配電網可靠性評估的網絡等值法模型研究

聶丁楠，張俊財

（內蒙古電力（集團）有限公司鄂爾多斯電業局，內蒙古 鄂爾多斯 017010）

在我國的電力系統發展過程中一直注重發電輸電這兩方面，而配電網可靠性的評估是近幾年來才慢慢出現在大眾的視野中。配電網同發電和輸電一樣在電力系統中都有著很重要的作用。我國的大部分停電事故發生的原因都是由于配電系統出現問題導致的，由于配電系統本身存在的特點因此在對配電網的可靠性進行評估時所使用的方法較發電以及輸電系統的評估方法有著很大的差異。針對配電網可靠性進行評估的時候雖然有著很多的評估方法，但運用網絡等值法進行評估可以將評估的過程簡化且評估結果也是十分準確。對于簡單的配電網可靠性評估時候網絡等值法有著很好的實用性，對于結構復雜的配電網也可以將其簡化后再進行評估。在進行評估時候可結合配電網的實際情況建立網絡等值法模型對配電網的可靠性進行分析評估。

1 配電網可靠性評估方法分析

配電網可靠性的評估方法有很多種，對于不同的方法有著不同的特點。有的評估方法在運用的時候十分簡便快捷，但有些方法實施起來就很麻煩所計算的出的信息也存在著一定的偏差。

1.1 傳統的故障模式后果分析法（FMFA）

這種方法主要是針對配電系統中所可能出現的故障事件以及相關元件結構失效的情況進行分析，通過事件發生時對負荷點所造成的影響分析進而找出系統故障的模式集合，然后基于該模式上得出負荷點的可靠性。這種較于傳統的故障模式后果分析法只適用于針對簡單的配電結構系統，對于帶有分支饋線的復雜結構配電網來說并不適用。由于復雜結構的配電系統所存在的故障模式過于繁雜，使用該方法時存在著一定的困難使得評估過程過長。

1.2 故障遍歷算法

這種方法能夠很好的適應配電網的結構變化，在復雜結構的配電網中也能快速的對可靠性進行評估。這種方法采用圖論中的廣度優先搜索，對于電源到負荷點的最小路集進行優先搜索。通過這種方法找出發生故障的斷路器和熔斷器、隔離開關發生故障時的隔離范圍及負荷點所發生的故障類型等，并依據負荷點發生的故障類型來計算得出配電系統的可靠性指標。這種方法在對結構復雜的配電系統進行評估時是一種十分實用的可靠性評估方法之一。

1.3 網絡等值法

這種方法隸屬于解析法，使用這種方法對配電網可靠性進行評估時候是運用較多的方法之一，不僅僅因為這種方法能夠將評估過程簡便化，還可以精確的得出評估結果。這種方法的實施原理則是將部分的配電網絡系統替換成一個等效的元件結構，進而將那些結構復雜的配電網系統一步步簡化，再運用簡單的輻射網計算系統得出可靠性指標進行可靠性評估，這種等效機理的方法對于配電網的評估有著很強的適應性。

2 網絡等值法模型

配電網一般是由主饋線和分支饋線所組成，網絡等值法能夠很好的將復雜結構的配電系統簡化成簡單結構的配電網進而簡化計算評估步驟。在使用網絡等值法進行評估時，我們第一步需要將配電系統中有的饋線數進行網路分層，確保配電系統中的每條饋線與其連接著的元件同處于一層之中，如圖1所示中的E1和E2。

圖1 配電系統示意圖

網絡等值法就是將每個網絡分層等效成為一條條分支線路，在網路分層中每個層都有著對應的一條等效分支線路，等效成分支線路一般是從最后的一個網絡分層開始的然后慢慢的向上一層進行等效由此類推最終將復雜結構的配電系統簡化，如圖2。

圖2 配電系統簡化示意圖

在對每一個網絡分層進行等效后，就可以對簡單結構的配電網進行可靠性評估了。

3 對結構簡單的配電網應用網絡等值法進行評估

結構簡單的配電網系統在對配電網可靠性進行評估時有著很重要的作用，因為這是對結構復雜的配電網進行研究的基礎。這種配電系統的負荷點主要沿途分布在饋線的兩旁。常見的簡單配電系統結構圖如圖3所示。

圖3 簡單配電系統結構圖

如圖所示1號虛線框所表示的就時負荷點支路，2號虛線框則是分段線路開關，N/O則是連接線路的聯絡開關，而斷路器一般安置在電源的附近。這就是部分簡單配電系統的結構圖，該種配電系統常常是由斷路器、若干個干段主饋線、若干個負荷支路、若干個分段線路開關及聯絡開關等所構成。在對可靠性的評估時則是選擇將斷路器、分段開關、各個饋線等看作一個元件節點。如果在進行這一步的時候把負荷之路也當作以一個元件節點的話，那么對該配電系統進行可靠性評估時，完全可將圖1所示的結構圖等效轉為圖2所示的等效圖。結合圖1以及圖2可以很簡便的看出每個元件節點都一一相連代表著連接關系，在等效圖中并看不出相應節點的屬性。

