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1、配电网自动化技术课程结业报告题 目 基于最小路法的配电网可靠性评估 姓 名 王 晨 系 别 电气工程系 专 业 电气工程 学 号 YZ 指导教师 方海兵 完成时间 .6.17 基于最小路法的配电网可靠性评估摘要：企业和电力客户非常关心的问题,因而也是非常重要的研究方向，配电网可靠性的研究,其目的是向电力客户提供安全可靠的电力供应,从而获得最优的经济效益和最佳的社会效益，配电网可靠性评估的算法是进行配网可靠性研究的重要课题本论文在综述了一些常用的配网可靠性评估算法的基础上,重点论述了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法。该算法首先通过对网络的分层处理, 应用可靠性等值原理将复
2、杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网,再应用最小路方法计算系统的可靠性指标,从而提高了评估效率。关键字:配电网;可靠性评估;最小路法1.引言1.1可靠性评估综述 随着电力系统的发展，电力系统网架越来越完善，设备出现故障后仍能保证为大部分用户持续供电，同时用户对电力系统供电可靠性的要求也越来越高。之前人们更多地关注输电网可靠性，然而造成用户停电的往往是配电系统故障，据统计，由配电网故障引起的停电占所有停电的 80%。因此，有必要评估配电网可靠性，以保证电力系统的安全可靠运行。配电网可靠性分析方法主要为解析法和模拟法，其中解析法包括故障模式后果分析法等，故障后果分析法是指系统的归纳细节，在每个可
3、能发生的故障下，找出每个故障下各个用户的停电情况，并遍历所有的可能发生的故障。但随着配电网络的扩大，该类算法的计算量急剧上升，因此在解析法的基础上出现了很多改进优化算法，如最小路法、网络简化等值法、故障遍历法等。最小路法是指对每个负荷点求取其最小路，将非最小路上的节点折算到最小路上，从而只需要考虑最小路上的节点和负荷节点对可靠性指标的影响。网络等值法是指把配电网多个元件等效为一个元件，这些元件的故障引起的用户停电是一致的，因此可以作为的一个整体进行研究，对可靠性评估结果并没有影响，然而可以大幅度减少元件数量，从而提高计算效率。故障遍历法是根据配电网结构建立起故障树，找出每种可能出现的故障，并对
4、每种故障做假设，分析每种故障下各用户停电情况，最后叠加各种故障下用户停电指标。 这几种优化算法可对复杂配电网系统进行简化，然而该类算法大多未计及故障后的负荷转移，难以满足可靠性要求。为此，故障后分块削负荷的方法，实际上就是对故障后各个负荷的的停电情况进行分类，包括了故障修复时间、故障转供电时间和隔离时间三种，根据馈线带电情况对负荷的供电情况进行分析并求出可靠性指标；在考虑电压质量和保护性能等因素，在配电网中如果中压或者低压线路过长，会导致馈线末端电压过低不合格，因此在可靠性计算中考虑电压质量，更符合实际配电网运行情况；利用容量约束考虑了故障后详细的负荷转移情况。配电网中实际负荷变动比较快，很难
5、掌握有功负荷，但是配电网馈线的容量是固定的，每个配变有大概的负载率，因此可以通过容量来校验馈线的负荷承载能力，利用容量约束分析故障后各个负荷点的停电情况；在考虑开关故障的影响，包括断路器、负荷开关等故障对可靠性的影响。考虑了向量法在可靠性评估中的应用，简化了计算方法并提高了计算效率。 此外，可靠性指标递归方法：随着智能电网的发展，考虑分布式电源的可靠性评估也随之出现。文献分析了配网自动化对可靠性的影响。这些算法都是随着配电网新技术的出现而产生的。需要指出的是，上述算法几乎只考虑了故障停电情况，并未考虑预安排停电情况。1.2 可靠性评估指标体系 在电力系统中，拥有成千上百的设备，主要包括发电机、
6、输电线路、变压器、开关设备（断路器、负荷开关、刀闸、熔断器）、测量设备等。而在配电网中，包括的主要设备有电缆线路、架空线路、杠塔、配变、断路器、负荷开关、熔断器、CT和PT等，这些设备中，某些设备的故障会引起停电，主要有线路、配变、开关。首先分析各种配电设备的可靠性基本参数，包括以下几个：（1）设备年停运率，即故障率。该参数可以通过模拟法求得，模拟设备 i 运行 N 年，并记录设备出现故障的次数 M，可以方便的求得故障如式： （1-1）单位为：次/年，表示设备运行中一年出现故障的概率。（2）设备年停运时间，该参数通过模拟设备运行一段时间t求得，记录设备在运行周期内出现正常运行的时间和故障的时间
7、。（1-2）式子（1-2）的单位是：小时/年，在图 1-1 中的模拟周期内出现高电平表示故障，总的故障统计时间为，由此折算到一年的停运时间。（3）设备每次的停运时间由以上两式，以及和的定义可知：（1-3） 上面三个式子是针对设备的，下面几个式子主要是针对系统的可靠性指标，这几个指标才是可靠性评估的重要凭证。（4）系统用户年平均停电次数 SAIFI(system average interruption frequency index)（1-4）式中，指负荷点i的故障率；为负荷点i的用户数。指标单位为：次(s)/户(a)。统计时，当把所有停电引起的可靠性指标都计入时，记为 SAIFI1；当不计外
