基于CESS 軟件的配電網可靠性分析研究

韓 俊，袁 棟，謝珍建，陳 磊，吳茂剛

（1.國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院，江蘇南京 210000；2.國網江蘇省電力有限公司，江蘇南京 210000；3.國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇揚州 225000；4.國網江蘇省電力有限公司連云港供電分公司，江蘇連云港 222002）

隨著經濟社會的發展，用戶對電能質量與可靠性的要求日益增加。在新時代戰略體系下，以客戶為中心，提高供電可靠性與服務水平是電網公司的核心發展理念[1-3]。

配電網接線模式與供電可靠性緊密相關[4-6]，配電網規劃技術導則中明確給出了中壓配電網的標準接線模式。在電網建設過程中由于受到自然環境和政策環境等因素的影響，配電網發展出了多樣化的接線模式[7-9]。不同接線模式的可靠性不同，同時配電網的物理結構、電氣特征也影響其供電可靠性[10-16]。因此，文中分析配電網典型接線模式，并研究不同電氣特征參數及不同接線模式對配電網接線模式的影響[17-19]。

1 配電網典型接線模式分析

1.1 單輻射接線方式

單輻射接線方式是配電網傳統的接線方式，如圖1 所示。其具有結構簡單、線路利用率高的優點，但其可靠性較低，適用于農村地區供電場景，用以解決偏遠地區的用電問題。根據線路的類型，單輻射接線方式又可劃分為架空單輻射與電纜單輻射。

圖1 單輻射接線示意圖

1.2 環網接線方式

環網接線方式包括電纜單環網與電纜雙環網，如圖2 所示。單環網接線方式接線結構簡單且能夠滿足N-1 安全準則，供電可靠性高，但線路利用率較低。雙環網接線方式在具備單環網接線方式優點的同時，能夠較大幅度提高線路利用率。

1.3 N供一備

N供一備接線方式通過N條線路正常運行，1 條線路作為備用電源，能夠滿足N-1 安全準則，且供電可靠性較高，同時線路利用率為1/N。隨著正常運行線路數N的增加，線路利用率逐漸增加。當N=3 時，線路利用率為75%。但N供一備受負荷地理位置與分布情況的影響較大，在負荷分布不均勻時，線路線損率較高，如圖3 所示。

圖2 環網接線示意圖

圖3 N供1備接線示意圖

1.4 架空多分段適度聯絡

多分段適度聯絡接線方式一般通過分段開關的方式將線路分為若干段，并采用聯絡開關將線路與外部電源相結合。其中，多分段雙聯絡又包括“工”字型組別和“井”字型組別。多分段適度聯絡接線示意圖如圖4～6 所示。

圖4 多分段單聯絡接線示意圖

2 基于CESS軟件的配電網可靠性評估

2.1 可靠性計算方法

圖5 多分段雙聯絡接線示意圖

圖6 多分段三聯絡接線示意圖

若單個電力設施發生了故障，首先，需要計算該電力設施發生故障后斷路器跳閘、故障隔離與恢復供電的全過程，并逐一確定各負荷點的故障停電率及故障引起的停電時間。其計算方式如式（1）所示。

其中，Ml為電網發生故障后引起負荷點l停電所影響的全部電力設施集合；λj為受影響電力設施集合中第j個設施的故障停運率；λl為負荷點l的故障停電率。

式（2）中，rj為設施集合中第j個設施的故障修復時間；ul為負荷點l的故障停電時間。

系統平均停電時間期望如式（3）所示。

式中，SAIDI為系統平均停電時間期望；nl為負荷點l的用戶數，L為線路的負荷點集合。

進一步計算系統供電可靠性，如式（4）所示。

式中，ASAI為系統的供電可靠率。

2.2 CESS軟件可靠性評估模塊

供電網絡計算分析與輔助決策軟件（CESS）是一款智能化、使用方便、功能全面的電力行業仿真軟件，其具備潮流計算、線損分析、電網規劃、可靠性分析等多種功能。CESS 的可靠性評估模塊通過對元件的遍歷分析，可進行大規模配網可靠性的快速評估，能夠得到各負荷點與系統多樣化的可靠性指標，用于辨識系統與重要用戶的薄弱環節，并提出針對性的改善措施。文中采用CESS 軟件進行配電網可靠性分析，以分析線路長度、線路分段數、用戶分布情況、自動化水平、負載率等電氣特征參數對不同接線模式可靠性的影響。分析方法流程如圖7 所示。