圖4 簡單配電系統等效圖

該等效圖可以看作是由n個元件節點所組成，在第n個元件節點之前的各個元件節點的集合都是{斷路器、各個饋線、負荷節點、分段線路開關}構成，第n個元件節點則是聯絡開關。雖然從圖二中看不出相應元件節點的屬性，但是不同的節點有著不一樣的屬性如：斷路器的節點屬性{故障率；修復時間；可斷開線路的概率}，各個主饋線的節點屬性{故障率；修復時間}，負荷支路的節點屬性{等效故障率；等效修復時間}，分段線路開關的節點屬性{操作時間；故障率}，聯絡開關的節點屬性{聯絡開關倒閘時間}，一般來說來聯絡開關的倒閘時間大于分段線路開關的操作時間。簡單配電系統可靠性指標時候需要通過下列的式子進行計算來得出：

N（分支饋線節點數）

式中，j為負荷之路對應的節點；Lj為負荷點（j）的故障率；

Rj為故障修復時間；Uj為年停電時間；Ln′為對應著圖2中第n個節點的等效故障率；rjn為求第j個節點時第n個節點的停運時間。

依據這個公式得出負荷點相應的故障率、故障修復時間以及年停電時間后就可以的出簡單配電系統的可靠性指標。

4 對結構復雜的配電網可靠性應用網絡等值法進行計算評估

運用網絡等值法將復雜結構的配電系統等效成簡單結構的配電網能夠很快速準確地得出配電網可靠性地指標。在對復雜結構的配電系統的可靠性進行計算評估可根據下列式子來計算：

式中，λi′為主線路上串聯節點i發生故障對節點k產生影響的等效故障率；λkl為節點k所在支路的線路發生故障的等效故障率；λkt為節點k所在支路的配電變壓器發生故障的等效故障率；rik為節點i發生故障導致節點k停電的時間；rkl為節點k所在支路上線路的修復時間；rkt為節點k所在支路上配電變壓器的等效修復時間。

其中k與上述中的n是同一個數值，對rkt的取值和變壓器有著一定的關聯，如果節點所處的支路不配有變壓器那么rkt的取值就等于變壓器所需的修復時間，若設有變壓器則等于切換到備用變壓器所消耗的時間。

根據式（1）～（3），可得出串聯在分支饋線的等效元件的可靠性參數，且串聯在下級線路的起始節點也是用這些參數所表示、電源則用上級的饋線表示。這樣一個簡單結構的配電網就形成了，形成后就可按照簡單結構的配電網對負荷點的可靠性指標進行計算的得出。

5 影響配電網可靠性評估的問題及改進措施

5.1 存在的問題

（1）線路問題是影響配電網可靠性的重要原因之一，在線路的布置時最常見的線路問題是：單輻射線存在的問題、線路架空的問題。當單輻射線發生故障事件時會影響到用戶的用電，不能提供用戶用電且停電時間很長。線路架空的問題則會被自然因素影響從而導致線路停電。（2）設備問題。設備問題能夠直接影響到配電網的可靠性，設備出現的問題常見的就是：設備老化、損壞故障等，這一系列的問題會使得配電網的安全性、可靠性等直線下滑。（3）人為影響。人為導致的問題一般是因為外力破壞致使設備及線路受到一定的損壞，人為導致配電網可靠性降低的原因有：盜竊電源、施工壓力過大等。

5.2 改進措施

（1）對電網的網架結構進行完善。在對網架結構的完善時候可使用10kv的出線來提高線路的環網率，減少因維修或施工導致的停電現象提高配電網的可靠性。在線路中添加聯絡開關已經分段開關，可以對停電的范圍進行很精確地控制使得配電網的可靠性得到保障。（2）對設備和線路進行優化升級。改造線路過載能夠降低設備和線路的所受到的影響，保護配電網的安全性，縮小停電范圍這樣就不會導致所有居民停電。（3）完善電網的基礎設施。線路老化的問題是電網中最常見的故障問題之一，對于該問題電網公司在這方面的投入需要加大改進線路老化的問題，減少停電事故的發生。電網公司在配電系統中增加漏電保護器的裝置，這樣也能很好的減少漏電事故，從根本上解決安全事故的發生。

6 結語

針對配電網的可靠性評估只需要使用合適的方法并保證實用性高，那么配電網的可靠性評估就能很快速很準確。關于復雜結構的配電系統可靠性的評估，通過網絡等值法進行簡化成簡單結構的配電網就可以計算出負荷點的可靠性指標然后再進一步進行評估。用網絡等值法模型對各種配電網系統的可靠性進行評估可以減少相應的計算量保證準確性。現如今處于科技信息化時代，在對配電網可靠性進行評估時可以利用先進的數據庫、計算機、編程語言等方法。