8、部停电引起的可靠性指标时，记为 SAIFI-2；当不计电源不足限电造成的计划停电、限电等停电引起的可靠性指标时，记为 SAIFI3。（5）系统用户年平均停电时间 SAIDI(system average interruption duration index)SAIDI一年内系统所有用户的停电时户数之和/系统的用户总数（1-5）式中，为负荷点i的平均每年停电时间，为负荷点i的用户数。指标单位为：小时（h）/户(a)。同样，统计时，当把所有停电引起的可靠性指标都计入时，记为 SAIDI1；当不计外部停电引起的可靠性指标时，记为 SAIDI-2；当不计电源不足限电造成的计划停电、限电等停电引起的可
9、靠性指标时，记为 SAIDI3。（6）供电可靠率指标RS 或 SA(service availability)或 ASAI(average service availability index)RS一年中用户经受的不停电小时数/用户一年要求的总供电小时数（1系统用户年平均停电时间/一年统计期间时间）100RS(1SAIDI/8760)100 （1-6） 同样，统计时，当把所有停电引起的可靠性指标都计入时，记为 RS-1；当不计外部停电引起的可靠性指标时，记为 RS-2；当不计电源不足限电造成的计划停电、限电等停电引起的可靠性指标时，记为 RS-3。（7）系统用户年平均停电缺供电量AENS（av
10、erage energy not supplied）（1-7）式中，表示负荷点i的配变负载率，为接入负荷点i的配变容量（kVA），为负荷点的平均每年停电时间（小时），为负荷点的用户数。指标单位为KW.h/户。2.配电系统元件的可靠性 在研究电力系统可靠性时,一般把研究对象划分为元件和系统两个层次。元件是构成系统的基本单位,在系统中它不可再分割。系统是由元件组成的,是元件组成的整体。配电系统主要指10110KV的配电网络。它由许多特有的元件所组成,例如,架空线、地埋电缆、空气开关、调压器、配电变压器、电缆、隔离开关、熔断器等等。为了能够准确地分析配电系统的可靠性,必须了解这些元件的可靠性参数和一
11、些相关特性,包括元件的可修复性和元件可靠性参数的分布函数。2.1元件可靠性的基本概念 从可靠性观点来看,元件可分为不可修复元件和可修复元件两大类。不可修复元件是指元件投入使用后,一旦损坏,在技术上就无法修复,或者即便可以修复,在经济上也很不划算;可修复元件是指元件投入使用后,如果损坏,仍能修复并且能够恢复到原有的功能而得以再投入使用,因此可修复元件的寿命流程是由交替着的工作和修复周期所组成的。电力系统中,绝大部分元件是可修复元件,因此,本文主要考虑可修复元件的可靠性。2.2可修复元件的状态 配电系统的主要元件如配电变压器、断路器、架空线路等都属于可修复元件。对一个正在使用中的可修复元件来说主要
12、有可用状态和不可用状态。对配电元件来说,除了计划停运外,其处在可用状态或不可用状态是随机的。可用状态,又称工作状态,是指元件处于可执行它的规定功能的状态,工作状态持续的时间称为连续工作时间。 不可用状态又称停运状态,是指元件由于故障处于不能执行它的规定功能的状态;停运状态持续的时间称为连续停运时间。一个可修复的配电系统元件的寿命过程。整个过程处在不断交替的工作状态和停运状态,记TTF为连续工作时间,TTR天为连续停运时间。 可修复元件的与失效有关的可靠性指标：(l)元件可靠度R(t):是指元件在起始时刻正常的条件下在时刻t前不发生故障的概率。R(t)=P(Tt) (2-1) R(t)是t的函数
13、。当元件开始使用时完全可靠,故t=0,R(t)=1。当元件工作无穷时间后,完全损坏,故,R(t)=0。(2)元件不可靠度F(t):是指可修复元件在起始时刻完好的条件下,在时间区间(0,t发生首次故障的概率,因为元件在时刻t处于首次故障或处于完好状态,故有R(t)+F(t)=1(2-2) (3)故障密度f(t):指元件在(t,t+t期间发生第一次故障的概率。元件故障密度与元件不可靠度有如下关系:(2-3)(2-4)f(t)夕为元件在(t,t+时间内出现故障的概率。故障率:这是一个条件概率,指元件从起始时刻直至时刻t完好条件下,在时刻t以后单位时间里发生故障的概率。元件故障率与元件故障密度和元件可
14、靠度之间的关系如下:(2-5)根据条件概率的公式,可得:(2-6)(2-7)将F(t)与R(t)和f(t)的关系代入上式可得可靠率R(t)与故障率的关系如下:(2-8)(5)平均无故障工作时间人口万尸:是指无故障工作时间的数学期望值。(2-9)2.3可修复元件的与维修有关的可靠性指标 修复概率试g(t):是指元件在起始时刻故障的条件下,在时间区间(0,t修复的概率。修复分布函数G(t)在性质上与故障分布函数F(t)相似。对可修复元件,G(t)是一个单调递增函数:(2)修复密度以g(t)是指元件在(t,t+t期间首次修复的概率。修复密度g(t)与修复概率G(t)的关系如下:(2-10)(2-11)g(t)dt是元件在起始时刻故障,在(t,t+dt期间修复的概率。修复率(t):是元件在起始时刻直至时刻t故障的条件下,在时刻t以后每单位时间里修复的概率。(2-12)(4)平均修复时间MTTR:是修复时间的数学期望值。(2-13)2.4两种典型的元件寿命概率分布 元件的寿命分布模型(元件寿命的概率分布)是一个统计模型,是通过对大量元件失效数据的统计、分析、抽象后建立的,一个反映元件主要特征,忽略次要成分的理性化的描述。最常见的元件寿命分布模型有6种,分别为指数分布、正态分布、伽马分布、对数正态分布、威布尔分布和极值分布。本文主要讨论指数分布和威布尔分布。前者只有一个参数,数字处理容易,
