配电网可靠性分层评估算法

文　艳罗　安谷群辉

(中南大学信息工程与科学学院,长沙410083)
ReliabilityStratificationEvaluationAlgorithmofDistributionNetwork

WenYanLuoAnGuQunhui

(CollegeofInformationScienceandEng.CentralSouthUniv.ChangSha410083)
　　Abstract:Aimingatthethreemodesgeneratedbyfailureandanalyzingtheinfluencetothereliabilityofdistributionnetworkcausedbythreefailuremodes,thispaperpresentsanassessmentalgorithmofelectricalpowersystemreliabilitybasedonfailurediffuse.Thealgorithmcanquicklycalculatethereliabilityindexofthefeederline,transformersubstationandelectricnetwork,whichfindoutthesystemcapacityconstraintinfluencingthereliabilityofthecurrentsupply.Itprovideapowerfultoolfordistributionsystemplanningandreconstruction.Theapplicationofthealgorithmcorroboratesitsvalidityandefficiency.
　　Keywords:reliability;stratificationalgorithm;distributionnetwork　　
　　摘　要:针对故障产生的三种模式,分析故障的三种模式对配电网可靠性的影响，文中提出了一种基于故障扩散的电网可靠性评估算法。该算法可快速计算电网各馈线、变电站和电网的可靠性指标,并可找出影响供电可靠率的薄弱环节,为配电系统规划和管理及城乡电网改造提供了有力的分析工具。同时对算例进行了验证，计算结果表明了算法的有效性。
　　关键词:可靠性;分层算法;配电网


0引言
　　配电系统可靠性研究的目的是评估系统究竟在多大程度上能够保证各个用户的供电连续性。据调查，负荷点用户停电事件中，约80是由配电系统引起的。因此，研究如何提高配电系统的供电可靠性具有十分重要的意义^[1]。随着经济发展，城市电网的规模不断扩大，设备元件增加势必导致系统发生设备元件故障的概率增大。本文通过找出设备元件发生故障的三种模式：馈线级故障模式、变电站故障模式和上一级电网故障模式，分析故障的三种模式对配电网可靠性的影响，采用分层算法，提出了一种基于故障扩散的电网可靠性评估算法。

