配電網供電可靠性分析

林建明

摘要：配電網是電力系統的重要組成部分，也是直接入戶的電能分配終端，在電網中起到了不可替代的樞紐作用。配電網的供電可靠性直接反映了一個國家的電力工業發展水平。因此，配電系統供電可靠性評估對電力系統規劃和運行都有著非常重要的意義。本文以我國當前配電網供電現狀為切入點，介紹了一些主要的供電可靠性評估理論和關鍵評價指標，并采用蒙特卡洛法對配電網供電可靠性進行了計算，最后提出了一些關于提高配電網供電可靠性的建議，為供電可靠性的計算提供了參考。

關鍵詞：配電網；供電可靠性；蒙特卡洛法；評價體系

0前言

改革開放才來，我國經濟發展走上了快車道，社會對電能的需求不斷增長，使現有電網的供電能力受到了嚴重的挑戰，這對配電網的供電可靠性提出了更高的要求。配電網在整個電網中具有極為重要的地位，可以說配電網的供電可靠性直接決定了整個電力系統的供電可靠性。

1配電網供電可靠性研究現狀

1.1國外研究現狀

早在上世紀60年代，可靠性理論進入了電力系統的研究范圍。國外的研究人員最早是在統計學的角度來研究配電網可靠性的，隨著電網的擴張，基于傳統統計分析的定性分析已不能滿足新的評估需要，于是又出現了采用定量指標來描述電力系統供電水平的新方法[1]。到目前為止，美國、日本等發達國家已經形成了較為完整的評估體系和成熟的理論，并在生產實踐中廣泛應用。

1.2國內研究現狀

我國在配電網可靠性方面的研究始于1980年以后，對配電網可靠性的研究主要集中在評估算法上。目前我國已形成一系列國家標準，在電力系統安全穩定控制技術、供電可靠性評價等方面都有較為詳細的規定，基本能夠保障配電網的可靠運行[2]。但從總體看來，我國配電技術水平偏低、設備陳舊落后、網架結構脆弱、電力供應能力不足，配電網供電可靠性較差。隨著配電網供電可靠性受到越來越多的關注，我國重要城市配電網的供電可靠率已從最初的99.85%提高到99.9%，但與發達國家相比還有一段很明顯的差距。

1.3存在的問題

由于資金不足、設備老化、技術落后等因素的限制，我國配電網目前還存在著以下幾方面的問題：

1）電網發展落后于用電負荷的增長

近年來，我國城市化進程迅速推進，工業水平不斷提高，電網負荷日益加重，而配電網的建設則相對緩慢，變電站數量不夠，供電線路過少，配電網供電能力不足，城市電網規劃不合理，給城市用電帶來了巨大的壓力。

2）配電網平均供電可靠性偏低

我國城市電網的平均可靠性目前約為99.9%。相比之下，美國達到了99.99%，而日本則達到了99.999%。可見我國配電網的供電可靠性還不是很高，這與我國城市配電網的網架結構以及配電網自動化水平低有直接關系。

3）設備利用率低、網損高

配電網的資源利用率是世界電力行業的普遍問題，但在我國表現得極為嚴重。美國配電網設備平均負載率可達50%，日本達到了80%以上，而我國的負載率還不及35%。另一方面，我國配電網的網損率也偏大。

2配電網可靠性評估理論

2.1 解析法

解析法指的是構建一個可靠性數學模型，該模型的參數是由電力系統中元件的隨機參數統計而來的。模型中定義了一系列可能出現的事故類型，并對這些事故的狀態進行分析，最后通過數值計算精確求解模型中的指標。解析法主要分為以下幾類：故障模式后果分析法、等值法、圖論分析法、最小路法等。

2.2模擬法

模擬法就是對實際電力系統可能發生的典型狀態進行計算機模擬，根據模擬結果進行分析，從而得出所需要的評價指標。蒙特卡洛法是最常用的模擬法，它是以元件壽命周期的概率分布為基礎的，通過抽樣來計算系統可靠性指標。蒙特卡洛法的抽樣次數不受系統規模限制，非常適用于大型復雜電力系統的可靠性評估。

2.3人工智能法

人工智能算法是一種基于仿生學的研究方法，具有智能處理信息的能力，可以化繁為簡。目前較成熟的人工智能法有：神經網絡算法、模糊算法和遺傳算法。人工智能法在可靠性分析領域的應用是電力系統分析技術的一大進步。

3配電網供電可靠性評價指標

評估指標是配電系統可靠程度的說明和體現，也是參考決策的理論支持和依據。目前廣泛使用的配電網可靠性評估指標主要有兩大類：第一類的基本思想是把整個系統拆分分各種元器件，然后單獨對各類元器件的可靠性進行分析；第二類是從整個供電系統入手，對其整體的運行可靠性進行評價。

3.1負荷點可靠性指標

負荷點可靠性指標有三個：平均故障率、年平均停電時間和平均停運持續時間。這些指標主要是針對單個電力電子器件或某個小部件的可靠性分析，屬于微觀分析方法。

3.2系統可靠性指標

1）系統平均停電頻率（SAIFI）

SAIFI代表在規定的試驗時間內參與配電的各用戶的平均停電次數，計算公式為：

2）系統平均停電持續時間（SAIDI）

SAIDI代表在規定的試驗時間內發生在參與配電的各用戶的平均停電持續時間，可以表示為：

3）用戶平均停電持續時間（CAIDI）

CAIDI代表在規定的試驗時間內配電系統中各個受到停電影響的用戶每次停電的平均持續時間，可以表示為：

4蒙特卡洛法

4.1元件模型

配電系統的電力電子元器件具有兩態性，即它只能處于可用狀態或者不可用狀態。如果不排除有計劃的人為因素，則電力電子元器件處在可用狀態或不可用狀態是隨機的。為方便描述與分析，一般將處于工作狀態持續的時間記為TU，不可用狀態記為 TD。在元件的整個生命周期中，通常會處于TU和TD兩個狀態間不斷交替，因此這種元件模型又被業內稱為雙態模型。

4.2潮流約束

配電網在發生故障時會引起配電網潮流變化。為了精確計算，本文的計算模型考慮了多個約束條件。元件故障率可表示為：

元件的修復率可表示為：

其中， 是天氣因素權重因子； 是修復時間的天氣因素權重因子； 是可用修復資源權重因子；

具體過程為：首先將歷史統計的線路數據作為初始參數，包括元件的平均故障率、平均修復時間和電網結構參數；然后根據蒙特卡洛法的基本思想，對配電網中的所有元件進行隨機抽樣，統計出其TU和連TD，當TU 小到某一閾值時認為該元件已失效，狀態為TD，反之則為TU。接著，根據數值計算的結果可以進一步分析受影響的負荷點的TU和TD，從而得出本次停電的戶數和線路可靠率。

5結論與展望

配電網直接面對電力客戶，受到供電企業和用戶的高度關注。但配電網可靠性研究是一項艱難的工程任務，雖然我國目前的研究相對落后，但隨著科學技術的發展，更多新技術和新設備將引入到配電網中。在今后的研究中，重要的趨勢之一是深入挖掘可靠性統計數據，并同時開展對配電網可靠性與經濟性的協調性研究。不難預計，電力投資在配電網方面將會有上漲的趨勢，這對于提高配電網供電可靠性具有重要的現實意義。

參考文獻

[1]顏少偉.復雜配電網供電可靠性評估方法[D].廣東工業大學，2015.

[2]王文博，馮光，胡博，楊賀鈞，鐘雋.面向用戶的配電網可靠性目標規劃[J].電測與儀表，2014，51（18）：13-19.endprint