配電網(wǎng)可靠性規(guī)劃及其評估方法的研究

楊夢璐+張逸凡

摘 要：長久以來，電網(wǎng)用戶都對供電的可靠性有著很高的要求，而配電網(wǎng)作為最終將電能分配給用戶的電力網(wǎng)，其地位非常重要。本文主要介紹了配電網(wǎng)可靠性評估的幾種方法，并將貝葉斯理論引入配電網(wǎng)可靠性分析當(dāng)中。結(jié)合算例，闡述對配電網(wǎng)可靠性計算過程并驗證了貝葉斯理論運用的可行性。最后對提高配電網(wǎng)可靠性提出了規(guī)劃措施。

關(guān)鍵字：配電網(wǎng)；可靠性評估；貝葉斯理論

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.193

可靠性是指所研究對象能保持其功能的時間[1]。配電網(wǎng)的可靠性分析是隨著電力系統(tǒng)發(fā)展而發(fā)展起來的，在我們的歷史數(shù)據(jù)中，大部分的停電事故由配電網(wǎng)引起。所以，對配電網(wǎng)進行仔細謹慎的規(guī)劃，在解決可靠性問題中，占有著至關(guān)重要的地位。在我國的電力發(fā)展過程中，絕大部分的電網(wǎng)規(guī)劃，都只是基于歷史數(shù)據(jù)的簡單預(yù)測。一旦供電質(zhì)量或是可靠性降低，甚至引起中斷，都會很大范圍內(nèi)的影響國民生活水平和社會發(fā)展。因此，在社會不斷發(fā)展的今天，提高供電可靠性，將越來越多的受到重視。

1 配電網(wǎng)可靠性評估的方法

目前，有關(guān)配電網(wǎng)可靠性評估的方法有很多，按照傳統(tǒng)的分類方式可將其歸為三類：解析法、模擬法和人工智能算法。

（1）解析法：首先建立系統(tǒng)或子系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型，然后通過數(shù)值計算求解，得出可靠性指標。但隨著配電網(wǎng)絡(luò)的擴大，該類算法的計算量急劇上升，因此在解析法的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了很多改進優(yōu)化算法[2]，如最小路法、網(wǎng)絡(luò)簡化等值法和故障擴散法等。（2）模擬法：主要指蒙特卡洛模擬法，其主要思想是首先找到故障元件影響的所有負荷點，建立各元件的工作，恢復(fù)歷史數(shù)據(jù)表；然后根據(jù)各元件事件概率對所有元件狀態(tài)進行抽樣，通過對抽樣結(jié)果的分析計算得到系統(tǒng)可靠性指標。（3）人工智能算法：是指通過效仿生物處理模式，獲取智能信息處理功能，以便簡化處理一些復(fù)雜的現(xiàn)象，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊算法。傳統(tǒng)的評估方法雖然能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)可靠性水平量化評估，但是對于網(wǎng)絡(luò)中薄弱環(huán)節(jié)識別的問題，卻不能很好的解決。近年來將貝葉斯理論引入配電網(wǎng)的可靠性分析，在其中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 貝葉斯理論在可靠性分析中的應(yīng)用

2.1 貝葉斯理論簡述

由于電力網(wǎng)絡(luò)中的元件是相互連接的，因而不可能分清究竟是串聯(lián)還是并聯(lián)。在這種情況下，我們假設(shè)每個元件都與兩個互斥事件相關(guān)。例如，元件X的正常運行同元件W正常運行或故障都有關(guān)系。

一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性框圖如圖1所示，在用貝葉斯理論計算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性時，其模式如下：

如果事件A取決于兩個互斥事件Bi和Bj，由于兩個互斥事件中必然有一個發(fā)生，那么A發(fā)生的概率為

（1）

式中 P（A）—事件A發(fā)生的概率； P（Bi）—事件Bi發(fā)生的概率； P（Bj）—事件Bj發(fā)生的概率；

當(dāng)具體討論到由若干元件組成的系統(tǒng)時，其可靠性計算過程如下：

式中 RS—系統(tǒng)持續(xù)工作的概率，即系統(tǒng)的可靠度；

Ri—元件i正常工作的概率；

Qi—元件i故障的概率。

如圖1所示，如果在可靠性框圖中輸入端與輸出端之間只要有一條成功的路徑，那么系統(tǒng)就可以正常工作。

由圖1可知，系統(tǒng)成功運行的路徑：A-B-G，A-C-F，D-C-F，D-E-F。

可選任一元件作為起始分析元件，如果選擇元件C作為可靠性分析的起始元件。

此時，系統(tǒng)正常工作的概率（即可靠度）為：

Rs=P（）RC+P（）QC

①若給定元件C正常，則可以計算出此時系統(tǒng)正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）QA

