基于配電網可靠性評估與開關優化方法淺析

陳瑛

摘 要：配電網是電能分配的末端環節，對整個電力系統網損水平、供電可靠性、用戶電能質量的提高舉足輕重。10kV及以下電壓等級的配電網具有閉環設計、開環運行的特點，正常運行條件下，配電網通過降壓變電站向一個樹狀網絡的供電區域供電，單個供電段之間通過一個常合的自動或手動開關相接，而不同的供電區域之間則由平時斷開的開關（聯絡開關）聯系。在滿足負荷需求的條件下，由于開關狀態的不同組合，配電網可以存在多種供電路徑，即形成了不同的網絡結構。而網絡結構的不同正是影響電網網損、供電電壓質量、設備負載水平及供電可靠性的關鍵，研究配電網開關運行優化對提高配電網各項技術經濟指標具有重要意義。

關鍵詞：可靠；配電網；網損

配電網是電力系統中最后一層電壓等級系統，它主要實現對用戶負荷的供應，配電網工程它主要有面廣、量大、出現故障情況頻繁的特點，就目前學者對配網故障評估的研究，它主要是故障模式與后果分析法（failure-mode-effect-analysis，FMEA），這也是傳統的配電網可靠性評估方法主要方法，這種方法的主要思路是：對電力系統所有的異常狀態進行搜索，把可能出現的所有故障進行羅列出來，然后根據規定的可靠性判據進行檢驗分析，再利用計算機的高超數據矩陣組合，組合成系統的故障模式集合，通過相關數學算法可以得到系統的可靠性指標。通常各位學者的研究，FEMA法原理簡單、清晰，同時計算方法準備可靠，大部分應用在電力系統可靠性研究中，但是目前電力系統的增長，各種電力元件增大，進一步造成它的參數增大，使其數學矩陣計算量指數上漲，計算將變的非常復雜，進一步造成計算機崩潰，所以再進行其可靠性評估是十分困難的。

1 配電網接地概述

配電系統在現實運行過程中，大部分發生的故障就是發生單相接地故障，對其進行研究分析后，可以明顯的知道其流過故障點的電流大部分，就是三相系統的電容電流，此部分的電流可以依據電力系統的原則劃分兩部分，第一部分是故障相對地電容的放電電流，第二部分電流含有非故障相對地電容的充電電流，但是在這兩部分電流外，還有一很小的高頻暫態分量，高頻暫態分量它的主要特點是持續時間較短、幅值較大、頻譜較寬。通常電力系統中為為減弱故障點的短路電流，可以實現電弧的快速消除，可以通過消弧線圈的方式來補償故障電流，且消弧線圈需要進行過補償運行方式，目前這里面存在一定性的問題，即消弧線圈只能補償故障電流中的工頻分量，無法補償其高頻暫態分量。而有的時候高頻暫態分量幅值較大，消弧線圈無法對其電流進行有效的補償，進一步造成故障接地的電弧電流無法熄滅，故障電流沖擊進一步使其它電力設備發生沖擊作用，如果電弧熄滅時間更長，則使電力設備的絕緣發生嚴重的威脅，本來是單相接地故障，進一步可能發展成為兩相短相，甚至于三相短路，使系統的安全、穩定運行受到嚴重破壞。

2 配電網規劃中優化算法模型

在配電網規劃中，常考慮負荷增長、網損、經濟性等問題，擴建線路是解決此問題的有效方法之一。下面給出了配電網規劃問題的優化算法模型。

3 開關運行優化的數學模型

配電網絡開關運行優化是一個組合優化問題，具有離散型、非線性和高維性的特點，本文提出了配電網開關優化的綜合模型，模型包含經濟性目標和可靠性目標，采用網絡損耗最小為經濟性目標，系統停電損失最小為可靠性目標，綜合目標函數是同時考慮系統停電損失與線路損耗，屬于最小值優化問題。綜合目標函數如式（1）、（2）、（3）所示：

4 廣義開關

定義1 以開關為始端，從電源處開關（斷路器）開始向下游搜索，遇到下一個開關或者線路末端時停止搜索，將搜索范圍內的元件歸于此開關，并稱之為廣義開關。

通過上述定義，配電網的廣義開關主要包含三類：廣義斷路器、廣義隔離開關和廣義熔斷器。

在上述定義中，須注意兩點：a.廣義熔斷器只含有熔斷器、變壓器和負荷，有時甚至只含熔斷器和負荷；b.聯絡開關連接的是備用電源，在正向搜索時聯絡開關沒有下游，所以廣義開關中不包含廣義聯絡開關。利用廣義開關的定義，可以將復雜的配電網簡化為三類廣義開關的串并聯形式。因此廣義開關的等值故障率采用內部多元件串聯的公式計算，假設廣義開關中包含n個元素，第i個元件的故障率為，則廣義開關的等值故障率：λX=∑i∈Xλi。

5 結論

有大量的統計資料顯示，大約有80%的停電事故由配電系統故障所造成的，但是在以前對電力系統可靠性評估的研究，而針對于發電和輸變電組成的大電力系統，故障評估研究比較大，基于配電系統的可靠性研究太少，遠遠達不到目前發展需要的模式，因此配電系統可靠性的研究對保障用戶電力供應具有極其重要的意義，所以今后的對配電網工作的可靠性評估與決策是以后電力系統主要完成的一大任務。

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