配網用戶停電損失估算方法

呂建華

摘要：提出了一種配電線路綜合用戶停電損失函數及用戶停電損失估算方法，文章以用戶調查為基礎，根據線路負荷分布，建立綜合用戶停電損失函數，構建不同情況下的算法函數和算法模型，通過考慮各類用戶的用電量比例等情況，對濟南市10kV興港線進行用戶停電損失估算。通過算例應用和分析，文章設計的算法具有較好的應用效果，為用戶節省了大量的能源，很大程度地提高了電力利用率，該方法對配電網規劃建設與運維檢修時的經濟決策具有一定的參考作用。

關鍵詞：配電網;可靠性;算法函數;停電損失;用戶調查

Abstract： This paper proposes a comprehensive user power outage loss function and user power outage loss estimation method for distribution lines. Based on user surveys， this article establishes a comprehensive user outage loss function based on line load distribution， and builds algorithm functions and algorithm models in different situations. Considering the proportion of electricity consumption of various types of users， the user's power outage loss estimate for the 10kV Xinggang line in Ji'nan City is carried out. Through the application and analysis of the example， the algorithm designed by the article has a good application effect， saving a lot of energy for the user and greatly improving the power utilization rate. This method has a certain reference effect on the economic decision-making in the planning， construction， operation， maintenance and repair of the distribution network.

0? 引言

隨著電力電網技術的發展，其各方面的需求越來越多，供應缺乏和停電問題也給用戶帶來了不計其數的損失，在目前配電網發展的形勢下，在電力系統規劃方面、電力系統的經濟可靠運行以及電力市場環境下停電損失補償等方面[1-3]都需要估算電力用戶停電損失。停電損失涉及到多種因素，比較常見的也是最典型的因素是停電持續時間。顯而易見的是停電持續時間越長，給用戶造成的損失也就越大[4-6]。其它停電因素還包含有停電發生時間、不同用戶類型等[7]。比如在10kV高壓架空配電線路中，如果絕緣水平比較低，雷、閃電等自然災害事故頻發，這就會嚴重影響配網供電的可靠性和運行的穩定性[8]。在研究配網用戶停電帶來的損失時，停電時間通常是考評用戶損失的重要指標[9]。在這方面上，國內外學者、研究人員均做出了大量的調研工作，國外研究人員運用用戶調查的計算方法，并且采用停電損失評價率以及每次事故停電損失對每類用戶的停電損失來評價，這種方法不僅需要大量的數據統計作為支撐，還需要專業的技術分析人員進行評估，這給工作帶來諸多不便[10]。在國內，也有采用這樣的案例進行評估的，比如采用通過不同的開關設置，但是這種方式通常由于開關位置設置的不同，使得故障區域與隔離區域之間的持續的時間不一定相等。

由此可見，傳統技術中的方法對評價配網用戶停電損失具有諸多方面的技術不足。據此，本文建立了停電負荷損失模型來求取電網側雷害停電損失，并擬合用戶停電損失函數求取用戶側停電損失，具有較好的實用價值，下文將詳細描述。

1? 用戶停電損失分析

在本文設計中，構建出了用戶停電損失函數，通過該用戶停電損失函數調查用戶在不同停電持續時間時段內的停電損失[11]。用戶停電損失可以理解為由于電網電力供給中斷或不足造成用戶缺電所帶來的經濟損失，用戶根據這項指標能夠直觀、清楚地評價配電網供電的可靠性水平情況[12]。本文根據統計學原理，在統計大量的配電網數據后，建立如表1所示的數據信息，然后根據數據信息構建出分類用戶停電損失函數。通過這種方法，該函數可以應用到相同類型的其他配網用戶停電損耗分析上，如表1所示。

在使用3次多項式擬合分類用戶停電損失數據后，得到表2所示的分類用戶停電損失函數的系數對照表和圖1函數曲線，其中t的單位是min。

根據上述描述，下面用圖標的形式表示停電損失函數與停電持續時間之間的關系，如圖1所示。

在圖1中，觀察其曲線圖形，當停電持續時間比較長時，相應地，停電損失的發生的概率也就越大，這說明停電持續時間和停電損失之間的關系為正比例關系。具體而言，假設發生停電時，該用戶處于峰荷;由于停電的原因與用戶在電路中的負荷量也有關系，則可以將雷害故障停電損失視為直接損失與間接損失之和[13]。

當前的研究主要是關于用戶直接損失的，而由于間接損失的量化難度大，不穩定因素過多，本文不做具體量化計算。

2? 用戶停電損失分析函數

根據上文分析，下面通過構建用戶停電損失函數對不同情況下的用戶停電損失情況進行分析。

2.1 平均用戶停電損失模型

平均用戶停電損失模型fSCDF（sectoral customer damage function）可以用公式（1）來表示：

在使用公式（1）時，可以按照不同的標準對用戶分類，在峰荷條件下，利用各種不同類型的用戶在峰荷時不同停電持續時間的總損失除以總峰荷，可以估算出在峰荷時利用的平均用戶停電損失模型。

