配電網可靠性規劃及其評估方法的研究

楊夢璐+張逸凡

摘 要：長久以來，電網用戶都對供電的可靠性有著很高的要求，而配電網作為最終將電能分配給用戶的電力網，其地位非常重要。本文主要介紹了配電網可靠性評估的幾種方法，并將貝葉斯理論引入配電網可靠性分析當中。結合算例，闡述對配電網可靠性計算過程并驗證了貝葉斯理論運用的可行性。最后對提高配電網可靠性提出了規劃措施。

關鍵字：配電網；可靠性評估；貝葉斯理論

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.193

可靠性是指所研究對象能保持其功能的時間[1]。配電網的可靠性分析是隨著電力系統發展而發展起來的，在我們的歷史數據中，大部分的停電事故由配電網引起。所以，對配電網進行仔細謹慎的規劃，在解決可靠性問題中，占有著至關重要的地位。在我國的電力發展過程中，絕大部分的電網規劃，都只是基于歷史數據的簡單預測。一旦供電質量或是可靠性降低，甚至引起中斷，都會很大范圍內的影響國民生活水平和社會發展。因此，在社會不斷發展的今天，提高供電可靠性，將越來越多的受到重視。

1 配電網可靠性評估的方法

目前，有關配電網可靠性評估的方法有很多，按照傳統的分類方式可將其歸為三類：解析法、模擬法和人工智能算法。

（1）解析法：首先建立系統或子系統的可靠性數學模型，然后通過數值計算求解，得出可靠性指標。但隨著配電網絡的擴大，該類算法的計算量急劇上升，因此在解析法的基礎上出現了很多改進優化算法[2]，如最小路法、網絡簡化等值法和故障擴散法等。（2）模擬法：主要指蒙特卡洛模擬法，其主要思想是首先找到故障元件影響的所有負荷點，建立各元件的工作，恢復歷史數據表；然后根據各元件事件概率對所有元件狀態進行抽樣，通過對抽樣結果的分析計算得到系統可靠性指標。（3）人工智能算法：是指通過效仿生物處理模式，獲取智能信息處理功能，以便簡化處理一些復雜的現象，如人工神經網絡算法和模糊算法。傳統的評估方法雖然能夠對配電網可靠性水平量化評估，但是對于網絡中薄弱環節識別的問題，卻不能很好的解決。近年來將貝葉斯理論引入配電網的可靠性分析，在其中得到了廣泛的應用。

2 貝葉斯理論在可靠性分析中的應用

2.1 貝葉斯理論簡述

由于電力網絡中的元件是相互連接的，因而不可能分清究竟是串聯還是并聯。在這種情況下，我們假設每個元件都與兩個互斥事件相關。例如，元件X的正常運行同元件W正常運行或故障都有關系。

一個系統結構的可靠性框圖如圖1所示，在用貝葉斯理論計算網絡結構的可靠性時，其模式如下：

如果事件A取決于兩個互斥事件Bi和Bj，由于兩個互斥事件中必然有一個發生，那么A發生的概率為

（1）

式中 P（A）—事件A發生的概率； P（Bi）—事件Bi發生的概率； P（Bj）—事件Bj發生的概率；

當具體討論到由若干元件組成的系統時，其可靠性計算過程如下：

式中 RS—系統持續工作的概率，即系統的可靠度；

Ri—元件i正常工作的概率；

Qi—元件i故障的概率。

如圖1所示，如果在可靠性框圖中輸入端與輸出端之間只要有一條成功的路徑，那么系統就可以正常工作。

由圖1可知，系統成功運行的路徑：A-B-G，A-C-F，D-C-F，D-E-F。

可選任一元件作為起始分析元件，如果選擇元件C作為可靠性分析的起始元件。

此時，系統正常工作的概率（即可靠度）為：

Rs=P（）RC+P（）QC

①若給定元件C正常，則可以計算出此時系統正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）QA

=

②若給定元件C故障，系統正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）RA

=

RS=P（）RC+P（）QC

假設系統中所有元件都有相同的可靠度0.9，即RA=RB=RC=RD=RE=RF=RG=0.9 。那么經上述公式計算，系統的可靠性RS將為RS=0.960166。

2.2 算例分析

一個位于現場的熱電聯產發電機單元G1，通過一個工業電力系統網絡向一個工業過程供電，如圖2所示。工業電力系統元件的可靠性數據見表1。

我們可計算，在現有結構和數據下，該電力系統網絡的可靠性。

首先，我們將系統分為以下四個模塊。模塊1：G1-QF1-T1-QF2；模塊2：QF3-電纜1-QF4；模塊3：QF5-電纜2-QF6；模塊4：電纜3-QF7

那么，模塊1的可靠性

=0.95×0.99×0.99×0.98=0.91247

同理，求出模塊2，3，4的可靠性分別為

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99=0.98010

由于模塊2和模塊3是并聯關系，即邏輯中的“或”，任意一個模塊可運行，系統就可成功。所以，我們可計算出兩個模塊并聯的可靠性。

=0.99912

最終，系統的可靠性（即可成功向負荷點供電的概率）

=0.89352

從此算例中，我們可以看出簡單的網絡進行可靠性分析的方法，配電網的組成十分復雜，計算量也會相應變大，但是原理相同，我們在計算時也要將其組成劃分為一一對應的模塊，再按照線路圖考慮模塊與模塊間的關系，最終根據歷史檢修數據中的元件指標，計算出系統的可靠性數據。

3 提高配電網的可靠性措施

針對配電網，我們進行可靠性分析研究最終是希望能夠降低系統發生故障的概率，也就是提升持續工作的概率。因此，需要分析可能影響配電網可靠性指標的各種因素。這樣的指標根本上只有停電次數、停電時間和停電規模。而后者又主要同前兩者有關。所以，每一個指標都集中于停電次數和停電時間這兩方面。

詳細來說，共有四個因素會使配電網的可靠性發生變化，分別是網絡結構，自然環境，設備故障和計劃停電。我們通過上述計算方法，結合我國歷年來可靠性歷史數據。分別討論在不同的網絡結構下，不同的檢修計劃安排下，配電網可靠性指標得波動情況。可知，為提高配網的可靠性，我們可以：

（1）選擇顆粒的配網規化方案，或者改造優化配網結構是提高配電網可靠性最基礎也是最關鍵的環節；（2）改變原有的檢修方式，實施狀態檢修和帶電作業，以達到縮短停電時間，減小停電規模的目的；（3）適當改變中性點接地方式，選擇出最合適的，提高配網絕緣水平可以有效地降低設備的故障率，提高設備可靠度，從而改善配電網整體的可靠性；（4）改進和完善供電指標評價體系，有一個健全的可靠性管理體系也是提高可靠性工作的關鍵。

參考文獻：

[1]何正友.2014配電網分析及應用[M].北京：科學出版社.

[2]周念成，謝開貴，周家啟等.基于最短路的復雜配電網可靠性評估分塊算法[J].電力系統自動化，2005，29（22）：39-44.

[3]邱敏生.2012.配電可靠性評估方法研究[D].廣州：華南理工大學.