一項(xiàng)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性評(píng)估的新指標(biāo)

電力系統(tǒng)可靠性是電力系統(tǒng)運(yùn)行的一項(xiàng)重要的衡量指標(biāo)。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)反映了電力系統(tǒng)元件或網(wǎng)絡(luò)的可用度，但是沒(méi)有反映出其經(jīng)濟(jì)成分。本文提出一種對(duì)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估的新指標(biāo)——經(jīng)濟(jì)可靠性，不僅反映了電力系統(tǒng)的可靠性，也反映了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。這對(duì)于提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的意義。
??? 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)，可靠性

A New Index of Reliability Evaluation of Power Systems

Zhang xin-yong, Huang Qun-gu, Ren Zhen?

(1. Electrical Power College, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;2. Zhongshan Power Bureau, Zhongshan 528400, China)

??? Abstract: Reliability of Power Systems is an important evaluation index for Power System operation. Traditional reliability index reflects availability of equipment or power networks in Power Systems, and does not relate to its economic factors. A new index: economic reliability that evaluates reliability of power systems presented in this paper, not only reflects availability of Power Systems but also deals with economic properties of power systems. This is of importance for improving economic results.
??? Key words: Power Systems; economy; reliability

0? 引言
??? 電力系統(tǒng)可靠性研究，在許多文獻(xiàn)中都有涉及^[1-3]，所研究的內(nèi)容也非常廣泛：高壓電力網(wǎng)絡(luò)的可靠性、高壓直流輸電可靠性、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的可靠性，等等。
??? 配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估，是對(duì)正在運(yùn)行的配電網(wǎng)絡(luò)，或者是對(duì)新設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)絡(luò)作出供電可靠性評(píng)價(jià)，從而確定該配電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性的優(yōu)劣。通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)可靠性評(píng)估，可以確定出計(jì)劃停電以及故障停電對(duì)供電可靠性的影響，由此確定提高供電可靠性的技術(shù)措施和尋求提高供電可靠性的管理方法。
??? 一般說(shuō)來(lái)，在常規(guī)可靠性評(píng)估時(shí)，可靠性高的配電網(wǎng)絡(luò)不一定經(jīng)濟(jì)性好，經(jīng)濟(jì)性好的配電系統(tǒng)不一定可靠性高。本文提出的“經(jīng)濟(jì)可靠性”指標(biāo)高的配電網(wǎng)絡(luò)，才同時(shí)具有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1? 配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常規(guī)可靠性評(píng)估
??? 在進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)，在傳統(tǒng)上，較常用的指標(biāo)有：輸變電設(shè)備的故障率λ、計(jì)檢率。而故障率λ，一般用單位“次/年·臺(tái)”或“次/年·km”表示，說(shuō)明一年中平均每臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)，或一年中平均每公里線路發(fā)生故障的次數(shù)。此外，還通常使用下列的可靠性指標(biāo)等：
??? (a) 系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)：


??? 上式也稱供電可用度或供電可靠率。
??? (f)平均不可用度指標(biāo)ASUI：
?
??? 復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)都是由放射型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。顯然在可靠性方面，環(huán)型網(wǎng)絡(luò)要優(yōu)于形放射型網(wǎng)絡(luò)，帶有分段或分支開(kāi)關(guān)的要優(yōu)于不帶開(kāi)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。這主要是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)的停電的范圍確定的，即根據(jù)停電的戶數(shù)×?xí)r數(shù)確定的。
??? 然而，用指標(biāo)“戶數(shù)×?xí)r數(shù)/年”或“次數(shù)/km”或“次數(shù)/年”來(lái)進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估，僅僅反映一個(gè)停電范圍方面，故障停電所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失卻不能反映出來(lái)。一個(gè)大用戶(裝變?nèi)萘亢艽?與一個(gè)小用戶(裝變?nèi)萘亢苌?，在同樣的停電時(shí)間內(nèi)，對(duì)指標(biāo)“戶數(shù)×?xí)r數(shù)/年”或“次數(shù)/km”的貢獻(xiàn)是一樣的，但顯然，兩者的經(jīng)濟(jì)損失相差很大。下面的“經(jīng)濟(jì)可靠性”的指標(biāo)，主要是從經(jīng)濟(jì)上的角度對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評(píng)估。

2? 配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)
??? 在電力系統(tǒng)中，與經(jīng)濟(jì)直接相關(guān)的是供電量。系統(tǒng)故障停電時(shí)，影響的也是供電量。在系統(tǒng)故障時(shí)，一是要減少停電時(shí)間，二是要減少停電范圍，即停電的戶數(shù)，三是(也是更重要的)要使因停電而損失的供電量達(dá)到最小。即說(shuō)，我們不僅要考慮“戶數(shù)×?xí)r數(shù)”，還要考慮“千瓦×?xí)r數(shù)”，或 “兆伏安×?xí)r數(shù)”。 這里的“兆伏安(時(shí)數(shù)”指標(biāo)，突出了大用戶權(quán)重，而減輕了小用戶的地位，從而使得配電網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)不僅能反映故障停電的范圍，也能反映停電時(shí)經(jīng)濟(jì)損失有多大。
??? 根據(jù)上面的概念，在進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)，特提出下列的經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)如下：
??? (a) 故障率指標(biāo)λ：



??? 下面用經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)對(duì)某市區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估。

