-配電自動(dòng)化條件下配電系統(tǒng)供電可靠性評估

1、Q 專業(yè)做論文中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：配電自動(dòng)化條件下配電系統(tǒng)供電可靠性評估學(xué)習(xí)中心： 重慶信息工程專修學(xué)院奧鵬學(xué)習(xí)中心年級專業(yè)： 0409 級 電氣工程及自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 晏小玲 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師: 韓亞軍 職 稱: 講 師 導(dǎo)師單位： 重慶信息工程專修學(xué)院 中國石油大學(xué)（華東）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時(shí)間： 2007 年 12 月 20 日中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書發(fā)給學(xué)員 晏小玲 1設(shè)計(jì)(論文)題目： 配電自動(dòng)化條件下配電系統(tǒng)供電可靠性評估 2學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日3設(shè)計(jì)(論文)課題要求：此設(shè)

2、計(jì)研究一種考慮配電自動(dòng)化條件下配電系統(tǒng)供電可靠性的評估方法，并實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件，經(jīng)過理論分析及算例結(jié)果驗(yàn)證，可以得出配電系統(tǒng)供電可靠性的評估1)配電系統(tǒng)各參數(shù)可靠性的評估 2)配電系統(tǒng)各種假設(shè)模型 3)配電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望 4實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容:1)配電系統(tǒng)的可靠性參數(shù)的調(diào)試 2)在老師的幫助下完成配電區(qū)域的測試 3)綜合各部分的參數(shù)完成此次設(shè)計(jì)的完成 5文獻(xiàn)查閱要求:1)查閱配電系統(tǒng)的可靠性評估 2)查閱配電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望 3)查閱配電網(wǎng)的簡化模型 6發(fā) 出 日 期： 2007 年 11 月 1 日 7學(xué)員完成日期： 2007 年 12 月 25 日指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名

3、： 摘摘 要要配電自動(dòng)化對于提高供電可靠性具有重要意義，本文研究了在實(shí)現(xiàn)了配電自動(dòng)化的條件下，配電系統(tǒng)供電可靠性的評估，所作的工作主要包括:面向配電系統(tǒng)供電可靠性評估，建立了復(fù)雜配電網(wǎng)的簡化模型，并將配電網(wǎng)分解為一些內(nèi)部不含有操作元件的最小配電區(qū)域，以最小配電區(qū)域而不是以單個(gè)元件為單位設(shè)置故障進(jìn)行供電可靠性分析，從而大大提高了分析的效率。分析了母線故障、開關(guān)故障、斷路器及熔斷器發(fā)生拒動(dòng)等對供電可靠性的影響，并且在配電系統(tǒng)供電可靠性評估中綜合考慮了上述影響。根據(jù)當(dāng)前各供電企業(yè)計(jì)劃檢修的實(shí)際安排特點(diǎn)，在配電系統(tǒng)供電可靠性評估中，以各配電線路為單位設(shè)置檢修，并考慮了母線及主變壓器計(jì)劃檢修的情形，評估

4、結(jié)果更加符合實(shí)際情況。上述工作的基礎(chǔ)上，研究了綜合考慮通過配電自動(dòng)化進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)條件下的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法。采用 VC+.60 實(shí)現(xiàn)了包含全部上述內(nèi)容的配電系統(tǒng)供電可靠性評估應(yīng)用軟件，采用典型算例進(jìn)行了測試和驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)供電可靠性評估方法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明:提出的方法是可行的，并具有更高的計(jì)算效率，且能夠考慮更多的影響因素。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: 配電系統(tǒng) 配電自動(dòng)化 供電可靠性目目 錄錄摘 要.i目 錄.ii第 1 章 緒論.11.1 配電系統(tǒng)供電可靠性評估研究的必要性.11.2 配電系統(tǒng)供電可靠性評估研究的現(xiàn)狀及方法.31.2.1 傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法.41.2.2 改

5、進(jìn)的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法.51.3 本文研究的意義及所完成的工作.8第 2 章 配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)及模型.112.1 供電可靠性指標(biāo)及參數(shù).112.1.1 元件的可靠性參數(shù).112.1.2 負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo).112.1.3 系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo).122.2 元件的可靠性模型.132.2.1 功率元件.132.2.2 操作元件.142.2.3 負(fù)荷.162.3 系統(tǒng)的可靠性模型.162.3.1 簡單系統(tǒng)的可靠性模型.162.3.2 復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性模型.17第 3 章 基于簡化模型的配電系統(tǒng)可靠性評估.193.1 配電系統(tǒng)供電可靠性評估的基本方法.193.2 配電系統(tǒng)的可靠性簡

6、化模型.193.3 基于簡化模型的基本處理.223.3.1 連通系及其分解.223.3.2 最小配電區(qū)域及其分解.233.3.3 區(qū)域可靠性參數(shù)的等效計(jì)算.243.3.4 故障或檢修的設(shè)置.253.3.5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?25第 4 章 簡化模型的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法.264.1 故障后的負(fù)荷點(diǎn)歸類.264.2 故障后果分析.294.2.1 基于簡化模型的配電系統(tǒng)可靠性評估.294.2.2 動(dòng)作開關(guān)拒動(dòng)的影響.324.2.3 計(jì)劃檢修的影響.334.3 供電可靠性指標(biāo)的計(jì)算.344.4 供電可靠性評估流程.35第 5 章 結(jié)論.37致 謝.38參考文獻(xiàn).39第第 1 1 章章 緒論緒論1.11

7、.1 配電系統(tǒng)供電可靠性評估研究的必要性配電系統(tǒng)供電可靠性評估研究的必要性電力系統(tǒng)可靠性是對電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷的向電力用戶供應(yīng)電力和電能能力的度量。其實(shí)質(zhì)就是用最科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的方式充分發(fā)揮發(fā)供電設(shè)備的潛力，保證向全部用戶不斷供給質(zhì)量合格的電力，從而實(shí)現(xiàn)全面的質(zhì)量管理和全面的安全管理。它的發(fā)展有著深刻的社會(huì)背景以及重要原因，隨著國民經(jīng)濟(jì)和系統(tǒng)規(guī)模的迅速增長，對于電力系統(tǒng)安全可靠性的要求必將越來越高:(1)電力系統(tǒng)不斷向超高壓、遠(yuǎn)距離、大機(jī)組、大容量方向發(fā)展，不但要求提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，而且對系統(tǒng)的安全可靠性也提出了新的更高的要求。60 年代以后，許多國家的大電網(wǎng)相繼發(fā)生了重大

8、的事故，引起了大面積的停電，這些停電事件不但造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且危及社會(huì)秩序，對整個(gè)社會(huì)造成了一定的影響，為了預(yù)防這些事故的發(fā)生，定量的評價(jià)和改善電力系統(tǒng)可靠性的研究，便越來越受到人們的重視。(2)為了避免電力系統(tǒng)超高壓、遠(yuǎn)距離、大機(jī)組、大容量的優(yōu)越性被不利因素的影響所抵消，對可靠性的研究也日益迫切。(3)隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的高度信息化、現(xiàn)代化，辦公設(shè)備的自動(dòng)化，人們對電力的依賴性越來越深。任何短時(shí)間的停電、頻率偏差、瞬時(shí)電壓下降，都會(huì)對生產(chǎn)生活帶來影響。因此，電力行業(yè)作為共用事業(yè)，政府從行政及立法上對供電質(zhì)量、安全性、可靠性提出了越來越高的要求。(4)電力是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的

