城市供電可靠性仿真分析

劉儒，王巨豐，李小亮，周錦宏

(廣西大學電氣工程學院，廣西 南寧 530004)

1 引言

準確預測城市配電網的供電可靠性指標是供電部門目標管理工作的一個重要環節，在預測值的基礎上對供電可靠性目標作出合理的規劃，通過優化和改造電網架構，依靠科技進步，落實管理工作來提升城市供電可靠性水平［1］。

2 配電網可靠性評估的基本指標

系統平均停電頻率指標SAIFI［2］。它是指每個由系統供電的用戶在單位時間內所遭受到的平均停電次數。可以用用戶停電總次數與用戶數之比表示，單位為:次/用戶·年。

λi和Ni分別為負荷點i的用戶停運率和用戶數。該指標與《供電系統用戶供電可靠性評價規程》中的用戶平均次數指標AITC－1含義相同［3］。

系統平均停電持續時間SAIDI。它是指每個由系統供電的用戶在一年中所遭受的平均停電持續時間。可以用戶停電時間總和與用戶數之比表示，單位為:小時/用戶·年。

Ui是負荷點i平均年停運時間，單位為:小時/年。該指標與《供電系統用戶供電可靠性評價規程》中的停電用戶平均停電時間指標AIHC－1含義相同［3］。

用戶平均停電持續時間CAIDI，它是指在一年中被停電的用戶經受的平均停電持續時間，可以用一年時間內用戶停電持續時間的總和除以該年停電用戶總戶數求得，單位為:小時/用戶·年。

系統平均供電可用率指標ASAI，以實際供電總時戶數與要求供電總時戶數之比表示，單位為:%。

該指標與《供電系統用戶供電可靠性評價規程》中的供電可靠率RS－1相同［3］。

3 可靠性仿真設備數據

確定組成城市配網的各類一次設備的故障率、故障修復時間、操作時間等基礎可靠性統計數據是進行可靠性分析預測的前提和基礎。表1為2009年某城市配電網各類一次設備的基礎數據。

表1 某城市10kV配電網的可靠性基礎仿真數據

說明:λ1為以年為單位統計的單臺設備或每公里線路故障率(單位:次/公里·年);λ2為以年為單位統計的單臺設備或每公里線路預安排停電率(單位:次/公里·年);r1為單臺設備或線路一次修復時間(單位:小時/次);r2為設備或線路的預安排停電時間(單位:小時/次);t為故障定位和開關切換時間［4］(單位:小時)。

4 典型接線仿真圖

該城市10kV配電網采用的主要接線方式以單輻射、“2－1”單環網、“3－1”單環網為主，還有少量饋線采用兩供一備和三供一備的接線方式，但因為這兩種方式較少，不計入研究范圍。在ETAP軟件中建立的這3種線路的仿真模型圖如圖1～3所示［4］。

圖1單輻射線路中只有一個電源供電，主干線分為3段，分別為干線1、干線2、干線3。支線1～9分別T接于主干線后連接至帶負荷網絡的環網柜。環網柜內部網絡由配電變壓器、熔斷器、負荷等組成。

圖2的“2－1”單環網由雙電源供電，兩條主干線通過聯絡線進行供電負荷轉移。

圖1 單輻射線路仿真圖

圖2 “2－1”單環網仿真圖

圖3的“3－1”單環網模型中由三個電源供電，三條主干線通過聯絡線～聯絡線4和聯絡開關SW31、SW32、SW48、SW49完成線路之間的聯絡。

圖3 “3－1”單環網模型圖

5 供電可靠性指標預測結果

以表1中該城市2009年配電網各類一次設備的基礎數據位基準，考慮各類設備元件檢修和不檢修兩種狀況，仿真計算出各項可靠性指標［5－7］。最后根據上述3種典型接線的比例將表2～4的各項供電可靠性指標加權形成總體指標。3種典型接線的可靠性指標仿真結果見表2～4。

表2 單輻射接線的可靠性評估

表3 “2－1”單環網接線的可靠性評估

表4 “3－1”單環網接線的可靠性評估

根據該城市“十二·五”配電網規劃預測，至2015年，該城市電網單輻射線路約占10.56%，“2－1”單環網約占61.58%，“3－1”單環網約占27.86%;架空線路數約占總線路數的33.29%，電纜約占66.71%。依照上面2015年城市配電網網架結構比例和3種典型接線的供電可靠性指標進行加權平均，計算出2015年該城市配網總體可靠性評估指標。計算結果見表5。

表5 城市配網總體可靠性評估預測結果

6 相應改進措施

2010年該城市城區供電可靠率為99.8814%，用戶平均停電時間11.5282小時/戶，距離規劃仿真計算出的2015年供電可靠率99.957%，用戶平均停電時間3.7294小時/戶仍有一定差距。為了提高該城市城市供電可靠性，通過對仿真參數分析，提出如下改進措施。

(1)盡量減少設備線路故障停電檢修時間和預安排停電時間，有關責任部門要落實管理崗位，促使檢修工作計劃和故障停電時間可以規范、有序的開展。

(2)仿真結果中可以看出電纜線路較架空線路對提高供電可靠性效果明顯，應加大電纜建設資金的投入，提高線路電纜化率。

(3)“2－1”和“3－1”單環網線路具有轉供能力，從仿真中可以看出它們的供電可靠性較單輻射高，所以要加快單輻射線路的改造，加強聯絡。

(4)在仿真過程中發現故障定位時間較長對供電可靠率也有一定的影響，所以應加快實現電網自動化建設，實現對電網的信息化監視，節省故障查找耗費的時間，全面應用故障定位技術和加大相關檢測定位儀器的資金投入。

7 結束語

本文主要通過ETAP可靠性仿真軟件，根據某城市配網線路主要接線模式和設備的基本情況進行簡單的可靠性仿真分析，并依據仿真和預測結果提出相應的改進措施，從而為城市未來可靠性水平達到要求提供基本的理論依據，具有一定參考價值。

［1］郭永基.電力系統可靠性分析［M］.北京:清華大學出版社，2003.

［2］曹偉.10kV配電網規劃的供電可靠性評估和應用［D］，湖南大學，2009.

［3］DLT836－2003供電系統用戶供電可靠性評價規程［Z］.

［4］蔡澤祥，周全.配網接線方式對供電可靠性影響分析［J］.電力系統及其自動化學報，2010，22(4):85 －88.

［5］別朝紅，王秀麗，王錫凡.復雜配電系統的可靠性評估［J］.西安交通大學學報，2000，34(8):9 －13.

［6］別朝紅，王錫凡.配電系統的可靠性分析［J］.中國電力，1997，30(5):10－13.

［7］章文俊，程浩忠，程正敏，等.配電網優化規劃研究綜述［J］.電力系統及其自動化學報，2008，20(5):16 －23，55.