=

②若給定元件C故障，系統(tǒng)正常工作的概率：

P（）=P（）RA+P（）RA

=

RS=P（）RC+P（）QC

假設(shè)系統(tǒng)中所有元件都有相同的可靠度0.9，即RA=RB=RC=RD=RE=RF=RG=0.9 。那么經(jīng)上述公式計算，系統(tǒng)的可靠性RS將為RS=0.960166。

2.2 算例分析

一個位于現(xiàn)場的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機單元G1，通過一個工業(yè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向一個工業(yè)過程供電，如圖2所示。工業(yè)電力系統(tǒng)元件的可靠性數(shù)據(jù)見表1。

我們可計算，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)下，該電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

首先，我們將系統(tǒng)分為以下四個模塊。模塊1：G1-QF1-T1-QF2；模塊2：QF3-電纜1-QF4；模塊3：QF5-電纜2-QF6；模塊4：電纜3-QF7

那么，模塊1的可靠性

=0.95×0.99×0.99×0.98=0.91247

同理，求出模塊2，3，4的可靠性分別為

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99×0.99=0.97030

=0.99×0.99=0.98010

由于模塊2和模塊3是并聯(lián)關(guān)系，即邏輯中的“或”，任意一個模塊可運行，系統(tǒng)就可成功。所以，我們可計算出兩個模塊并聯(lián)的可靠性。

=0.99912

最終，系統(tǒng)的可靠性（即可成功向負荷點供電的概率）

=0.89352

從此算例中，我們可以看出簡單的網(wǎng)絡(luò)進行可靠性分析的方法，配電網(wǎng)的組成十分復(fù)雜，計算量也會相應(yīng)變大，但是原理相同，我們在計算時也要將其組成劃分為一一對應(yīng)的模塊，再按照線路圖考慮模塊與模塊間的關(guān)系，最終根據(jù)歷史檢修數(shù)據(jù)中的元件指標，計算出系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)。

3 提高配電網(wǎng)的可靠性措施

針對配電網(wǎng)，我們進行可靠性分析研究最終是希望能夠降低系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，也就是提升持續(xù)工作的概率。因此，需要分析可能影響配電網(wǎng)可靠性指標的各種因素。這樣的指標根本上只有停電次數(shù)、停電時間和停電規(guī)模。而后者又主要同前兩者有關(guān)。所以，每一個指標都集中于停電次數(shù)和停電時間這兩方面。

詳細來說，共有四個因素會使配電網(wǎng)的可靠性發(fā)生變化，分別是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自然環(huán)境，設(shè)備故障和計劃停電。我們通過上述計算方法，結(jié)合我國歷年來可靠性歷史數(shù)據(jù)。分別討論在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，不同的檢修計劃安排下，配電網(wǎng)可靠性指標得波動情況。可知，為提高配網(wǎng)的可靠性，我們可以：

（1）選擇顆粒的配網(wǎng)規(guī)化方案，或者改造優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)是提高配電網(wǎng)可靠性最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)；（2）改變原有的檢修方式，實施狀態(tài)檢修和帶電作業(yè)，以達到縮短停電時間，減小停電規(guī)模的目的；（3）適當(dāng)改變中性點接地方式，選擇出最合適的，提高配網(wǎng)絕緣水平可以有效地降低設(shè)備的故障率，提高設(shè)備可靠度，從而改善配電網(wǎng)整體的可靠性；（4）改進和完善供電指標評價體系，有一個健全的可靠性管理體系也是提高可靠性工作的關(guān)鍵。

參考文獻：

[1]何正友.2014配電網(wǎng)分析及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社.

[2]周念成，謝開貴，周家啟等.基于最短路的復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性評估分塊算法[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（22）：39-44.

[3]邱敏生.2012.配電可靠性評估方法研究[D].廣州：華南理工大學(xué).