3? 應(yīng)用實(shí)例
??? 為了清晰起見(jiàn)，這里例子僅限于放射型配電網(wǎng)絡(luò)，環(huán)型配電網(wǎng)絡(luò)可同樣分析。
??? 設(shè)某市所轄的一個(gè)獨(dú)立10千伏中壓配電網(wǎng)絡(luò)小系統(tǒng)，總戶數(shù)620戶，總裝變?nèi)萘?59MVA，線路總長(zhǎng)度245.53公里，10千伏線路55條，其停電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

??? 下面的分析中，原可靠性指標(biāo)用下標(biāo)Y標(biāo)出，表示經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)的用下標(biāo)W表示。該系統(tǒng)的故障率λ和每次停電平均時(shí)間T如表2所示。

??? 以該市的某條10kV線路為例(如圖1所示)，進(jìn)行可靠性評(píng)估，并用傳統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)可靠性分別評(píng)估。

??? 為方便起見(jiàn)，將所有的支線都等效為一段帶箭頭的線段表示，分支線上所帶的所有容量都等效為其總?cè)萘俊D1中的大寫(xiě)字母A、B、C等為用戶編號(hào)，箭頭指向的為該支線所有用戶用戶的裝變?nèi)萘?MVA)，線段旁邊的數(shù)字為該線段長(zhǎng)度(km)，圓圈內(nèi)的數(shù)字為該支線上所有用戶數(shù)。
??? 設(shè)變電站全停一次時(shí)為8h，這樣圖1網(wǎng)絡(luò)上的所有39戶用戶均受影響；由于線路上沒(méi)有裝設(shè)開(kāi)關(guān)，則當(dāng)線路上任何一點(diǎn)發(fā)生永久性故障時(shí)，都將造成圖1所示的全線停電，其停電時(shí)間為故障排除時(shí)間，設(shè)為4h。根據(jù)表1，可算出變電站全停時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)的戶×?xí)r數(shù)h_Y1和h_W1、計(jì)劃停電的戶×?xí)r數(shù)h_Y2和h_W2，和故障停電戶×?xí)r數(shù)h_Y3和h_W3，考慮全停、計(jì)劃停電和事故停電的ASAI，以及只考慮故障停電時(shí)的ASAIF，結(jié)果如下表3。

??? 從表3可以看出，圖1系統(tǒng)的原可靠性和經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)接近。
??? 當(dāng)線路上裝有分段開(kāi)關(guān)和分支開(kāi)關(guān)時(shí)，如圖2所示結(jié)構(gòu)，分別計(jì)算其原可靠性和經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)，結(jié)果如表4中。

??? 從表2可以看出，在有分段開(kāi)關(guān)和分支開(kāi)關(guān)的情況下，圖2所示網(wǎng)絡(luò)的原供電可用度較高，而經(jīng)濟(jì)供電可用度較低。
??? 設(shè)圖2中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各分支線上用戶數(shù)和編號(hào)都不變，只是其部分分支上的裝變?nèi)萘坑凶兓喈?dāng)于部分大用戶和小用戶相互對(duì)換，如圖3所示。

??? 對(duì)圖3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重新計(jì)算各可靠性指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)，對(duì)換后的網(wǎng)絡(luò)，其原可靠性指標(biāo)不變，而經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)發(fā)生變化，經(jīng)濟(jì)性可用度增加了。如表5所示。

??? 再一次對(duì)圖2網(wǎng)絡(luò)部分用戶的裝變?nèi)葜匦聦?duì)換，并計(jì)算相應(yīng)的可靠性指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)圖4和表6。

??? 比較表3和表4可知，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)安裝有分段和分支開(kāi)關(guān)時(shí)，原可靠性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)均有提高，即兩種方法的供電可靠率ASAI和ASAIF都提高了?？梢?jiàn)，分段和分支開(kāi)關(guān)對(duì)提高配電網(wǎng)絡(luò)可靠性具有重要作用。
??? 比較表4、表5和表6，可以看出，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和用戶數(shù)不變，僅僅是支線上的用戶裝變?nèi)萘堪l(fā)生變化時(shí)，原可靠率ASAI和ASAIF均不變，即網(wǎng)絡(luò)上，連接的是大用戶還是小用戶，對(duì)可靠率ASAI和ASAIF都是不變的。然而經(jīng)濟(jì)可靠率卻發(fā)生了變化，大用戶越是靠近線路的電源端段，經(jīng)濟(jì)可靠率就越高。
??? 比較表4、表5和表6故障停電的MVA(時(shí)數(shù)/年得知，圖2網(wǎng)絡(luò)為95.291 MVA(小時(shí)/年，圖3網(wǎng)絡(luò)為83.22 MVA(小時(shí)/年，圖4網(wǎng)絡(luò)為78.286 MVA(小時(shí)/年。從圖2網(wǎng)絡(luò)到圖4網(wǎng)絡(luò)，因故障停電的戶(時(shí)數(shù)減少了17.8%，因而經(jīng)濟(jì)損失減少了17.8%。若整個(gè)市區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)在中低壓配電改造時(shí)，能同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，則不僅提高了可靠性，其經(jīng)濟(jì)效益也是非常的可觀的。

4? 結(jié)論
??? 本文提出對(duì)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估的新指標(biāo)——經(jīng)濟(jì)可靠性，不僅反映了電力系統(tǒng)的可靠性，也反映了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。這項(xiàng)指標(biāo)的提高，對(duì)于提高電力系統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，都具有重要的意義。