考慮故障權(quán)重的配電網(wǎng)抗災(zāi)變性評價

摘 要：為了能夠更直觀全面地反映配電網(wǎng)抵御風(fēng)險的能力的強(qiáng)弱，在原有配電網(wǎng)抗災(zāi)變性評價的基礎(chǔ)上，增加考慮了不同區(qū)域故障發(fā)生的概率。采用模糊語言算子與模糊標(biāo)度之間的對應(yīng)關(guān)系，利用層次分析法將各個假想故障之間的二元比度關(guān)系度量統(tǒng)一化及數(shù)值化，以反映了各個區(qū)域發(fā)生故障的可能性。并在此基礎(chǔ)上，將各指標(biāo)加權(quán)求和后得出簡潔的幾個抗災(zāi)變性綜合指標(biāo)以反映配電網(wǎng)的整體抗災(zāi)變能力。文中給出了一個實例說明了所提出的綜合指標(biāo)與評價方法。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；安全；最大離散化；二元比度；故障權(quán)重

中圖分類號：TM7272;TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)09-171-06

Considering the Fault Weight of Anti-accidentEvaluation for 

Complicated Distribution Network

WU Weili1，LI Xiaoming2

(1.Yili Normal College，Yining，835000，China;2.Xinjiang Yili Telecom Company，Yining，835000，China)

Abstract：In order to evaluate more clearly and comprehensive the anti-accident of the distribution network，considering the probability of all kinds of malfunction is add to the evaluation of anti-fault ability for distribution network，the sequential load data is dispersed and maximized ，the compared relation between varieties of the hypothesis malfunction is unified and expressed with the number by making use of the corresponding relation between the fuzzy language operator and the fuzzy mark.The guideline of anti-fault evaluationis added up with the right weight and standardized，which images more authoritatively whether the distribution network is adamancy or not.An example is described to explain the proposed synthesized parameters and methods.

Keywords：distribution network;security;maximum distributing;duality comparing degree;fault right weight

1 引 言

建設(shè)堅強(qiáng)的電網(wǎng)是電網(wǎng)公司的重要發(fā)展目標(biāo)之一，而配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，過去由于投入不足，造成配電網(wǎng)的發(fā)展相對滯后，雖然經(jīng)過城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造取得了一定的成就，但是距離堅強(qiáng)電網(wǎng)的要求還存在差距。

配電網(wǎng)若規(guī)劃得當(dāng)、控制科學(xué)、處理及時，可在主網(wǎng)發(fā)生重大事故且難以快速恢復(fù)時，在中壓側(cè)轉(zhuǎn)帶受影響的負(fù)荷，避免長時間大面積停電，成為確保電網(wǎng)堅強(qiáng)的重要手段。

對于配電網(wǎng)堅強(qiáng)性的評價一般采用供電可靠性分析^[1]，但在計算供電可靠性時，僅考慮了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而沒有考慮到電氣設(shè)備容量的限制。

近年來歐美發(fā)生的多次電網(wǎng)大停電事故，給電力工作者敲響了警鐘^[2，3]。盡管災(zāi)害性事故發(fā)生概率較小，但是造成大面積停電的危害極大，有必要對配電網(wǎng)在災(zāi)害性事故后的應(yīng)變能力進(jìn)行更加突出的評價，以便發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時采取有效的措施。

文獻(xiàn)［4］中提出了配電網(wǎng)的靜態(tài)安全分析，研究在各種預(yù)想事故下通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)最大限度地安全轉(zhuǎn)代受事故影響的負(fù)荷的能力，但是沒有考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)本身的抗災(zāi)變性能力。在文獻(xiàn)［5］研究了故障判斷和隔離方法以及以負(fù)荷均衡化為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，文獻(xiàn)［6］提出了在確保安全要求下以甩負(fù)荷最小為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，文獻(xiàn)［7］中系統(tǒng)地定義了針對確定性負(fù)荷的配電網(wǎng)的抗災(zāi)變率指標(biāo)并論述了針對確定性負(fù)荷的配電網(wǎng)的抗災(zāi)變性分析方法。

在文獻(xiàn)［7］中得出的配電網(wǎng)的抗災(zāi)變性分析結(jié)果，是在假想發(fā)生了各種嚴(yán)重故障情況下分別計算出在最大限度地發(fā)揮了該配電網(wǎng)潛力情況下的抗災(zāi)變性指標(biāo)，因此需要列寫一張很大的表格反映發(fā)生故障時配電網(wǎng)的抗災(zāi)變能力，而沒有形成一組簡潔的綜合指標(biāo)，應(yīng)用起來不夠方便和直觀。