9、能源，近幾年在西方國家的電力行業(yè)中引入了市場競爭機(jī)制，其競爭的焦點(diǎn)是電力的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。為了適應(yīng)市場的需要，各國電力公司重點(diǎn)研究和發(fā)展可靠性。配電系統(tǒng)的根本任務(wù)就是盡可能經(jīng)濟(jì)而可靠的將電力分配給各種用戶，整個(gè)電力系統(tǒng)的供電能力和質(zhì)量都必須通過配電系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)實(shí)際上是整個(gè)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性的集中反映。因此，配電系統(tǒng)供電可靠性是整個(gè)電力系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要組成部分:(1)配電系統(tǒng)處于整個(gè)電力系統(tǒng)的最末端、直接與用戶相連，是包括發(fā)電、輸變電和配電在內(nèi)的整個(gè)電力系統(tǒng)與用戶聯(lián)系、向用戶供應(yīng)電能和分配電能的重要環(huán)節(jié)。一旦配電系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障或進(jìn)行檢修，往往就會(huì)同時(shí)造成系統(tǒng)對

10、用戶供電的中斷，直到配電系統(tǒng)及其設(shè)備的故障或檢修被排除或修復(fù)，恢復(fù)到原來的完好狀態(tài)，才能繼續(xù)對用戶供電。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，用戶停電故障中 80%以上是由配電系統(tǒng)故障引起的。(2)配電系統(tǒng)大多采用輻射式的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對單故障比較敏感。據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文料表明，配電網(wǎng)絡(luò)約占整個(gè)配電系統(tǒng)投資的 60%及運(yùn)行成本的 20%，它對用戶配電系統(tǒng)供電可靠性的影響也最大，其可靠性直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)和居民生活。(3)隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為代表的高度信息化設(shè)備的廣泛普及，用戶對配電系統(tǒng)供電可靠性要求也越來越高，既使僅從加強(qiáng)配電系統(tǒng)供電可靠性所花費(fèi)的資金及其對社會(huì)和經(jīng)濟(jì)所產(chǎn)生的效益來看，配

11、電系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)可靠性工程中也具有極為重要的地位。因此，對配電系統(tǒng)供電可靠性的研究，是保證供電質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)現(xiàn)代化的重要手段，對促進(jìn)和改善電力工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益以及進(jìn)行城市電網(wǎng)建設(shè)和改造有著重要作用。配電系統(tǒng)供電可靠性問題已越來越為人們所關(guān)注。目前，國際上發(fā)達(dá)國家對于配電系統(tǒng)的供電可靠性都有著較高的要求，一般都在 99.99%以上。而在我國， 電力事故調(diào)查規(guī)程中己將 10KV 用戶供電可靠率列入供電安全考核項(xiàng)目之中，并且主管部門提出的供電企業(yè)的一流標(biāo)準(zhǔn)中，配電系統(tǒng)用戶供電可靠率(市中心+市區(qū)+城鎮(zhèn))不低于 99.%，用戶年平均停電時(shí)間小于 8.76 小時(shí)。顯然，

12、這個(gè)水平比起國際先進(jìn)水平來，差距很大。所以，對配電系統(tǒng)供電可靠性進(jìn)行研究，并提高其整體水平，在我國就顯得尤為重要。配電系統(tǒng)供電可靠性評估就是根據(jù)可靠性工程理論，采用一定的評估方法和評估手段對整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性進(jìn)行定量的預(yù)測，它是配電系統(tǒng)供電可靠性研究問題中的核心內(nèi)容，是進(jìn)行配電系統(tǒng)供電可靠性管理的前提和基礎(chǔ)。通過對供電可靠性的預(yù)測和評估，能夠找出配電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、發(fā)現(xiàn)影響供電可靠性的主要因素，從而可以針對存在的問題提出具體的改進(jìn)措施，進(jìn)一步提高供電可靠性管理工作的水平并使整個(gè)系統(tǒng)的安全性能和經(jīng)濟(jì)效益得到顯著的增加。1.21.2 配電系統(tǒng)供電可靠性評估研究的現(xiàn)狀及方法配電系統(tǒng)供電可靠性評估研

13、究的現(xiàn)狀及方法國外，對于配電系統(tǒng)供電可靠性評估的研究起步較早。現(xiàn)在，供電可靠性評估己成為許多國家配電系統(tǒng)規(guī)劃決策中的一項(xiàng)常規(guī)性工作，美國、英國、加拿大、日本、法國、西歐及俄羅斯都成立了專門的研究機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)配電系統(tǒng)供電可靠性評估原始數(shù)據(jù)的收集和整理工作，并建立了完善的配電系統(tǒng)供電可靠性評估的指標(biāo)體系。在配電系統(tǒng)供電可靠性評估模型和算法上也取得了重要的研究成果，并己將評估結(jié)果用于配電網(wǎng)規(guī)劃等方面，大大的提高了配電系統(tǒng)的安全性能和經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)，對配電系統(tǒng)供電可靠性的研究始于上世紀(jì) 80 年代初期，晚于發(fā)電和輸電系統(tǒng)的研究。由于缺乏必要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和行之有效的分析方法，發(fā)展較為緩慢。近年來，隨著國民經(jīng)

14、濟(jì)的飛速發(fā)展，城市用電負(fù)荷迅速增長，供需矛盾日益突出，供電可靠性在生產(chǎn)管理工作中所占的位置也越來越重要。為使有限的資源取得最大的收益，迫切需要對配電系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，從而促進(jìn)了配電系統(tǒng)供電可靠性評估的發(fā)展。目前求取電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的方法主要有模擬法和解析法兩大類:模擬法，是通過對元件的概率分布采樣來進(jìn)行狀態(tài)的選擇和估計(jì)，利用統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法得到可靠性指標(biāo)，該方法靈活且不受系統(tǒng)規(guī)模限制，但是耗時(shí)多而且精度不高，主要用于發(fā)、輸電組合系統(tǒng)的可靠性評估中;解析法是根據(jù)電力系統(tǒng)元件的隨機(jī)參數(shù)，建立系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值計(jì)算方法獲得系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)，它可以進(jìn)一步分為馬爾可夫法和網(wǎng)絡(luò)法兩類，馬爾可

15、夫法能夠較好的處理各種復(fù)雜情況，但當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，該方法將變得十分繁復(fù)，網(wǎng)絡(luò)法是配電系統(tǒng)供電可靠性評估中最為常用的傳統(tǒng)方法。1.2.1 傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法是網(wǎng)絡(luò)法，該方法也稱為故障模式與后果分析法(FailuerModenadE 價(jià) et 劫 alysis，F(xiàn)MEA)。在進(jìn)行供電可靠性分析的過程中，F(xiàn)MEA 方法通過對系統(tǒng)中各元件狀態(tài)的搜索，列出全部可能的系統(tǒng)狀態(tài)，然后根據(jù)所規(guī)定的可靠性判據(jù)對系統(tǒng)的所有狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)分析，找出系統(tǒng)的故障模式集合，并在此集合的基礎(chǔ)上，求得系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)。在對系統(tǒng)中各元件狀

16、態(tài)的搜索，列出全部可能的系統(tǒng)狀態(tài)的過程中，首先對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)想事故的選擇，確定負(fù)荷點(diǎn)失效事件(即故障集)，并對各個(gè)預(yù)想事件進(jìn)行潮流分析和系統(tǒng)補(bǔ)救，形成事故影響報(bào)表，將這些失效事件(事故)和影響報(bào)表統(tǒng)一存放在預(yù)想事故表中;根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)的故障集，從預(yù)想事故表中提取相應(yīng)故障的后果，計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo);系統(tǒng)可靠性指標(biāo)則可從各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)中分析得到。負(fù)荷點(diǎn)失效事件包括:(1)結(jié)構(gòu)性失效又稱全部失去連續(xù)性事件(ToatlLossofConiinuiyt，TLOC):指當(dāng)負(fù)荷點(diǎn)和所有電源點(diǎn)之間的所有通路都斷開時(shí)導(dǎo)致的該負(fù)荷點(diǎn)全部失電，通過尋找配電網(wǎng)絡(luò)的最小割集可有效判斷出導(dǎo)致 TLOC 的停運(yùn)組合。