2.2 綜合停電損失函數

通過采用函數fCCDF（t）（composite customer damage function）來作為綜合停電損失函數的表達式，其中fCCDF表示為企業用電、用戶的用電量比例、負荷率和平均用戶停電損失模型fSCDF，用公式fSCDF表示為：

在上述公式中，其中i表示為用戶類別;ni表示為用戶的總類別數;參數ci為第i類電力企業用戶的用電量占據所有用電量中的比例函數;其中，用Li來表示為第i類電力企業用戶的負荷率。

2.3 用戶的停電損失

用戶的停電損失用函數foc（outage cost）來表示，foc的獲得，需要用戶經過可靠性評估，輸出不同站點各個負荷位置的停電頻率（次數）和停電時間，再根據公式（2）計算得出，用公式表示為：

在上述公式中，ny為各個站點的負荷點總數;n （j，y）為負荷點y的停電總次數;t （j，y）為負荷位置y第j次停電的持續時間;Py表示負荷位置y的平均負荷。

基于上述介紹，下面進行算例分析。

3? 算例分析

下面以濟南市歷城區10kV架空配電線路興港線為例，計算興港線綜合用戶停電損失函數。

3.1 具體線路信息

在該算例中，計算了加裝避雷線成本及電網側停電損失，求出興港線綜合用戶停電損失函數。歷城區集中了濟南市大量工業企業，停電損失大，對用電可靠性要求高，用戶為工業用戶，雷害事故頻發，因此以興港線為示范線路。如圖2所示，為10kV興港線線路圖。

在試驗時，以配電網區域為運行單元，假設選取的興港線是單饋線，共有41個負荷節點，為進行負荷損失計算，對興港線線路負荷進行統計得，興港線線路容量為26580kVA，其中住宅類用戶容量為5316kVA，政府機關3810kVA，商業用戶1460kVA，工業用戶7380kVA，停運負荷容量640kVA，各類用戶容量占比如表3所示。

3.2 參數確定

10kV興港線線路總容量為26580kVA，由于配電變壓器大多在額定容量的65%到75%范圍運行，效率才能達到最大。一般而言，裝機容量小于變壓器額定容量的范圍為70-80%。取興港線以線路容量的70%運行，即18606kVA。根據供電所給出的興港線線路圖，根據上文提到的各類用戶停電損失函數對興港線負荷的評估情況進行分類統計。興港線線路容量中，除停運的640kVA負荷外，其余各類負荷按變壓器70%容量正常運行時，容量分別為，工業類7380kVA，政府機關類3810kVA，商業類1652kVA，住宅類5316kVA。根據濟南市電價價目表與月平均雷電活動數據，對加裝避雷線前后停電損失進行計算。

據統計，濟南地區92.93%的雷電集中出現在4-9月的汛期，其主要原是由于汛期水汽充足，氣溫較高，天氣復雜多變，對流天氣強烈，容易形成雷暴，因此雷電次數相對較高。其中，在5、6月份，發生雷電頻率比較多，據統計，在2個月內累計發生的雷電事件約為9萬次，這將占據全年雷電發生總數的47.83%。

根據濟南地區雷電活動月平均統計數據及前期計算可得，加裝避雷線前線路耐雷水平為-7.4kA，據統計，在濟南市歷城區，2016年間發生的雷擊跳閘率約為：

其中，設置避雷線后，線路耐雷等級水平為-17.48kA，此時，總的雷擊跳閘頻率約為：

興港線線路中各類用戶的負荷量百分比和負荷量如表3所示，由于缺少必要數據，用負荷量比例近似用電量比例，則興港線綜合用戶停電損失函數為：

按照山東省發展改革委關于調整銷售電價等有關問題的通知，根據興港線綜合用戶停電損失函數，計算得加裝避雷線前，用戶停電損失為932萬元/年，加裝避雷線后，用戶停電損失為177萬元/年，加裝避雷線后所降低的用戶側停電損失約為755萬。

4? 結束語

在市場環境下，停電損失估計是電力系統可靠性運行的重要經濟性評估，目前，國內外都有在這方面進行研究和實踐，仍舊存在情況不一的問題，難以滿足市場需求。在現有技術研究的基礎上，考慮了不同用戶在不同情況下的用電量比例和負荷率等，建立了多種情況下的用戶停電損失函數。通過試運行，大大提高了用電效率，節省了電力能源，這為下一步的電網規劃和建設奠定了一定技術基礎，為下一步同類技術的研究提供了理論依據和實踐經驗。

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