變性評價，即評價人員結合配電網歷史運行狀況，根據經驗進行區域故障權重的評價。
為了便于與文獻［7］的方法比較，本文仍采用文獻［7］[JP+1]中負荷數據(見圖中標示)對圖2所示配電網進行的抗災[LL]變性評價。文獻［7］對圖2所示配電網評價結果見表1。
表3中pi表示區域的故障權重，Hw，Rw和Kw分別表示反映網架結構、電氣極限容量和配電網抗災變系數的加權指標，其列中對應的值的大小分別反映考慮區域故障權重后，在某區域故障(表中的行表示發生故障的區域)下，配電網受其故障影響的網架抗災變能力的高低、配電網的電氣極限容量的大小和綜合考慮網架與電氣極限容量配電網恢復負荷的能力。
由表3可以看出，配電網在兩個高壓進線區域故障時，反映網架結構和電氣極限容量的抗災變性加權指標都較小，說明該類區域故障時，受網架結構和電氣極限容量兩方面的限制，抗災變能力不高；在饋線段區域54，56，58故障時網架結構抗災變系數和總抗災變系數都為0，說明受到網架結構的影響，該類區域在故障時，無法轉供負荷，抗災變能力最差，表中沒有列出的區域表明該區域故障后，受故障影響的健全區域的負荷可以通過網架結構轉供到健全電源點上，并且健全電源點有足夠的電氣容量(轉帶負荷)。Hw，Rw和Kw能夠更精確地反映配電網抗災變能力的實際水平。
由上述分析可知，本文考慮區域發生故障可能性的區別對配電網進行抗災變性評價，能夠簡潔地表達文獻［7］所評價的結果。
4 結 語
本文采用層次分析法將配電網可能發生故障的區域進行分類后，在求出每一類區域發生故障的概率的基礎上，再求每個區域的平均故障概率，大大簡化了計算，提高了運算速度。在配電網抗災變性評價中考慮區域故障權重，并采用簡潔的綜合指標能夠較為真實地反映配電網的抗災變能力。
參 考 文 獻
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作者簡介
吳偉麗 女，1978年出生，新疆奎屯人。主要從事配電網自動化方面的教學與科研工作。
李小明 男，1979年出生，陜西渭南人，新疆電信有限公司伊犁州分公司資源管理中心。主要從事計算機軟件編程。
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