17、(2)功能性失效又稱為部分失去連續(xù)性事件(partiaxLossofeontinuiyt，PLoe):它考慮到各元件的負(fù)載能力和系統(tǒng)電壓約束，如果一個(gè)停運(yùn)事件引起網(wǎng)絡(luò)超過約束，則必須斷開或者削減某一點(diǎn)的負(fù)荷以消除過載或電壓越限。可通過最小割集中的元件組合來尋找可能引起 PLOC 事件的停運(yùn)組合，如二階停運(yùn)組合可以通過選擇三階割集中的所有二階組合來獲得。確定停運(yùn)組合之后，進(jìn)行潮流計(jì)算并確定是否違反網(wǎng)絡(luò)約束，即可鑒別是否會(huì)發(fā)生 PLOC 事件。配電系統(tǒng)對一階故障敏感，高階故障發(fā)生幾率極低，因此在使用該方法分析配電系統(tǒng)供電可靠性時(shí)可以略去三階及以上停運(yùn)事件。FMEA 方法比較簡單，并且網(wǎng)絡(luò)模型與配電

18、系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著自然的相似，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大時(shí)各種故障后果分析將變得十分冗長。1.2.2 改進(jìn)的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法改進(jìn)的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法FEMA 法概念清晰、原理簡單，但是具有計(jì)算過程繁瑣、計(jì)算量大的不足。因此，大量學(xué)者都在 FMEA 法的基礎(chǔ)上繼續(xù)經(jīng)行了探索和研究，并提出了許多改進(jìn)方法:(l)最小路法連接任意兩節(jié)點(diǎn)間的有向弧或無向弧組成的集合稱為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的一條路。如果一條路中移去任意一條弧后就不再構(gòu)成路則稱這條路為最小路。最小路法是基于最小路原理的快速評估方法。其基本思想是:對每一負(fù)荷點(diǎn)，求取其最小路;根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，將非最小路上的元件故障對負(fù)荷點(diǎn)可靠性的影響，折

19、算到相應(yīng)的最小路的節(jié)點(diǎn)上，從而對每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，僅對其最小路上的元件與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，即可得到負(fù)荷點(diǎn)相應(yīng)的可靠性指標(biāo)?；谧钚÷吩淼目焖僭u估方法的核心是求取每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的最小路，這樣，整個(gè)系統(tǒng)的元件便可分為兩類:最小路上的元件和非最小路上的元件。對于最小路上的元件，處理原則為:如果系統(tǒng)無備用電源，那么最小路上的每個(gè)元件發(fā)生故障或檢修，均會(huì)引起負(fù)荷點(diǎn)的停運(yùn)。所以，參與計(jì)算的為元件停運(yùn)率(即故障率與計(jì)劃檢修率之和)和停運(yùn)時(shí)間。如果系統(tǒng)有備用電源，且主饋線上裝有分段裝置(隔離開關(guān)或分段斷路器)，那么分段裝置前的元件發(fā)生故障引起的后段負(fù)荷點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間僅為 Mxa 夏 S，T，其中 S 為分段裝置的操作時(shí)間，T

20、 為備用電源的倒閘操作時(shí)間;并且假設(shè)前段元件的檢修不會(huì)引起后段負(fù)荷的停運(yùn)。對于非最小路上的元件，先根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將其對負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)的影響折算到相應(yīng)的最小路的節(jié)點(diǎn)上，然后再按照上面所講的方法處理即可。其處理原則如下:對于分支線，如果其首端裝有烙斷器，那么分支線上的元件發(fā)生故障，熔斷器熔斷，故障不影響其它支線。如果主饋線上裝有隔離開關(guān)或分段斷路器，那么隔離開關(guān)或分段斷路器后的元件發(fā)生故障所引起的前段負(fù)荷點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間，為隔離開關(guān)或分段斷路器的操作時(shí)間 S，并且后段元件的檢修不會(huì)引起前段負(fù)荷點(diǎn)的停運(yùn)。(2)最小割集法如果最小路中的任一點(diǎn)不會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)中的任一支路(此點(diǎn)與同一最小路中在其前或后的點(diǎn)形成

21、的支路除外)與同一最小路中另一點(diǎn)相連，則稱此最小路為基本最小路，其余的最小路稱為輔助最小路。一個(gè)切斷所有基本最小路的最小割集也將切斷所有的輔助最小路。因此，只要通過切斷基本最小路的故障元件對網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行重新組合，就能充分地導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)的全部最小害集。對于一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，基本最小路數(shù)目可能要比最小路數(shù)目少幾個(gè)數(shù)量級。因此，1 緒論導(dǎo)出最小割集的時(shí)間大大減少，計(jì)算速度大大提高。求出最小割集的方法與步驟如下:第一步形成最小路樹;第二步由最小路樹導(dǎo)出基本最小路;第三步利用基本最小路求出最小割集。前兩步算法比較簡單，第三步可如下實(shí)現(xiàn):用 NP 紀(jì)錄基本最小路數(shù)，并把在基本最小路中出現(xiàn)的元件及出現(xiàn)的次數(shù)分別存放

22、在數(shù)組 C01JNT(I，l)，COIJNT(I，2)中。若一元件出現(xiàn)的次數(shù)等于 NP，則該元件構(gòu)成一階最小割集，這樣就迅速找出全部一階最小割集。在 COUNT 數(shù)組中把對應(yīng)形成一階最小割集元件的值賦零，并壓縮COIJNT 數(shù)組。在 C01 刃 NT 數(shù)組中找出構(gòu)成最短基本最小路的元件并移到數(shù)組最前面。然后和后面非最小路中的元件組合，形成二階割集。若該割集中兩個(gè)元件出現(xiàn)的次數(shù)之和不小于 NP，并且每個(gè)基本最小路中都至少包含其中一個(gè)元件，則該割集是二階最小割集。再取最短基本最小路中的一個(gè)元件和非最小路中的兩個(gè)元件的組合，形成三階割集。若三個(gè)元件出現(xiàn)次數(shù)總和不小于 NP，同時(shí)每個(gè)基本最小路中都至少

23、包含其中一個(gè)元件，并且該割集中不包含二階最小割集，則該割集是三階最小割集。同理可找出四階最小割集，除進(jìn)行上述檢查外，還要判斷是否包含三階最小割集。若有必要，對四階以上的最小割集可以此類推求出。(3)網(wǎng)絡(luò)等值法實(shí)際的配電系統(tǒng)往往由主饋線和副饋線構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)等值法主要針對實(shí)際配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用一個(gè)等效元件來代替一部分配電網(wǎng)絡(luò)，從而將一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)逐步簡化為簡單輻射狀的主饋線系統(tǒng)。等值法分為兩個(gè)步驟:首先是向上等效過程。該過程主要處理下層元件對上層元件的可靠性影響，將一個(gè)復(fù)雜的副饋線分支用等效分支線代替，逐層向上層等效，最終將網(wǎng)絡(luò)簡化為一個(gè)簡單輻射狀的主饋線網(wǎng)絡(luò);然后進(jìn)行向下等

24、效過程。該過程主要處理上層元件對下層元件可靠性的影響，將這種影響用等效串聯(lián)元件表示，并分層計(jì)算分布在各層的負(fù)荷點(diǎn)的可靠性。(4)基于故障擴(kuò)散的評估方法這是一種對帶子饋線的配電系統(tǒng)具有較強(qiáng)處理能力的供電可靠性評估方法。首先利用前向搜索算法確定斷路器動(dòng)作影響范圍、利用故障擴(kuò)散方法確定故障隔離的范圍，從而可以確定節(jié)點(diǎn)的故障類型(根據(jù)受故障影響的時(shí)間不同，將所有節(jié)點(diǎn)分為不受故障影響、受故障影響時(shí)間為隔離時(shí)間、受故障影響時(shí)間為隔離時(shí)間加切換操作時(shí)間、受故障影響時(shí)間為故障修復(fù)時(shí)間 4 種類型)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的故障類型，便可得出各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)以及系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)。(5)遞歸算法遞歸算法利用了配電網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)多

