配網(wǎng)自動化建設(shè)對供電可靠性的影響

趙 健，孫顥一

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城市大豐區(qū)供電分公司，江蘇鹽城 224100；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司撫順供電公司，遼寧撫順 113000）

1 配網(wǎng)自動化建設(shè)對供電可靠性影響的綜合評估方法與設(shè)計

1.1 可靠性綜合評估模型

1.1.1 配電網(wǎng)模型

在配電網(wǎng)內(nèi)，所引入、投放的元件多數(shù)屬于可修復元件。元件處于正常運行狀態(tài)，在發(fā)生故障后轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)，依托一段時間的檢修恢復至正常運行。元件可靠度為元件在0至t時刻運行期間發(fā)生故障的概率，其與元件在t時刻前正常且在t時刻后發(fā)生故障的概率間存在的關(guān)系可以使用下式表達：

式中，h（t）為元件在t時刻前正常且在t時刻后發(fā)生故障的概率，R（t）為元件可靠度使用元件在0至t時刻運行期間發(fā)生故障的概率。

假設(shè)h（t）為λ且為常數(shù)，進一步對R（t）與λ間的關(guān)系進行推導，可以使用下式進行表達：

式中，e為自然對數(shù)的底數(shù)。

t時刻后元件故障被修復的概率即為修復率；元件在0至t時刻發(fā)生故障并得到修復的概率即為修復概率。假設(shè)修復率為常數(shù)且等于μ，則有：

式中，G（t）為元件在0至t時刻發(fā)生故障并得到修復的概率。計算平均修復時間的公式為：

出于對提升配電網(wǎng)可靠性分析容易程度的考量，在本研究中落實了對模型的簡化。在此過程中，針對“分區(qū)”的概念做出如下界定：開關(guān)與負荷點的集合為一個分區(qū)，在一個分區(qū)內(nèi)，僅包含單個開關(guān)。在區(qū)域內(nèi)開關(guān)發(fā)生故障的條件下，相應(yīng)區(qū)域的負荷會轉(zhuǎn)入失電狀態(tài)，產(chǎn)生故障問題。在故障得到修復處理后，開關(guān)中心合閘，促使分區(qū)內(nèi)的負荷恢復至正常供電狀態(tài)。在各個分區(qū)中，負荷停電時間保持一致?；诖?，可將本研究選定的配電網(wǎng)自動化模型劃分為6個單元。針對選定的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實施仿真處理，參考無備用式供電線路的特點及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對饋線內(nèi)的各負荷節(jié)點實施編號處理。結(jié)合不同線路的型號及其與其他線路特性間的差異，對各線路的連接點設(shè)定為節(jié)點。

1.1.2 故障模式影響分析圖的建立

針對各元件故障后的系統(tǒng)實施分區(qū)處理，如圖1所示，并在此基礎(chǔ)上落實對負荷點所在區(qū)域的確定，提取、保存相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)系統(tǒng)可靠性分析的展開提供支持。

圖1 配電網(wǎng)單元劃分示例

1.2 可靠性綜合評估模式

1.2.1 就地控制模式

在重合器及分段器的作用下，通過對就地控制模式的應(yīng)用，配電網(wǎng)能自動完成故障隔離。實際的故障隔離動作期間，重合器的首次重合時間約為15 s，再次重合時間約為5 s，若是發(fā)生的故障問題屬于永久性故障，那么重合器不會進行第二次重合，避免對設(shè)備產(chǎn)生更為嚴重的沖擊?；诰偷乜刂颇Ｊ降呐潆娋W(wǎng)中，投放的分段器為3個，設(shè)定的X時限整定為6 s或是12 s完成整定；Y時間均為5 s。

1.2.2 集中控制模式

在斷路器的作用下，通過對集中控制模式的應(yīng)用，配電網(wǎng)能自動完成故障隔離。實際的故障隔離動作期間，當某區(qū)發(fā)生故障問題后，設(shè)備會自動展開信號采集并向主站端傳輸，由主站軟件第一時間對相應(yīng)信號與數(shù)據(jù)實施自動化分析，并結(jié)合相關(guān)算法完成故障定位；直接落實對隔離故障指令的下達，控制對應(yīng)區(qū)域的斷路器分閘，然后再恢復正常供電。

2 配網(wǎng)自動化建設(shè)對供電可靠性影響的綜合評估算例分析

2.1 基本參數(shù)

以前文所述的系統(tǒng)為例，設(shè)定系統(tǒng)內(nèi)各條饋線的出口開關(guān)元件為重合器、其他開關(guān)元件為分段器；設(shè)定7 s 為相鄰分段器的動作時延；設(shè)定5 s 為分段器的Y時限。針對無配網(wǎng)自動化、就地控制模式、集中控制模式這3種模式下配電網(wǎng)的可靠性展開分析。不同模式對應(yīng)的可靠性指標設(shè)定如下：無配網(wǎng)自動化模式，故障隔離期間，故障定位用時2 h，開關(guān)動作用時20 min；平均故障修復時間為6 h；送電時間為20 min。就地控制模式，故障隔離期間，故障定位用時2 min，開關(guān)動作用時5 min；平均故障修復時間為5 h；送電時間為20 min。集中控制模式，故障隔離期間，故障定位用時10s，開關(guān)動作用時9 s；平均故障修復時間為5 h；送電時間為8 s。