本文提出一種對配電網(wǎng)的抗災(zāi)變性進(jìn)行綜合評價的方法解決了上述問題。

2 基本原理

2.1 原有的配電網(wǎng)的抗災(zāi)變性指標(biāo)^[7]

配電網(wǎng)架抗災(zāi)變率指標(biāo)H定義為：



H=Lα/LT[JY](1)



其中LT為故障影響的總負(fù)荷，Lα為不考慮電氣設(shè)備的極限容量，從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上能夠轉(zhuǎn)供的負(fù)荷。

故障后因網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的原因而被甩去的負(fù)荷ΔLH為:



ΔLH=LT-Lα[JY](2)



定義配電網(wǎng)的靜態(tài)安全率指標(biāo)R為：



R=Lβ/Lα[JY](3)



其中Lβ表示在確保配電網(wǎng)安全前提下(即電氣設(shè)備不超負(fù)荷)可恢復(fù)的負(fù)荷。配電網(wǎng)靜態(tài)安全減負(fù)荷值ΔLR定義為：在充分發(fā)揮已有配電網(wǎng)潛力后，為了確保電網(wǎng)安全所必須甩去的負(fù)荷。 

定義綜合反映配電網(wǎng)的各個電氣設(shè)備的容量限制以及配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)本身限制的配電網(wǎng)的抗災(zāi)變系數(shù)K為：



K=HR[JY](4)



定義緊急狀態(tài)下甩負(fù)荷值ΔLK為:



ΔLK=ΔLH+ΔLR[JY](5)



在文獻(xiàn)［7］中分別假想各饋線段故障、各母線故障、各變電站故障以及各條高壓進(jìn)線故障，然后分別分析配電網(wǎng)的抗災(zāi)變性指標(biāo)，并以表格的形式加以展現(xiàn)。

2.2 考慮故障權(quán)重的配電網(wǎng)抗災(zāi)變性評價指標(biāo)

本文在文獻(xiàn)［7］的基礎(chǔ)上，對配電網(wǎng)進(jìn)行抗災(zāi)變性綜合評價。

為了對配電網(wǎng)的抗災(zāi)變性進(jìn)行綜合評價，對設(shè)置的各種故障分別設(shè)置加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)反映所設(shè)置故障發(fā)生的可能性或風(fēng)險系數(shù)。

將配電網(wǎng)按文獻(xiàn)［8］的方法分為若干個最小配電區(qū)域(以下簡稱區(qū)域)，區(qū)域可以是一個電氣設(shè)備(如母線、主變、高壓進(jìn)線等)、一個饋線段或一個由開關(guān)節(jié)點和末梢點圍成的內(nèi)部只有T接點的子網(wǎng)絡(luò)。潮流流入?yún)^(qū)域的端點稱為該區(qū)域的入點，其余端點稱為出點。

區(qū)域是故障隔離的最小范圍，在分析抗災(zāi)變性時，可以區(qū)域為單位設(shè)置故障。由于配電網(wǎng)的區(qū)域一般較多，如果將各個區(qū)域發(fā)生故障的概率進(jìn)行對比產(chǎn)生二元比較矩陣，其階次較高，且評價過程過于繁復(fù)。本文采用先將區(qū)域分為若干類，在求出每一類區(qū)域的故障權(quán)重的基礎(chǔ)上再求各類中每個區(qū)域的平均發(fā)生故障的概率的方法解決這個問題。區(qū)域一般可以分為五類，按順序依次為高壓進(jìn)線、母線、變電站、主變變壓器和饋線段。

定義區(qū)域假想故障集合F={(f1，w1)，(f2，w2)，…，(fN，w5)}=［ f，w ］反映各種假想故障f及其權(quán)重w，其中，權(quán)重wi綜合了分析人員對第i類區(qū)域故障發(fā)生的可能性的主觀認(rèn)識，因為客觀地預(yù)言某類區(qū)域發(fā)生故障的概率并不容易，因此采用模糊語言算子與模糊標(biāo)度之間的對應(yīng)關(guān)系，對各類區(qū)域的假想故障之間的二元比度關(guān)系度量統(tǒng)一化及數(shù)值化^[9]。