25、為樹狀的特點(diǎn)，首先將配電系統(tǒng)以靠性等效，簡化為一個(gè)形式簡單的網(wǎng)絡(luò)，在遍歷過程中遞歸調(diào)用可靠性計(jì)算公式，最終得到整個(gè)配電系統(tǒng)的所有負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)和整個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。這種算法利用了樹型結(jié)構(gòu)與配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相似性，首先將配電系統(tǒng)的饋線作為樹的結(jié)點(diǎn)，將配電系統(tǒng)存儲(chǔ)為樹型結(jié)構(gòu);通過對樹的后序遍歷逐層將下層饋線對上層饋線的影響等效成等效分支線，直至將包含主饋線和多條子饋線的復(fù)雜的配電網(wǎng)簡化為簡單的饋線連接負(fù)荷點(diǎn)的，可以直接利用可靠性計(jì)算公式計(jì)算的簡單結(jié)構(gòu)配電系統(tǒng)。然后，通過對樹的前序遍歷，逐層計(jì)算連接在不同層饋線上的負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，找到表示上層饋線上的元件對下層饋線上負(fù)荷點(diǎn)可靠性影響的等效串聯(lián)元件

26、，這樣遞歸遍歷下去，直到求出整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，進(jìn)而求出整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)。1.31.3 本文研究的意義及所完成的工作本文研究的意義及所完成的工作綜上所述，配電系統(tǒng)供電可靠性評估的研究具有巨大的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，前人對此進(jìn)行了大量的探索，并且已經(jīng)取得了許多重要的成果。但是，無論是傳統(tǒng)的研究方法還是改進(jìn)方法都存在著共同的不足:(1)現(xiàn)有的供電可靠性評估方法或者以元件為單位計(jì)算，或者先對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析并等效后再計(jì)算。由于系統(tǒng)中元件數(shù)目眾多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此具有計(jì)算量大、計(jì)算過程繁瑣的不足。隨著配電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，這個(gè)缺點(diǎn)進(jìn)一步的突出，對于部分特復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，采用現(xiàn)有的方法甚至很難

27、得到評估結(jié)果。(2)現(xiàn)有的供電可靠性評估方法沒有深入考慮母線及開關(guān)的故障對于供電可靠性指標(biāo)的影響。配電系統(tǒng)中的母線和開關(guān)數(shù)量眾多，這些元件發(fā)生故障的概率雖然較小，但是發(fā)生后往往會(huì)造成大量負(fù)荷點(diǎn)同時(shí)停電，后果比較嚴(yán)重，因此忽略這些元件必然會(huì)造成評估結(jié)果的不準(zhǔn)確。(3)現(xiàn)有的供電可靠性評估方法大多沒有根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)際情況考慮計(jì)劃檢修的影響，從而造成了評估結(jié)果的不夠完全真實(shí)。(4)現(xiàn)有的供電可靠性評估方法沒有考慮配電系統(tǒng)的自動(dòng)化對于供電可靠性指標(biāo)的影響。自動(dòng)化的應(yīng)用對于配電系統(tǒng)的供電可靠性具有直接影響:一方面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后開關(guān)的操作時(shí)間大大縮短;另一方面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，故障或檢修時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)重

28、構(gòu)盡快的恢復(fù)受影響的健全區(qū)域的供電，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)就是在滿足系統(tǒng)約束條件(如保證系統(tǒng)的連續(xù)性、輻射狀連接以及不能超過元件的電氣極限容量和繼電保護(hù)電流整定值等)的前提下，確定使配電系統(tǒng)某一指標(biāo)(如配電系統(tǒng)的線損、電壓質(zhì)量或供電可靠性等)最佳的配網(wǎng)運(yùn)行方式，因此考慮自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)，配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)不僅取決于系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，還受到元件電氣極限容量和繼電保護(hù)電流整定值的影響。目前自動(dòng)化在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)日益廣泛，在進(jìn)行供電可靠性評估時(shí)如果不考慮其影響，所得到的結(jié)果肯定同樣不能真實(shí)反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。針對以上不足，本文總結(jié)和繼承了前人的成果及經(jīng)驗(yàn)，在對配電系統(tǒng)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀進(jìn)行整體分析并綜

29、合考慮影響評估指標(biāo)的各種因素后，提出了一種配電系統(tǒng)的供電可靠性評估方法，主要工作有:(1)建立了面向配電系統(tǒng)供電可靠性評估的配電系統(tǒng)的簡化模型，并將配電系統(tǒng)分解為一些最小配電區(qū)域，各個(gè)最小配電區(qū)域內(nèi)部不含有操作元件。以最小配電區(qū)域而不是以單個(gè)元件為單位設(shè)置故障進(jìn)行供電可靠性分析，以提高分析的效率。(2)在配電系統(tǒng)供電可靠性評估中，綜合考慮母線故障、開關(guān)故障、斷路器及熔斷器發(fā)生拒動(dòng)等情形的影響。(3)在配電系統(tǒng)供電可靠性評估中，結(jié)合各供電局的實(shí)際檢修工作計(jì)劃，以各配電線路為單位設(shè)置檢修，并考慮母線及主變壓器計(jì)劃檢修的情形，使評估結(jié)果更加符合實(shí)際情況。(4)從文獻(xiàn)中提出了在故障、檢修和過負(fù)荷情況下

30、，以甩負(fù)荷總量最小為目標(biāo)函數(shù)，以配電系統(tǒng)中各個(gè)元件的電氣極限容量和繼電保護(hù)電流整定值為約束條件的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，該算法是對配電自動(dòng)化條件下進(jìn)行配電系統(tǒng)供電可靠性評估的關(guān)鍵，因此需要將該算法作為子程序加以實(shí)現(xiàn)。(5)綜合前 4 項(xiàng)工作，采用 vc+.60 實(shí)現(xiàn)綜合考慮通過配電自動(dòng)化進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)條件下的配電系統(tǒng)供電可靠性評估應(yīng)用軟件。(6)采用典型算例進(jìn)行了測試和驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)供電可靠性評估方法進(jìn)行了比較。第第 2 2 章章 配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)及模型配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)及模型建立可靠性指標(biāo)及模型是進(jìn)行配電系統(tǒng)供電可靠性評估的前提和基礎(chǔ)，在進(jìn)行分析時(shí)，一般把研究對象劃分為元件和系統(tǒng)兩

31、個(gè)層次川。本文將對配電系統(tǒng)的供電可靠性評估理論進(jìn)行研究，給出評估的參數(shù)及指標(biāo)，并建立元件的可靠性模型和網(wǎng)絡(luò)的可靠性模型模型。以此為基礎(chǔ)，在對配電系統(tǒng)進(jìn)行最小區(qū)域分解后，即能求出各最小配電區(qū)域的可靠性等效參數(shù)，從而可以區(qū)域?yàn)閱挝环治龉╇娍煽啃浴?.12.1 供電可靠性指標(biāo)及參數(shù)供電可靠性指標(biāo)及參數(shù)2.1.1 元件的可靠性參數(shù)元件的可靠性參數(shù)元件的可靠性參數(shù)是進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性評估的基本元素和原始數(shù)據(jù)。在實(shí)際計(jì)算中，這些參數(shù)值通常是在對各種運(yùn)行記錄經(jīng)過統(tǒng)計(jì)以后得出的，一般有以下幾項(xiàng):(1)年故障率兄(次/公里。年或次/臺(tái)。年);(2)平均故障修復(fù)時(shí)間;(小時(shí)/次);(3)年計(jì)劃檢修率刃(次/公里.