1分层算法
　　考虑设备元件发生故障的三种模式,逐一分析每种模式对配电网可靠性的影响,即其产生的停电时户数，并结合配电网的网络拓扑结构,综合得到配电网可靠性数据^[2]。
1.1三种故障模式及其对配网可靠性的影响
　　馈线级故障模式是指在电网各馈线中的设备元件发生的永久性故障,采用的指标为设备故障率和设备每次故障平均停电持续时间。故障对配电网可靠性的影响即为故障引起的停电时户数：假设设备故障发生在某馈线第段,对于该故障段，其停电用户数为C_i，停电时间表为故障元件修复时间；对于该段以后的所有停电用户∑C_j(j>i)，若无联络线，停电时间为故障元件修复时间；若有联络线，停电时间为联络开关操作时间。
　　变电站故障模式是指电网中母线发生故障，用母线平均修复时间和母线可用系数表示。一般母线分二段，且不考虑二段母线同时故障。母线故障产生的停电时户数为：故障母线所带负荷是否可以全部转移，可转移负荷停电用户数为故障母线段有联络出线用户数，停电时间为联络开关倒闸平均操作时间；不可转移负荷为故障段母线无联络出线用户数，其停电时间为母线修复时间。若母线与出线上设备同时发生故障时,取两者中修复时间最大者。
　　上一级电网的故障模式是指在电网中上一级电网由各种设备元件或母线等原因产生不能对配网进行正常供电的故障，通常指220KV级,相应指标为上一级故障排除时间和上一级输变电设施的可用系数。该故障产生的停电时户数为：考虑上一级电网输变电系统故障是否引起母线不带电。若引起母线不带电,母线分段时的停电用户数为上一级故障变电站所对应母线段的用户数，停电时间为联络开关倒闸操作时间;母线不分段时，可转移负荷的停电时间亦为联络开关倒闸平均操作时间,不可转移负荷停电时间为上一级电网故障修复时间。
1.2算法的数学模型
　　算法基于如下假设：a)　不考虑由于容量不足的限电；b)　有联络的出线故障后，完好区段的负荷能够全部转移；c)　不考虑外力破坏作用的影响，不考虑作业、检修、预安排产生的停电，而只考虑设备故障产生的停电；d)　不考虑瞬时故障，而考虑只有等故障设备（元件）修复后才恢复送电的永久性故障；e)　基于考虑由用户原因引起的事故、故障的停电，所以假设线路上用户越多，线路故障的可能性越大；f)　单向回路停电一次处理完成，全线同时恢复送电，多回路停电其各回路的停电操作和恢复送电操作同时完成；g)不考虑断路器等开关设备误动、拒动,所有的保护装置动作正确；h)由于现在各供电局在可靠性数据统计时没有统计到出线每段长度及支线长度，同时按照国家可靠性管理中心的要求，所以假设平均分段。
　　我们提出以下预测评估思想：通过对各变电站各出线进行故障停电事故枚举，得到出线的故障停电时间和故障次数，从而得到整个配电网的故障停电时间和故障次数，再根据可靠性指标的定义，得到整个配电网的可靠性指标^[3]。对整个配电网分三种情况考虑:(1)上一级输变电设施完好且母线无故障的停电时户数T_i1;(2)上一级输变电设施完好而母线故障的停电时户数T_i2.(2-1)母线分段(2-2)母线不分段(3)上一级输变电设施故障引起母线不带电的停电时户数T_i3.(3-1)母线分段(3-2)母线不分段两种情况。
1.2.1第一种情形
　　
　　T_ij变电站i出线j设备故障后的停电时户数。
1.2.2第二种情形
　　母线一般分为2段，不考虑二段母线同时故障
　　(2-1-1)故障母线所带负荷能全部转移时
　　
　　C_i1：变电站i故障母线段客户数t₁：联络开关倒闸平均操作时间
　　(2-1-2)故障母线所带负荷不能全部转移时

　　t₃：母线修复平均时间
　　当母线与出线上设备发生同时故障时，则取修复时间为两者中最大者。其余同上。
1.2.3第三种情形
　　(3-1-1)考虑双电源双母线，上一级故障变电站所对应母线段的客户数可由完好变电站所对应母线通过联络开关完全转移。此时
　
　　C_i3：上一级故障变电站所对应母线段的客户数
　
　　C_i4：变电站i无联络线的出线所带客户数t4：上一级故障排除时间，负荷可通过联络开关完全转移，
　
　
式中：T为上一级输变电设施可用系数；B为母线可用系数；T为配电网总的停电时户数；T^′为配电网总的停电时间；F为配电网总的故障次数；C为配电网总的用户有数；L为配电网总的线路长；n配电网变电站总数；RS₁，RS₂、RS₃为平均供电可用率；AIHC-F为系统平均停电持续时间（n/次）；RSFI为系统平均故障次数（次/百公里）。

2算法实现
　　分层技术按配电网―变电站―馈线―段―设备的层次建立数据结构。系统采用VC 6.0实现，整个配电网结构通过作图表示，而配电网的参数用数据结构存储。为了在软件中实现分层技术,采用静态切分窗口得到左右视图，左视图基于CTreeView类[4],用树型结构表示配电网―变电站―馈线层。软件初始化时只生成根节点表示配电网层，根节点下添加若干新节点，表示变电站层，变电站层节点下添加新节点表示馈线层。变电站层节点建立数据结构存储故障率、故障时间、载容比系数等参数。馈线层节点建立数据结构存储元件类型、起始点、终点、导线长度等参数。
　　右视图用来表示馈线―段―设备层.因为算法将配电网参数与其拓扑结构结合,而实际配网结构比较复杂，为方便数据分析处理，开发了专门的作图工具,用来绘制网络拓扑结构[1][2]下一页