基于大數據的城市低壓配電網運行可靠性評估

趙 川，趙 明，路學剛，葉 華

（云南電力調度控制中心，云南 昆明 650011）

1 城市低壓配電網運行可靠性評估

進行低壓配電網可靠性評估前，需要作出相關假設，即設計時不將上級電網和其他外力電網破壞因素計入研究數據[1]。低壓配電網的常規網架需采用常規網線鏈路，試用用戶需要配備專門的環網柜裝結構進行電路融電[2]。

1.1 建立配電網可靠性指標

為具體反映城市低壓電網整體運行的可靠性，需提前建立電網饋線的可靠性評估指標，主要包括低壓電網平均故障頻率（SAIFI）、系低壓電網故障持續時間（SAIDI）、配電網可靠性（RS）和低壓配電網整體停電供應量（AENS）。假設城市區域配電網共有m條低壓饋線，其系統可靠性指標的計算如下：

式（1）中，λj、Nj、Uj、Pj分別表示城市低壓配電網使用的第j條壓饋線平均每年發生故障的概率、使用用戶總量、每年的總體停運時間和負荷數。由式（1）可知，城市低壓配電網可靠性各項指標評估計算的難點和重點在于計算λj和Nj的值。因為數據過于龐大，傳統數據統計方式無法獲取準確數據，所以設計引入大數據技術，通過互聯網數據流，結合數據專供容量近似分析算法計算數據[3]。

1.2 低壓配電網轉供容量計算

城市配電網饋線無法實現與周圍饋線100%的電力轉供，因此綜合性評估低壓配電網的可靠性時，需要提前計算配電網的轉供容量。結合實際工程開發，根據數據、配電網饋線熱損發裕度的載流量和負荷分散系數，以容量裕度股計算法計算抵押電網饋線掛接的最大能量容量負荷上限極值，再根據此極值綜合計算轉供容量，如式（2）所示：

式（2）中，V為配電網饋線電壓；Amax為饋線最大允許電流；C為裕度系數。

計算裕度系數需根據城市低壓饋線的工程預設結構保留的載流量確定，一般取值為0.65。

城市低壓電網的網架結構主要根據負荷預測結果規劃設計，規劃網架中不能直接提取準確的饋線配變分布數據，但可直接確定城市低壓電網饋線的負荷總量和各饋線網架的聯絡情況。

重新定義低壓電纜中掛接配變的環網柜，利用分段開關隔離一段架空線作為一個單位區段。為反映城市饋線網絡聯絡通道轉供和容量限制對整個低壓配電網用戶使用時間的影響，需要基于大數據資料獲取饋線j內各聯絡數據通路轉供總容量信息，記做Saj。據此，可重新定義反應饋線j的各項饋線聯絡數據情況和對應轉供參數，即轉供率aj：

假設饋線j共有Nnj個區段，則共有K個饋線區段負荷為轉供通道，其余為不可控段，則數據K的計算方法為：

1.3 實現城市低壓電網評估

首先說明下述設計中公式指標符號的含義。線斷路器、線路、開關、配變等分別用b、l、s、t表示，其中符號x泛指某一設備。Nxi表示饋線j中x設備的數量。若x表示線路，則Nxi表示其長度。

計算城市低壓電網饋線故障率時，如果城市低壓電網的斷路器和線路分段開關發生故障，會導致低壓饋線出現斷路器閘門閉合，最終致使全用戶停電。因此，式（1）中λj的計算方法為：

式（5）中，λji為饋線j第i段中所有短路線路和饋線變接開關的故障率之和，Nji為饋線j第i段的用戶數量。

計算饋線j的停電時間Uj，需要綜合考慮各饋線j的區段元件影響效果，即：因為城市低壓饋線負荷介入的電纜網和網架線路具有明顯差異性，電纜網的使用用戶計入低壓饋線需要使用環網，而使用低壓饋線的架空網需要借助聯通熔斷器。所以，即便是同一個低壓饋線區域，不同低壓饋線的故障時間存在絕對差異性。對需要評估的部分饋線而言，當城市低壓饋線j的第i段線路出現明顯數據故障時，i段之前的區域分段只有通過故障隔離時間和電源側端路由器重合閘，才能有效恢復供電。設停電時間為t1，確定饋線故障段和故障段之后的各饋線區段與故障段的位置有關。當故障段i處于不可轉供段時，有Nnj-k-i+1個饋線區段需要通過饋線故障隔離和上述轉供操作才能恢復供電。設停電時間為t2，城市低壓饋線電纜線路故障造成的停電時間為：

式（7）中，Nnj表示j的抵押饋線中，第i段的饋線長度。Njk表示整個饋線使用k部分抵押電網用戶的整體數量。對使用架空網的用戶而言，當線路出現故障時，不同故障段的故障差別主要體現在電網可供轉供段。只有當前使用段的使用用戶批量修復時，才能對其恢復用電。設低壓電網的修復時間為rij，只有i段后的(Nnj-K)各區段有效故障隔離后，才能操作電源轉供量，恢復使用用電。

因為現代城市使用的饋線電網具有不同的使用形式，所以計算其參數數據需要考慮不同情況，借助之前求取的低壓配電容量分析開關故障造成的停電時間U(s,j)：

因為城市低壓配電網配有明顯的熔斷器保護裝置，低壓配變器和故障不會大規模損傷饋線，所以停電現象僅針對饋線掛接配變的使用用戶。城市架空網絡線路和電纜器線路的故障饋線停電時間U(t,j)為：

由式（9）可知，通過轉供容量結果可影響計算，進而評估城市低壓配電網運行可靠性的各項數據。

2 實驗數據分析

為評估大數據城市低壓配電網運行可靠性方案是否具有真實有效性，能否有效提高電網故障問題評估準確率，進行了對比實驗。設計實驗組和對比組，實驗組選擇新設計的城市低壓電網運行可靠率評估方法，對比組選擇傳統評估方法。通過第三方模擬軟件模擬200個電路架模擬區域網絡，通過電路改造設置相同問題且問題量不斷上升，獲得如表1所示的評估結果。

表1 固定問題評估準確率對比

由表1可知，相同問題環境下，實驗組的評估準確率明顯高于對比組。通過計算實際量化值，可以確定整體準確率提高了21%，評估準確率提升明顯。

3 結 論

城市配電網規劃涉及的整體工程量和后期運營成本巨大，如果可以及時作出科學合理的評估，可為有關單位節約大量的經濟維護成本。此外，設計以大數據為基礎，通過設計綜合性評估指標，結合配電網轉供容量等參數值，有效評估了城市低壓電網的可靠性。實驗研究表明，設計的評估方法可有效提高評估精度，具有實際應用意義。