32、年或次/臺(tái)。年);(4)平均檢修持續(xù)時(shí)間 r(小時(shí)/次);需要指出的是，系統(tǒng)中的檢修包括臨時(shí)檢修及計(jì)劃檢修。與故障情況類似，臨時(shí)檢修也是隨機(jī)事件，因此實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常都將臨時(shí)檢修率歸入故障率中，本文中的檢修僅指計(jì)劃檢修。2.1.2 負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo)負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo)負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo)是衡量系統(tǒng)中各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電能力的尺度，可以根據(jù)配電系統(tǒng)中元件的可靠性參數(shù)經(jīng)過計(jì)算后得出，常用指標(biāo)有:(1)年停電率入(次/年:)指負(fù)荷點(diǎn) i 在單位時(shí)間(通常為一年)中因配電系統(tǒng)元件故障或檢修而造成停電的次數(shù)。(2)年停電時(shí)間 u，(小時(shí)/年:)指負(fù)荷點(diǎn) i 在單位時(shí)間(通常為一年)中因配電系統(tǒng)元件故

33、障或檢修而造成停電的時(shí)間數(shù)。(3)平均停電時(shí)間 ri(小時(shí)/次):指負(fù)荷點(diǎn) i 因配電系統(tǒng)元件故障或檢修而造成停電的每次停電的平均持續(xù)時(shí)間。以上三個(gè)指標(biāo)之間存在著以下關(guān)系: (2.1)iuiir 2.1.3 系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo) 系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)反映系統(tǒng)因故障或檢修而造成供電中斷的嚴(yán)重程度，可以根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性指標(biāo)經(jīng)過計(jì)算后得出，常用指標(biāo)有:(1)系統(tǒng)平均停電頻率 ASIFI(次/戶.年)ASll 汀是指系統(tǒng)中運(yùn)行的用戶在一年時(shí)間內(nèi)的平均停電次數(shù)，可以用一年內(nèi)用戶停電的累積次數(shù)除以配電網(wǎng)供電的總用戶數(shù)來估計(jì)，計(jì)算公式為: (2.2)NiNSAIFTii/用戶總數(shù)用

34、戶斷電持續(xù)時(shí)間總和 (2)系統(tǒng)平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間 AS 石 Dl(小時(shí)/戶.年)AS 石 Dl 是指系統(tǒng)中運(yùn)行的用戶在一年時(shí)間內(nèi)經(jīng)受的平均停電持續(xù)時(shí)間，可以用一年時(shí)間內(nèi)用戶經(jīng)受的停電持續(xù)時(shí)間的總和除以該年中由配電網(wǎng)供給的用戶總數(shù)求得，計(jì)算公式為: (2.3) iiiNNUSAIDI/用戶總數(shù)用戶斷電持續(xù)時(shí)間總和 (3)用戶平均停電持續(xù)時(shí)間 AC 力 Dl(小時(shí)/戶.年)AC 石 Dl 是指一年中每個(gè)受停電影響的用戶每次停電所持續(xù)的時(shí)間，它反映了該系統(tǒng)里停電用戶的電源、設(shè)備的備用情況，可以用一年時(shí)間內(nèi)用戶停電持續(xù)時(shí)間的總和,計(jì)算公式:iiiiNNUCAIDI/用戶斷電總次數(shù)用戶斷電持續(xù)時(shí)間總和(2

35、.4) 2.22.2 元件的可靠性模型元件的可靠性模型配電系統(tǒng)由許多特有的元件所組成，如:架空線路、配電變壓器、隔離開關(guān)、熔斷器等。在這些元件中，絕大部分是可修復(fù)元件，近似的認(rèn)為元件各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移率為常數(shù)，概率分布符合指數(shù)分布，因此可以用馬爾可夫過程來分析。2.2.1 功率元件功率元件配電系統(tǒng)中的功率元件包括變壓器、輸電線路、母線等。在可靠性分析中，還可以將上一級電源(或系統(tǒng))視為具有一定可靠度的功率元件。它們的功能主要是傳送電能。對功率元件采用三狀態(tài)模型，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系用圖 2.1 來表示:圖 2-1 功率元件的可靠性模型圖中，N 為正常工作運(yùn)行狀態(tài)，M 為計(jì)劃檢修狀態(tài)，R 為故障停電及

36、修復(fù)狀態(tài)，而分別為故障率、計(jì)劃檢修率，單位為次/年;由故障狀態(tài)向正常工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率，它與故障恢復(fù)時(shí)間凡互為倒數(shù)。產(chǎn) M 是由檢修狀態(tài)向正常工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率，它與檢修持續(xù)時(shí)間馬互為倒數(shù)。2.2.2 操作元件操作元件操作元件是指執(zhí)行開關(guān)操作、使系統(tǒng)狀態(tài)和拓?fù)浒l(fā)生改變的元件，包括斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、熔斷器等。操作元件在配電系統(tǒng)可靠性分析中具有重要的地位，可以根據(jù)自身特性及對系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的影響將其分為 3 類:第 1 類是可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)，包括斷路器、熔斷器等，它們可以斷開或接通電路中的正常工作電流或故障電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)動(dòng)作，決定故障在網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散情況，主要影響負(fù)荷點(diǎn)的故障率

37、;第 2 類是不可自動(dòng)分?jǐn)嗟蓭ж?fù)荷操作開關(guān)，主要指負(fù)荷開關(guān)，它們可以斷開或接通電路中的正常工作電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不能夠自動(dòng)切除故障，經(jīng)常作為分段開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)，故障后通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)的倒閘操作可能恢復(fù)部分或全部負(fù)荷點(diǎn)的供電。第 3 類是不可自動(dòng)分?jǐn)嗲也豢蓭ж?fù)荷操作開關(guān)，主要指隔離開關(guān)，它們只能斷開或接通無電流或僅有很小電流的電路，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不能自動(dòng)切除故障，主要影響負(fù)荷點(diǎn)的故障類型和停運(yùn)時(shí)間。如果操作元件兩側(cè)和饋線之間沒有明顯的斷開點(diǎn)，則操作元件的故障完全相當(dāng)于與該操作元件相連的兩個(gè)區(qū)域同時(shí)發(fā)生故障:如果操作元件兩側(cè)和饋線之間有明顯的斷開點(diǎn)，操作元件故障后可以迅速斷開與相鄰兩個(gè)區(qū)域

38、的連接，從而能夠盡快恢復(fù)相鄰兩個(gè)區(qū)域的供電。一般的，可以認(rèn)為除隔離開關(guān)之外，系統(tǒng)中的其它操作元件和饋線之間都有明顯的斷開點(diǎn)。操作元件故障狀態(tài)比較復(fù)雜，要真實(shí)描述其在各種故障狀態(tài)條件下的開關(guān)功能，需要較為復(fù)雜的模型，圖.22 為操作元件的原始模型:圖 2-2 操作原理的可靠性原始模塊其中，N 為正常運(yùn)行狀態(tài)，M 為計(jì)劃檢修狀態(tài)，m 為臨時(shí)檢修狀態(tài)，f 為誤動(dòng)狀態(tài)，i 為接地或絕緣故障狀態(tài)，st 為拒動(dòng)狀態(tài)，R 為故障修復(fù)狀態(tài)。需要注意的是，可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)的拒動(dòng)狀態(tài)包括操作時(shí)的拒動(dòng)(未分閘和未合閘)和故障后的拒動(dòng)(故障后應(yīng)分閘而未分閘)兩種情況，不可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)則只有操作時(shí)的拒動(dòng)，操作時(shí)的拒動(dòng)一般

39、不會(huì)造成故障的擴(kuò)大，而且在運(yùn)行中也很少發(fā)生，對可靠性指標(biāo)的影響不大，在分析時(shí)可以忽略不計(jì)，因此，本文中操作元件的拒動(dòng)僅指故障后可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)的拒動(dòng)(包括由于繼電保護(hù)不可靠使其它開關(guān)越級跳閘所造成的拒動(dòng)以及由于開關(guān)自身的原因所造成的拒動(dòng)，如果系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，則繼電保護(hù)不可靠所造成的影響可以在很短時(shí)間內(nèi)消除，只考慮由于開關(guān)自身原因所造成的拒動(dòng))。該模型比較全面的考慮了操作元件的故障狀態(tài)，然而，并非在任何情況下都必須使用如此完備的模型。在進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性分析時(shí)，這種復(fù)雜模型是不實(shí)用的，考慮的因素太多會(huì)使問題的復(fù)雜性大大增加，因此有必要將模型進(jìn)行簡化。從故障的后果和影響來分析，在m、f、i、st、R