利用OpenDSS 平臺完成算法編程，設(shè)定10 000a為模擬時間，對表1內(nèi)各模式下的可靠性指標進行。

表1 基于無配網(wǎng)自動化模式的系統(tǒng)可靠性指標

2.2 綜合性評估流程

本研究中設(shè)計并使用的可靠性評估流程如圖2所示。可靠性分析期間，落實對仿真時間的錄入，并模擬時鐘初始化為0；產(chǎn)生多個隨機且服從[0，1]，計算元件的無故障運行時間；計算無故障運行時間；記錄該元件故障的各種可靠性指標；判斷時間是否小于設(shè)定年限，如果判斷結(jié)果為大于設(shè)定年限，則直接返回第二步計算元件的無故障運行時間的這一操作；如果判斷結(jié)果為小于設(shè)定年限，則統(tǒng)計模擬時間內(nèi)相應(yīng)的負荷點停電頻率、停電時間、缺少供電量等指標。

圖2 可靠性評估流程

2.3 可靠性仿真結(jié)果

系統(tǒng)可靠性指標見表1、表2、表3。SAIFI 為單位時間內(nèi)每一個由系統(tǒng)供電用戶的平均停電次數(shù)設(shè)定；CAIDI 為單位時間用戶平均每次停電的時間設(shè)定；MAIFI 為系統(tǒng)的短時停電頻率設(shè)定；MAIDI 為用戶每次短時停電所持續(xù)的時間設(shè)定；SAIDI 為單位時間內(nèi)每個由系統(tǒng)供電的用戶的平均停電持續(xù)時間設(shè)定；ENS 為系統(tǒng)中停電負荷的總停電量設(shè)定；ASAI 為單位時間內(nèi)用戶實際獲得供電的時間與要求獲得供電的時間之比設(shè)定。

表2 基于就地控制模式的系統(tǒng)可靠性指標

表3 基于集中控制模式的系統(tǒng)可靠性指標

結(jié)合上述分析結(jié)果，可明確：

（1）就地控制模式、集中控制模式這兩種配網(wǎng)自動化控制模式，相比于無配網(wǎng)自動化模式來說，長時間停電頻率均發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)出大幅降低的變化趨勢；對于長時間停電頻率而言，這兩種控制模式所產(chǎn)生的影響（顯現(xiàn)出的改善程度）基本一致；從整個系統(tǒng)的角度來看，依托配網(wǎng)自動化建設(shè)，能促使長時間停電頻率降低61%左右。

（2）結(jié)合前文的分析結(jié)果能明確在饋線分段數(shù)量增加的條件下，配網(wǎng)自動化建設(shè)對于長時間停電頻率的降低程度愈加明顯。

（3）用戶平均停電持續(xù)時間表現(xiàn)出增長的變化趨勢，造成這一結(jié)果的主要原因在于配網(wǎng)自動化涵蓋著修復故障的時間，因此對應(yīng)的時長也就有所增加。相比于集中控制模式而言，就地控制模式下的用戶平均停電持續(xù)時間更大，能高出約0.5 h。

（4）從整個系統(tǒng)的角度來看，依托配網(wǎng)自動化建設(shè)，會對系統(tǒng)每年的停電時間指標產(chǎn)生一定程度的影響，相比于無配網(wǎng)自動化模式來說，均會使得平均長時停電持續(xù)時間有所增加，其中，在就地控制模式下，平均長時停電持續(xù)時間相比無配網(wǎng)自動化模式會增加52.1%左右；在集中控制模式下，平均長時停電持續(xù)時間相比無配網(wǎng)自動化模式會增加43.2%左右。系統(tǒng)缺供電量、系統(tǒng)供電可靠率與平均長時停電持續(xù)時間的優(yōu)化水平表現(xiàn)出了正相關(guān)的變化趨勢。

3 結(jié)束語

依托配網(wǎng)自動化建設(shè)，能促使配電網(wǎng)的長時間停電頻率降低；在饋線分段數(shù)量增加的條件下，配網(wǎng)自動化建設(shè)對于長時間停電頻率的降低程度愈加明顯；配網(wǎng)自動化建設(shè)使得用戶平均停電持續(xù)時間增長，相比于集中控制模式而言，就地控制模式下的用戶平均停電持續(xù)時間更大；依托配網(wǎng)自動化建設(shè)，能促使系統(tǒng)短時停電頻率有所增加，平均長時停電持續(xù)時間也有所增大；通過組織展開配網(wǎng)自動化建設(shè)，能使得整個電力系統(tǒng)的總體停電時長得到有效減小，從而促使相應(yīng)電力系統(tǒng)的運行可靠性、配網(wǎng)供電可靠性提高。