把各類區(qū)域故障發(fā)生的相對可能性大小的二元比度關(guān)系根據(jù)語氣程度模糊地劃分為多個等級，比如9個等級、7個等級或5個等級，分別稱為九標(biāo)度法、七標(biāo)度法或五標(biāo)度法。本節(jié)以五標(biāo)度法為例，把各種假想故障發(fā)生的相對可能性大小的二元比度關(guān)系根據(jù)語氣程度模糊地劃分為5個等級，使其與如表1所示的7～1/7等5個數(shù)字相對應(yīng)。

表1 五標(biāo)度表

2.3 考慮故障權(quán)重的配電網(wǎng)抗災(zāi)變性評價

考慮故障權(quán)重的配電網(wǎng)抗災(zāi)變性評價流程如下：

第一步：利用層次分析法確定區(qū)域故障權(quán)重；

第二步：連通系分解，最小配電區(qū)域分解，確定各個區(qū)域的平均故障權(quán)重；

第三步：選擇一個連通系，依次設(shè)置區(qū)域故障，對故障區(qū)域進(jìn)行如下分析：

(1) 故障區(qū)域隔離；

(2) 通過DT中第一列判斷該區(qū)域的屬性，從而確定該區(qū)域發(fā)生故障的權(quán)重；

第四步：以連通系為單位依次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：

(1) 進(jìn)行負(fù)荷直接轉(zhuǎn)移。

(2) 區(qū)點變換，計算出流過各個負(fù)荷節(jié)點的負(fù)荷值，判斷配電網(wǎng)是否安全，即是否滿足電氣極限容量和配電網(wǎng)靜態(tài)安全程度的約束，若滿足，得到新的運行方式，進(jìn)行第五步，否則進(jìn)行連通系最小甩負(fù)荷操作。

(3) 進(jìn)行連通系最小甩負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，同時判斷甩去的負(fù)荷的原因：是由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的原因則給相應(yīng)的ΔH賦值；由于負(fù)荷節(jié)點的極限容量或配電網(wǎng)靜態(tài)安全程度的約束，則給ΔR賦值，并根據(jù)最小甩負(fù)荷后的網(wǎng)形鄰接表CT中的第一列元素調(diào)整各個節(jié)點的狀態(tài)。

(4) 當(dāng)前連通系重構(gòu)完成，進(jìn)行抗災(zāi)變性評價。

第五步：依據(jù)連通系網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的結(jié)果，即最小甩負(fù)荷值，進(jìn)行該區(qū)域的抗災(zāi)變性指標(biāo)的計算，根據(jù)故障區(qū)域的性質(zhì)進(jìn)行指標(biāo)加權(quán)； 

第七步：判斷連通系進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是否已完成，若是，進(jìn)行下一步，否則返回第五步；

第八步：恢復(fù)CT為初始狀態(tài)；

第九步：判斷配電網(wǎng)內(nèi)是否還有待設(shè)置故障的區(qū)域，若是，返回第四步，否則進(jìn)行下一步；

第十步：將各個配電區(qū)域的加權(quán)指標(biāo)進(jìn)行處理，計算出整個配電網(wǎng)抗災(zāi)變性綜合評價指標(biāo)；

第十一步：計算完畢，退出。

評價流程如圖1所示。 

圖1 配電網(wǎng)抗災(zāi)變性綜合評價流程

3 實 例

以一個典型的網(wǎng)格狀配電網(wǎng)為例計算^[7]，如圖2所示：各臺主變壓器的電氣極限均為2 000 A，各10 kV母線的電氣容量均為630 A，其他開關(guān)和導(dǎo)線的額定負(fù)荷均為400 A。配電網(wǎng)在某一運行方式下，各區(qū)域和饋線段的負(fù)荷(A)如圖2中括號內(nèi)所示。圖中方框表示電源點，圓圈表示負(fù)荷節(jié)點，實心圓表示閉合，空心表示斷開，節(jié)點開關(guān)旁邊的數(shù)字表示其編號。采用上述方法對圖2所示的配電網(wǎng)進(jìn)行考慮故障權(quán)重的抗災(zāi)變性綜合分析如下：

考慮區(qū)域發(fā)生故障可能性的區(qū)別對配電網(wǎng)進(jìn)行抗災(zāi)變性評價，即評價人員結(jié)合配電網(wǎng)歷史運行狀況，根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行區(qū)域故障權(quán)重的評價。

為了便于與文獻(xiàn)［7］的方法比較，本文仍采用文獻(xiàn)［7］[JP+1]中負(fù)荷數(shù)據(jù)(見圖中標(biāo)示)對圖2所示配電網(wǎng)進(jìn)行的抗災(zāi)[LL]變性評價。文獻(xiàn)［7］對圖2所示配電網(wǎng)評價結(jié)果見表1。