40、 五種狀態(tài)下，都必須將該元件從系統(tǒng)隔離，必然會(huì)造成相鄰的操作元件的斷開，直到其狀態(tài)恢復(fù)正常為至，因此可以將此五種狀態(tài)合并為一種(故障修復(fù)狀態(tài) R)。經(jīng)過簡化以后，最終可以得到操作元件的三狀態(tài)可靠性模型，具體的模型以及馬爾柯夫狀態(tài)方程與 2.2.1節(jié)所描述的情況類似。2.2.3 負(fù)荷負(fù)荷配電系統(tǒng)可靠性評估時(shí)，系統(tǒng)中的負(fù)荷與評估結(jié)果之間有密切的聯(lián)系。特別是當(dāng)考慮元件電氣極限容量和繼電保護(hù)電流整定值約束、進(jìn)行故障后的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)，事實(shí)上系統(tǒng)的可靠性是隨著負(fù)荷的改變而發(fā)生變化的，當(dāng)前負(fù)荷的大小對其結(jié)果有著直接的影響，可以對負(fù)荷不相同的各個(gè)時(shí)刻分別進(jìn)行可靠性評估，并進(jìn)一步得出 AASI 評估結(jié)果曲線。在本

41、文的可靠性簡化模型中，將開關(guān)看作是節(jié)點(diǎn)、將饋線段看作是邊，假設(shè)沿線電壓和負(fù)荷的功率因數(shù)相近，可以近似采用電流反映負(fù)荷，將負(fù)荷作為節(jié)點(diǎn)和邊的權(quán)。關(guān)于負(fù)荷的具體模型及計(jì)算在后文中敘述。2.32.3 系統(tǒng)的可靠性模型系統(tǒng)的可靠性模型2.3.1 簡單系統(tǒng)的可靠性模型簡單系統(tǒng)的可靠性模型串聯(lián)和并聯(lián)是配電系統(tǒng)中元件之間的最基本、最簡單的連接關(guān)系，可靠性評估時(shí)，可以將串聯(lián)系統(tǒng)或并聯(lián)系統(tǒng)等效為一個(gè)元件進(jìn)行計(jì)算，從而可以簡化計(jì)算的復(fù)雜程度。(1)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型 2 配電系統(tǒng)可靠性評估指標(biāo)及模型串聯(lián)系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上元件組成的系統(tǒng)，若其中任何一個(gè)元件失效均構(gòu)成系統(tǒng)失效。在串聯(lián)系統(tǒng)中，必須所有元件同時(shí)完好

42、，系統(tǒng)才能正常工作。設(shè)圖 2 一 2 是由 N 個(gè)元件組成的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)馬爾柯夫過程理論，可以推導(dǎo)出實(shí)用于工程計(jì)算的公式，求出串聯(lián)系統(tǒng)的等效參數(shù):圖 2-3 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型 (2.10)i5其中，i、1 分別表示串聯(lián)系統(tǒng)中元件 i 的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí));s、s 分別表示串聯(lián)系統(tǒng)等效后的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí))。(2)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型并聯(lián)系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上元件組成的系統(tǒng)，必須是元件同時(shí)失效才構(gòu)成系統(tǒng)失效，或者說，只要其中一個(gè)元件完好，系統(tǒng)便算完好。圖.24 表示 2 個(gè)獨(dú)立元件組成的并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性網(wǎng)絡(luò)模型，同樣可以通過馬

43、爾柯夫過程理論得到并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算公式以及等效參數(shù):圖 2-4 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型 (2.11)(*2121rr (2.12)2121/*rrrrr其中，1、i 分別表示并聯(lián)系統(tǒng)中元件 i 的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí));p、p 今分別表示并聯(lián)系統(tǒng)等效后的故障率(年/次)、平均故障修復(fù)時(shí)間(小時(shí))。類似的，可以得到多元件并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算公式及等效參數(shù)。2.3.2 復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性模型復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性模型配電系統(tǒng)中的元件數(shù)目眾多，而且相互之間的連接關(guān)系十分復(fù)雜，簡單的串、并聯(lián)等效也不能完全適用。因此，如果直接對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估，計(jì)算量必將非?？捎^，對于部分特別復(fù)雜的

44、系統(tǒng)，甚至很難得到有效的結(jié)果。本文將建立配電系統(tǒng)的可靠性簡化模型，并在評估過程中引入最小配電區(qū)域的概念。最小配電區(qū)域是指相互連通的若干饋線段構(gòu)成的子網(wǎng)絡(luò)，其外部端點(diǎn)全部為開關(guān)節(jié)點(diǎn)或末梢點(diǎn);內(nèi)部或者沒有端點(diǎn)，或者全部端點(diǎn)為 T 接點(diǎn)(配電開閉所、小區(qū)變中的 10kv 母線節(jié)點(diǎn)也可看作廣義的 T 接點(diǎn))或末梢點(diǎn)。當(dāng)最小配電區(qū)域中的任一元件發(fā)生故障時(shí)，必然會(huì)造成整個(gè)最小配電區(qū)域停電，也即最小配電區(qū)域是故障停電的最小范圍，可以將每個(gè)最小配電區(qū)域都當(dāng)作串聯(lián)系統(tǒng)處理。因此，建立了配電系統(tǒng)可靠性簡化模型并進(jìn)行最小配電區(qū)域分解后，可以最小配電區(qū)域?yàn)閱挝灰来卧O(shè)置故障并分析可靠性。關(guān)于可靠性簡化模型的建立以及最小

45、配電區(qū)域的分解在后文中有詳細(xì)的敘述。第第 3 3 章章 基于簡化模型的配電系統(tǒng)可靠性評估基于簡化模型的配電系統(tǒng)可靠性評估3.13.1 配電系統(tǒng)供電可靠性評估的基本方法配電系統(tǒng)供電可靠性評估的基本方法 (FaliuerMdoenadEeffctAnalssis，F(xiàn)MEA)，它是以系統(tǒng)中的每一個(gè)元件為對象，分析其基本故障事件及后果，然后結(jié)合元件的可靠性數(shù)據(jù)，求得所有的故障狀態(tài)，綜合形成系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)川。FMEA法概念清晰、原理簡單，但是具有計(jì)算過程繁瑣、計(jì)算量大的不足，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件眾多時(shí)，這個(gè)缺點(diǎn)尤為突出。因此，不少學(xué)者都對FMEA 法進(jìn)行了完善，并提出了多種改進(jìn)方法，基于故障擴(kuò)散的

46、可靠性評估方法就是其中比較常用和有效的一種，該方法首先利用前向搜索算法確定斷路器動(dòng)作影響范圍、利用故障擴(kuò)散方法確定故障隔離的范圍，從而可以確定節(jié)點(diǎn)的故障類型(根據(jù)受故障影響的時(shí)間不同，將所有節(jié)點(diǎn)分為不受故障影響、受故障影響時(shí)間為隔離時(shí)間、受故障影響時(shí)間為隔離時(shí)間加切換操作時(shí)間、受故障影響時(shí)間為故障修復(fù)時(shí)間 4 種類型)，根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)的類型便可求出其供電可靠性指標(biāo)，并進(jìn)一步求出整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)腳鄧。由于類型相同的負(fù)荷點(diǎn)可以一起進(jìn)行計(jì)算，因此比較 FMEA 法而言，基于故障擴(kuò)散的可靠性評估方法的計(jì)算效率有了明顯的提高，但是對于復(fù)雜系統(tǒng)，直接使用該方法仍然具有一定的難度，而且該方法沒有深入考慮

