配电网安全性指标的研究刘伟¹，郭志忠^1,2（1.哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨150001；
2.北京许继电气有限公司，北京100085）摘要：该文从配电网供电安全性出发，在K(N-1 1)安全性准则的基础上，通过比较配电网和输电网的差异，指出配电网静态安全分析需要不同于输电网的安全性指标和分析方法。以此为前提提出了事故后果严重程度指标，并在此基础上进一步提出系统网架结构强弱指标和系统整体安全性指标，作为配电网静态安全分析的基础。文中还对指标的应用进行了探讨，并利用算例对安全性存在差异的系统的各项安全性指标进行了计算、分析和比较。算例表明文中提出的配电网安全性指标是可行的。它能够定量地刻画事故后果的严重程度，准确地反映系统安全性的高低，为配电网静态安全分析奠定了基础。
关键词：电力系统；配电网安全性；安全性指标；安全性评价1引言
电力系统的安全性是指当互连系统运行中发生故障时，保证对负荷持续供电的能力，即系统保证避免引起广泛波及性供电中断的能力^[1]，它涉及到系统的当前现状和突然发生的故障（突发性偶然事故）。电力系统静态安全分析主要包括事故筛选、预想事故分析和安全控制，其中前两项是安全分析的基础，其分析过程是在事故后果严重程度行为指标的基础上进行的。
因配电系统的电压等级较低，负荷较轻，且动态元件少，所以一般认为配电网中没有明显的暂态过程，同时，配电网通常具有闭环设计、开环运行的特点，以上这些决定了配电网的安全分析主要指静态方面，而且不能照搬输电网的准则和分析控制手段。
对于输电网中的事故筛选和预想事故分析而言，对事故后果严重程度行为指标的定义和应用已经很成熟^[1~5]。由于对配电网安全分析的研究才开始不久，加之其不同于输电网的诸多特点，因此，目前还没有提出较为实用和有效的安全性指标。文[6]提出了提高配电网供电恢复能力的算法，但并没有论述可行的配电网安全性指标。相对于输电网中经典的N-1安全性准则，文[7]提出了配电网安全分析的K(N-1 1)准则，但也没有对可以量化的安全性指标加以深入研究。
本文根据配电网的结构和运行特点，在K(N-1 1)准则的基础上，提出了较为完整的配电网安全性指标，该指标能够定量地刻画事故后果严重程度、描述系统整体的网架结构和安全性的强弱，为配电网静态安全分析奠定了基础。
2配电网安全性指标
2.1问题的提出
输电网的静态安全分析基于N-1安全性准则（这是由输电网闭环设计、闭环运行的特点所决定的），并在此基础上定义了描述事故后果严重程度的行为指标，可直接在元件（支路和发电机）模拟开断后进行计算。配电网它具有不同于输电网的特点，如闭环设计、开环运行等，存在有大量的分段开关和联络开关，使网络具有鲜明的变结构特性，在元件(支路)模拟开断后，沿潮流方向与该支路相连的下行支路将完全失电，出现非故障失电区域，此时，输电网的安全性指标及分析方法已经不再适用。因此，配电网静态安全分析不能沿用输电网的指标和方法，这是由二者在结构和运行特点上的差异所决定的。
文[6]首先提出了配电网的N-1 1安全性准则，充分考虑配电网的变结构特性，即在一条支路发生故障而切除后，需要先闭合一个开关以对非故障失电区域内的负荷恢复供电，即“断一合一”。配电网的变结构特性使这种满足电气和拓扑约束的恢复供电方案可能不唯一，即有K种方案，从而得到了配电网安全分析的K(N-1 1)准则。
事实上，对于配电网中的每一个可能的偶然事故，都会有一个相应的K值存在，有些事故的K值为0，则说明该事故发生后，能够满足系统各种约束且能保证对非故障失电区域内所有负荷恢复供电的方案不存在，或方案的代价太大而无法实施，此时就必须切除部分负荷，以恢复对其他负荷的正常供电。从供电安全性角度来看，人们总是希望这样的事故越少越好，应使尽可能多的偶然事故对应的K>0。N-1 1准则保证了供电的可靠性，而在K(N-1 1)准则中，当K>1时，会有一个最优的恢复供电方案，此时就能保证系统在事故后优质经济的运行。在该准则的基础上，本文提出了配电网安全性指标。
2.2事故后果严重程度指标
在配电网中，永久性故障发生后通常都会有负荷损失，这些损失的负荷可以分为两部分：故障区间内的固定损失部分和非故障失电区域内的非固定损失部分，前部分是由隔离故障而导致的，在故障修复之前无法对其恢复供电；②由于配电网的辐射状网络结构，将会使故障隔离后的下行供电区域失电，该部分属于后一类负荷损失，一般可以在故障隔离后对这部分负荷进行转供操作，尽量减少其损失，因此认为该部分负荷损失是不固定的。对于K>0的偶然事故，第2类负荷损失最终可以减少到0。
偶然事故的后果严重程度可以通过一系列量化指标来加以描述，包括事故发生时的瞬时后果以及一段时期内的长期后果。
（1）事故后能量损失率
设T_FL为故障修复（持续）时间，T_E为评价周期（如一年），S_FL为负荷损失容量，S_SL为系统负荷容量，N_FC为事故后所有损失的用户数，N_SC为系统总用户数，则事故后负荷损失率定义为
式中为第i个损失用户的容量；为系统第j个用户的容量。
在实际运行中，配电网用户在重要程度上存在着差别，这一点体现在对供电优先级要求的不同，即用户的优先级越高，对供电可靠性的要求也越高。为此，引入等级因子γ(0<γ≤1)对用户的优先级加以区分。γ越大，表明该用户的供电优先级越高，由于用户的级别再低也是有等级的，因此γ>0，最高级别用户γ=1。等级因子的设定，需要通过供电部门和用户之间的交互来进行。因事故而损失的负荷中，各用户等级的高低也从一个侧面反映了事故后果的严重程度，因此，考虑等级因子的ρ_FE指标为
式中是第i个被切除用户的等级因子；rⁱ_SL是系统第j个用户的等级因子。
显然，负荷损失率仅仅刻画了事故发生瞬时的后果严重程度，无法反映事故在一段时期内的影响，这时候就需要考虑到支路的故障率。故障率的引入，就是为了刻画某一偶然事故在一段时期内可能对系统造成的不利影响，而并非仅指事故发生时刻。此外，既然考虑到了时间的影响，那么事故造成的电气损失就不仅仅是功率，而应该是功率对时间的积分，即能量损失。因此，定义具有时间特性的事故后能量损失率指标为
式中L为支路长度。
为了体现C_FE的意义，暂不对上式进行化简。
从式(3)可以[1][2][3]下一页