表3中pi表示區(qū)域的故障權(quán)重，Hw，Rw和Kw分別表示反映網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電氣極限容量和配電網(wǎng)抗災(zāi)變系數(shù)的加權(quán)指標(biāo)，其列中對應(yīng)的值的大小分別反映考慮區(qū)域故障權(quán)重后，在某區(qū)域故障(表中的行表示發(fā)生故障的區(qū)域)下，配電網(wǎng)受其故障影響的網(wǎng)架抗災(zāi)變能力的高低、配電網(wǎng)的電氣極限容量的大小和綜合考慮網(wǎng)架與電氣極限容量配電網(wǎng)恢復(fù)負(fù)荷的能力。

由表3可以看出，配電網(wǎng)在兩個高壓進(jìn)線區(qū)域故障時，反映網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和電氣極限容量的抗災(zāi)變性加權(quán)指標(biāo)都較小，說明該類區(qū)域故障時，受網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和電氣極限容量兩方面的限制，抗災(zāi)變能力不高；在饋線段區(qū)域54，56，58故障時網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗災(zāi)變系數(shù)和總抗災(zāi)變系數(shù)都為0，說明受到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，該類區(qū)域在故障時，無法轉(zhuǎn)供負(fù)荷，抗災(zāi)變能力最差，表中沒有列出的區(qū)域表明該區(qū)域故障后，受故障影響的健全區(qū)域的負(fù)荷可以通過網(wǎng)架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)供到健全電源點上，并且健全電源點有足夠的電氣容量(轉(zhuǎn)帶負(fù)荷)。Hw，Rw和Kw能夠更精確地反映配電網(wǎng)抗災(zāi)變能力的實際水平。

由上述分析可知，本文考慮區(qū)域發(fā)生故障可能性的區(qū)別對配電網(wǎng)進(jìn)行抗災(zāi)變性評價，能夠簡潔地表達(dá)文獻(xiàn)［7］所評價的結(jié)果。

4 結(jié) 語

本文采用層次分析法將配電網(wǎng)可能發(fā)生故障的區(qū)域進(jìn)行分類后，在求出每一類區(qū)域發(fā)生故障的概率的基礎(chǔ)上，再求每個區(qū)域的平均故障概率，大大簡化了計算，提高了運算速度。在配電網(wǎng)抗災(zāi)變性評價中考慮區(qū)域故障權(quán)重，并采用簡潔的綜合指標(biāo)能夠較為真實地反映配電網(wǎng)的抗災(zāi)變能力。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Broadwater R P，Shaalan H E，Oka A，et al.Distribution System Reliability and Restoration Analysis［J］.Electric Power Systems Research，1994，29(3):203-211.

［2］周孝信，鄭健超，沈國榮，等.從美加?xùn)|北部大面積停電事故中吸取教訓(xùn)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(9):1.

［3］胡學(xué)浩.美加聯(lián)合電網(wǎng)大面積停電事故的反思和啟示［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(9):2-6.

［4］劉健，徐精求，董海鵬，配電網(wǎng)靜態(tài)安全分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2003，27(17):26-30.

［5］劉健，董海鵬，蔡建新.配電網(wǎng)故障判斷與負(fù)荷均衡化［J］.電力系統(tǒng)自動化，2002，26(22):34-38.

［6］劉健，徐精求，程紅麗.緊急狀態(tài)下配電網(wǎng)大面積斷電快速恢復(fù)算法［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2004，24(12):132-138.

［7］程紅麗，劉健，徐精求.配電網(wǎng)抗災(zāi)變性分析與評價［J］.繼電器，2005，33(2):26-30.

［8］劉健，畢鵬翔，董海鵬.復(fù)雜配電網(wǎng)簡化分析與優(yōu)化［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［9］李永，馮勇.多目標(biāo)決策重目標(biāo)權(quán)重的確定法［J］.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，29(3):118-120.

［10］韋振中.各種標(biāo)度系統(tǒng)的隨機(jī)一致性指標(biāo)［J］.廣西師范學(xué)院學(xué)報，2002，19(2):26-36.

作者簡介

吳偉麗 女，1978年出生，新疆奎屯人。主要從事配電網(wǎng)自動化方面的教學(xué)與科研工作。

李小明 男，1979年出生，陜西渭南人，新疆電信有限公司伊犁州分公司資源管理中心。主要從事計算機(jī)軟件編程。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。