47、母線和開關(guān)的故障對于供電可靠性指標(biāo)的影響。本章將在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，建立配電系統(tǒng)可靠性簡化模型，并以最小配電區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行供電可靠性評估。在評估過程中，深入考慮了母線和開關(guān)的故障以及系統(tǒng)的檢修對于供電可靠性指標(biāo)的影響。3.23.2 配電系統(tǒng)的可靠性簡化模型配電系統(tǒng)的可靠性簡化模型文獻(xiàn)251 和27提出了一種基于圖論的配電系統(tǒng)簡化模型，將開關(guān)(包括斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、熔斷器等)、T 接點(diǎn)和末梢點(diǎn)看作是節(jié)點(diǎn)，而將饋線段看作是邊獷但是該模型僅描述到主變電站的10kv 出線，并且沒有考慮有關(guān)供電可靠性計(jì)算的數(shù)據(jù)。本文將對該模型進(jìn)行補(bǔ)充，將上一級電源(或系統(tǒng))以及各個(gè)主變電站的

48、 10kv 母線也當(dāng)作節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)供電可靠性評估的需要，增加了節(jié)點(diǎn)類型，補(bǔ)充了各負(fù)荷點(diǎn)(負(fù)荷點(diǎn)也作為末梢點(diǎn))以及其它一些與供電可靠性計(jì)算有關(guān)的數(shù)據(jù)。在建立模型時(shí)，先將兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的所有元件按 2.10-2.13 進(jìn)行串、并聯(lián)等效，從而簡化了模型的復(fù)雜程度。在此基礎(chǔ)上可以建立配電系統(tǒng)的可靠性簡化模型，具體地:(1)定義 N 行 5 列的網(wǎng)基鄰接表 DT 反映網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其中的元素 di;描述節(jié)點(diǎn) i 的類型，其取值可以為 0、1、2、3、4、5、6 或 7，分別表示該節(jié)點(diǎn)是上一級電源系統(tǒng))的等效點(diǎn)、源點(diǎn)(即主變電站 10kv 出線開關(guān)，通常是斷路器)、可自動(dòng)分?jǐn)嚅_關(guān)節(jié)點(diǎn)(斷路器、熔斷器等)、隔

49、離開關(guān)節(jié)點(diǎn)、負(fù)荷開關(guān)節(jié)點(diǎn)、T 接點(diǎn)、末梢點(diǎn)(負(fù)荷點(diǎn))或母線節(jié)點(diǎn)。而描述節(jié)點(diǎn) i 是否過負(fù)荷，若過負(fù)荷則 dzi=l，否則 dzi=0。Dsi=5 描述和各節(jié)點(diǎn)鄰接的節(jié)點(diǎn)的序號，如果節(jié)點(diǎn) vi 和節(jié)點(diǎn) kv、場和 nv 相鄰接，則 di=3k，試=4m，di=sn;在 DT 中的空閑的位置填-1。(2)定義 N 行 5 列的網(wǎng)形鄰接表 CT 反映當(dāng)前的運(yùn)行方式，其中的元素cli 描述節(jié)點(diǎn) i 所處的狀態(tài)(一般的，上一級電源的等效點(diǎn)、母線節(jié)點(diǎn)、T 接點(diǎn)均認(rèn)為處于合閘狀態(tài)，末梢點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)節(jié)點(diǎn)均認(rèn)為處于分閘狀態(tài))，1 表示合、0 表示分。對于母線節(jié)點(diǎn)，Cli-5ci 中的元素?zé)o意義，可填-1;對于其

50、他節(jié)點(diǎn)，2cl 和 3cl 分別表示以節(jié)點(diǎn) i 為終點(diǎn)的有向邊(即“弧” ，其方向?yàn)橄鄳?yīng)饋線段上潮流的方向)的起點(diǎn)序號，4ci 和 5ci描述以相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)的弧的終點(diǎn)序號;在 CT 中的空閑位置填-1。(3)定義 N 行 4 列的故障率鄰接表 AT 反映各節(jié)點(diǎn)和邊的故障率，其中的元素?fù)?描述節(jié)點(diǎn) i 的故障率;而一徹描述以相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為端點(diǎn)的邊的故障率;在 AT 中的空閑位置填一 1。故障率鄰接表 AT 中元素的順序和網(wǎng)基結(jié)構(gòu)鄰接表 DT 的第三列至第五列對應(yīng)的邊的順序一致。(4)定義 N 行 4 列的平均故障修復(fù)時(shí)間鄰接表 RT 反映各節(jié)點(diǎn)和邊的平均故障修復(fù)時(shí)間，其中的元素 911 描述節(jié)

51、點(diǎn) i 的平均故障修復(fù)時(shí)間;即卜 914 描述以相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為端點(diǎn)的邊的平均故障修復(fù)時(shí)間;在 RT 中的空閑位置填一 1。平均故障修復(fù)時(shí)間鄰接表 RT 中元素的順序和網(wǎng)基結(jié)構(gòu)鄰接表 DT 的第三列至第五列對應(yīng)的邊的順序一致。(5)定義 N 行 1 列的檢修率鄰接表 AT 反映各主變電站 10kv 母線節(jié)點(diǎn)(及與其相連的主變壓器)和各配電線路的計(jì)劃檢修率(配電線路的參數(shù)反映到相應(yīng)的源點(diǎn)上)，在 AT中的空閑位置填-1。(6)定義 N 行 1 列的檢修平均持續(xù)時(shí)間鄰接表 RT反映各主變電站10kv 母線節(jié)點(diǎn)和各配電線路的檢修平均持續(xù)時(shí)間，在 RT/中的空閑位置填-1。(7)定義 N 行 1 列的用戶

52、數(shù)鄰接表 NT 反映各負(fù)荷點(diǎn)所供用戶的數(shù)量，在 NT 中的空閑位置填-1。(8)定義 N 行 1 列的平均負(fù)荷鄰接表 ALT 反映各負(fù)荷點(diǎn)的平均負(fù)荷，在通尤 T 中的空閑位置填-1。(9)定義 N 行 1 列的開關(guān)拒動(dòng)概率鄰接表 PT 反映各開關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)生拒動(dòng)的概率，在 PT 中的空閑位置填-1。(10)定義 N 行 1 列的開關(guān)操作時(shí)間鄰接表 TT 反映各開關(guān)節(jié)點(diǎn)的操作時(shí)間，在 TT 中的空閑位置填-1。(l)l 定義主變電站 10kv 母線與源點(diǎn)(1kov 出線開關(guān))對應(yīng)關(guān)系表B，T 巧表示與母線 i 相連的源點(diǎn)的序號，在 BT 中的空閑位置填-13 基于簡化模型的配電系統(tǒng)可命性評估注意，該

53、模型考慮了上一級電源(或系統(tǒng))的影響，如果不需要考慮，可以將對應(yīng)的有關(guān)參數(shù)設(shè)為 0。圖 3.1 所示為一個(gè)典型配電系統(tǒng)及其可靠性簡化模型，其中，LP1LP16 為負(fù)荷點(diǎn)。(a)一個(gè)典型的配電系統(tǒng).: (b)可靠性簡化模型圖 3-1 一個(gè)典型配電系統(tǒng)及其可靠性簡化模型3.33.3 基于簡化模型的基本處理基于簡化模型的基本處理3.3.1 連通系及其分解連通系及其分解在配電系統(tǒng)中，不考慮源點(diǎn)間由母線構(gòu)成的聯(lián)系時(shí)，具有潛在連通關(guān)系的子系統(tǒng)稱為連通系，圖 3.2 所示為一個(gè)具有兩個(gè)連通系的配電系統(tǒng)，其中，連通系 1 中包含 9 個(gè)節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)l、2、3、4、5、6、7、8、9;連通系 2 中包含 4 個(gè)