圖7 基于CESS軟件的配電網可靠性分析流程

3 配電網可靠性分析算例

為了分析線路分段數、用戶分布情況、自動化水平、線路負載率等電氣特征因素對不同接線模式可靠性的影響，文中采用單一因素變化方法進行分析，即在典型場景基礎上每次改變單個因素，并研究該因素變化對配電網可靠性的影響。典型場景下10 kV 線路的電氣特征因素取值如表1 所示。

表1 典型場景下電氣特征因素取值

3.1 線路長度對可靠性的影響分析

在典型場景基礎上，改變線路長度，采用上述基于CEES 軟件可靠性評估方法進行計算，分析線路長度對可靠性的影響。計算結果如圖8 所示。

圖8 線路長度對可靠性的影響

由圖8 可知，隨著線路長度的增加，不同接線模式的可靠性逐漸降低。線路長度對多分段適度聯絡、單輻射接線方式的影響較大，尤其是對于架空單輻射接線方式，可靠性由3 km 的99.986下降到40 km的99.517。線路長度對于雙環網、單環網、N供1 備接線方式的可靠性影響較小，這是因為其故障率主要取決于環網設備。

3.2 線路分段對可靠性的影響分析

線路分段對可靠性的影響，如圖9 所示。

圖9 線路分段對可靠性的影響

由圖9 可知，隨著線路分段的增加，不同接線模式的可靠性均有所增大。線路分段數對于雙環網、單環網、N供1 備接線方式的可靠性影響較小，但線路分段數對于多分段適度聯絡、單輻射接線方式的影響較大。這是由于隨著線路分段的增加，線路故障時停電范圍將縮小，即受到影響的用戶數減少，所以呈現出隨著線路分段的增加，不同接線模式的可靠性均有所增大的情況。

3.3 用戶分布對可靠性的影響分析

用戶分布對可靠性的影響，如圖10 所示。

圖10 用戶分布對可靠性的影響

由圖10 可知，典型場景中用戶分布對單輻射線路影響較大，負荷集中前段時可靠性最高，集中后端時可靠性最低。這是因為負荷越集中于線路后端，當發生故障時，受影響的用戶數越多，可靠性越低。用戶分布對單輻射以外的其他接線模式可靠性影響較低，是由于當線路發生故障時，線路整體或者分段滿足可轉供。因此，線路負荷分布對單輻射以外的所有接線模式可靠性影響較低。

3.4 自動化水平對可靠性的影響分析

自動化水平對可靠性的提升情況如圖11所示。

圖11 自動化水平對可靠性的提升

由圖11 可知，自動化水平的全覆蓋對不同接線模式可靠性均有提升效果，對多分段三聯絡、多分段兩聯絡“工”字型組別、多分段兩聯絡“井”字型組別、多分段單聯絡的可靠性提升值為0.003 3，對雙環網、單環網、N供1 備、單射架空的可靠性提升值為0.002 5，對單輻射架空可靠性提升值為0.286。這是因為配網自動化可以在較大程度上提高故障定位、隔離與恢復時間，因此，具備配網自動化接線模式供電的可靠性較高。

3.5 負載率對可靠性的影響分析

負載率對可靠性的影響如圖12 所示。

圖12 負載率對可靠性的影響

由圖12 可知，負載率對N供1 備、多分段兩聯絡“井”字型組別、單輻射接線方式的可靠性無影響。

4 結論

文中研究了各種配電網接線模式的典型結構，并分析配電網可靠性的計算原理，且開展了配電網可靠性對比分析研究。結果表明，單環網、雙環網與N供1 備接線模式具有較高的可靠性，隨著線路長度、負載率的增加，配電網的可靠性也隨之增加。隨著線路分段數的增加、自動化水平的提升，配電網的可靠性也隨之提升。負荷越集中于線路前段時，配電網的可靠性越高。但線路分段數的增加也會提高配電網建設成本與運行復雜度，因此，配電網應根據實際線路需求選擇合理的接線方式。