54、節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)10、11、12、13。連通系取決于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而與運(yùn)行方式無關(guān)，根據(jù)某個(gè)配電系統(tǒng)的網(wǎng)基鄰接表 DT 可。連通系的分解可基本沿用文獻(xiàn)中描述的方法。在發(fā)生故障或檢修時(shí)，受影響的健全區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷可以轉(zhuǎn)移到同一個(gè)連通系中的其他電源點(diǎn)上，而不同連通系中的負(fù)荷則不能相互轉(zhuǎn)移。因此對于供電可靠性的分析可以分連通系進(jìn)行，這樣可以大大減少計(jì)算量。圖 3-2 一個(gè)包含兩個(gè)連通系的配電系統(tǒng)3.3.2 最小配電區(qū)域及其分解最小配電區(qū)域及其分解最小配電區(qū)域(以下簡稱“區(qū)域”)是指相互連通的若干饋線段構(gòu)成的子網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域的外部端點(diǎn)全部為開關(guān)節(jié)點(diǎn)或末梢點(diǎn)，其中潮流流入的端點(diǎn)稱為該區(qū)域的入點(diǎn)，其余端點(diǎn)稱為出點(diǎn)，區(qū)域的

55、內(nèi)部或者沒有端點(diǎn)，或者全部端點(diǎn)為 T 接點(diǎn)(配電開閉所、小區(qū)變中的 10kv 母線節(jié)點(diǎn)也可看作廣義的 T 接點(diǎn))或末梢點(diǎn)。當(dāng)區(qū)域中任一元件故障時(shí)，必然會(huì)造成整個(gè)區(qū)域停電。因此，區(qū)域是故障以及停電的最小范圍，可以區(qū)域?yàn)閱挝环治龉╇娍煽啃浴哪硞€(gè)最小配電區(qū)域的入點(diǎn)(各個(gè)出點(diǎn))或元件 x 出發(fā)，逆(順)著潮流方向搜索，可以得到一個(gè)由相鄰區(qū)域或元件構(gòu)成且不包括x 本身的集合，稱做 x 的上(下)游，其中的各個(gè)最小配電區(qū)域或元件稱作 x 的上(下)游區(qū)域或元件。定義入點(diǎn)為開關(guān)節(jié)點(diǎn)或熔短器節(jié)點(diǎn)且所有出點(diǎn)都處于分閘狀態(tài)(末梢點(diǎn)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)節(jié)點(diǎn))的最小配電區(qū)域?yàn)槟┥覅^(qū)域。顯然，末梢區(qū)域沒有下游，當(dāng)其入點(diǎn)為可自動(dòng)

56、分?jǐn)嚅_關(guān)且動(dòng)作可靠時(shí)，末梢區(qū)域內(nèi)故障只影響其本身包含的用戶，而對其他用戶沒有影響。最小配電區(qū)域的分解可基本沿用文獻(xiàn)中描述的方法，注意應(yīng)該將配電開閉所以及小區(qū)變中的 10kv 母線節(jié)點(diǎn)包含在內(nèi)。在配電系統(tǒng)的初始狀態(tài)下(正常運(yùn)行方式)，進(jìn)行最小配電區(qū)域分解后保存其結(jié)果并對各區(qū)域編號，所有的分析及計(jì)算都以此為基礎(chǔ)。所以，最小配電區(qū)域的分解只需要進(jìn)行一次即可。圖 3.3 為圖 3.1 所示配電系統(tǒng)的最小配電區(qū)域分解結(jié)果，虛線框#l 碑 12 為其最小配電區(qū)域，其中，#l#6、#8、#l0#12最小配電區(qū)域?yàn)槟┥覅^(qū)域，#7 和#9 最小配電區(qū)域?yàn)榉悄┥覅^(qū)域。圖 3-3 一個(gè)典型配電系統(tǒng)的最小配電區(qū)域3.

57、3.3 區(qū)域可靠性參數(shù)的等效計(jì)算區(qū)域可靠性參數(shù)的等效計(jì)算區(qū)域是故障的最小范圍，當(dāng)其中中任一元件故障時(shí)，必然會(huì)造成整個(gè)區(qū)域停電，因此供電可靠性評估時(shí)，每個(gè)區(qū)域都相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，可以求出其等效參數(shù):根據(jù)公式 2.10、2.11，最小配電區(qū)域 p 的等效故障率人 p。和等效平均故障修復(fù)時(shí)間 p。分別為: (3.1)kpp,其中 p 是最小配電區(qū)域 p 包含的邊的集合。3.3.4 故障或檢修的設(shè)置故障或檢修的設(shè)置故障或檢修的設(shè)置就是在初始狀態(tài)(正常運(yùn)行方式)下，假設(shè)配電系統(tǒng)中的元件發(fā)生故障或檢修。系統(tǒng)中的元件包括母線、開關(guān)及饋線段(變壓器等其它元件已經(jīng)在建模時(shí)通過等效歸算到其所在的饋線段上)，由于

58、饋線段以及配電開閉所、小區(qū)變中的 10kv 母線包含在區(qū)域內(nèi)，只需依次設(shè)置各個(gè)區(qū)域、主變電站 10kv 母線以及開關(guān)的故障即可。一般的，在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，一條配電線路上的元件同時(shí)檢修，主變電站10kv 母線及主變壓器的檢修一并進(jìn)行，因此檢修的設(shè)置以各配電線路為單位，主變電站 10kv 母線及主變壓器需要另外考慮。設(shè)置故障或檢修后，可以根據(jù)開關(guān)狀態(tài)變化的真實(shí)情況，通過改變初始狀態(tài)的網(wǎng)形鄰接表 CT 第一列中對應(yīng)元素的值虛擬開關(guān)的狀態(tài)變化并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?.3.5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔收匣驒z修后，系統(tǒng)的運(yùn)行方式以及潮流方向會(huì)發(fā)生改變。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚褪歉鶕?jù)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(DT)和開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)(CT 第一

59、列)求出配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式 CT 其余各列)的過程，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓櫷瓿珊?，CT 中的非 0 元素反映得到供電的有向邊，其方向就是潮流的方向。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇苫静捎梦墨I(xiàn)271 描述的步驟，只是注意主變電站的 10kv 母線節(jié)點(diǎn)不參與(因?yàn)槭孪纫呀?jīng)定義好了)。第第 4 4 章章 簡化模型的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法簡化模型的配電系統(tǒng)供電可靠性評估方法由上文可知，為了減小評估的計(jì)算量，對于供電可靠性的分析應(yīng)該分連通系以區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行。此外，配電系統(tǒng)故障后各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)所受影響不完全相同，可以此為根據(jù)對所有的負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行歸類并將同種類型的負(fù)荷點(diǎn)一并計(jì)算(通過分析負(fù)荷點(diǎn)的潮流情況即可確定其類型)，從而進(jìn)一步提高評估

60、效率。為了提高評估的準(zhǔn)確性，應(yīng)該深入考慮母線和開關(guān)的故障(包括開關(guān)的拒動(dòng))以及系統(tǒng)檢修的影響。因此，在當(dāng)前連通系內(nèi)，設(shè)置一個(gè)故障或檢修后(注意每次設(shè)置都必須在初始狀態(tài)下)，虛擬開關(guān)的狀態(tài)變化并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?，通過分析不同時(shí)刻的網(wǎng)形鄰接表 CT 中各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的潮流情況就能確定其類型，在此基礎(chǔ)上可以分別計(jì)算連通系內(nèi)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)在當(dāng)前故障或檢修下的供電可靠性指標(biāo)，將全部故障和檢修依次設(shè)置完成后進(jìn)行累加，最后由各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)得出整個(gè)配電系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)。4.14.1 故障后的負(fù)荷點(diǎn)歸類故障后的負(fù)荷點(diǎn)歸類由于配電系統(tǒng)均為輻射狀連接，故障后當(dāng)前連通系從結(jié)構(gòu)上可以被分為五個(gè)部分:動(dòng)作開關(guān)上游區(qū)域、