全网供电可靠性指标合成研究

李铭钧，王承民，欧郁强，蔡德华，莫穗江，钱海涛

（1. 江门供电局，广东 江门 529000；2. 上海交通大学，上海 201100；3. 上海博英信息科技有限公司，

上海 201100）

目前电力用户对供电可靠性的要求越来越高，为保证供电质量，电力系统可靠性的研究势在必行[1-2]。本文提出的供电可靠性计算模型，旨在研究分析并建立供电可靠性指标评估预测模型，利用电网结构数据及运行统计数据等，力求较为准确地定量分析出各种电网建设、改造以及各种技术、管理措施对可靠性水平的影响，构建相关影响因素与供电可靠性指标间的模型体系，评估预测出较为合理的供电可靠性指标。

一个大的城市电网通常可分解为多个供电区，每个分区又可划分为若干小区甚至细化到变电站，分析每个供电分区的可靠性对整个电网可靠性的影响因子，找到各分区对整个电网可靠性指标的贡献度，从而对每个分区进行控制和管理具有重要的实际意义。而电网系统庞大，错综复杂，往往无法对一个较大区域进行可靠性计算，也无法灵活地对重新划分的分区进行可靠性计算。一个合理的供电可靠性指标合成方法，将可以有效快速地得到选定区域的全网供电可靠性指标。全网可靠性指标合成可将各变电站或各供电分区的可靠性指标计算结果，合成全网的可靠性指标。如此可灵活地对任一选定区域的供电可靠性指标进行合成。

1 全网可靠性指标

全网可靠性主要包括[3-5]：系统平均停电频率指标SAIFI，次/（户·a）；系统平均停电持续时间指标SAIDI，h/（户·a）；用户平均停电持续时间指标CAIDI，h/（停电户·次）；平均供电可靠率指标ASAI，%；系统总的电量不足指标ENSI，MW·h/a；平均电量不足指标AENS，MW·h/（a·户）；系统总的停电损失，万元/a；共7项指标。各变电站或供电分区的可靠性同样包括这7项指标。

需输入以下原始数据：线路、变压器、母线、开关等设备的故障停运率（次/百台（公里或条）·a）

线路、变压器、母线、开关等设备的故障停运时间（h/台（公里或条）·a）

线路、变压器、母线、开关等设备的计划停运率（次/百台（公里或条）·a）

线路、变压器、母线、开关等设备的计划检修时间（h/台（公里或条）·a）

2 全网可靠性指标的合成

电力系统可靠性计算方法多种多样，国外电网供电可靠性定量计算的方法有状态空间法、网络法、蒙特卡罗模拟法[6-7]，但归根结底供电可靠性指标的定义以及计算公式是统一的，因此从供电可靠性指标的定义出发，研究供电可靠性指标的合成方法，将适用于所有可靠性计算方式。

设全系统具有n个节点，节点编号为1，2，3，…，m，m+1，m+2，…，n，其中m个节点为供电分区A的节点数，节点编号为1，2，3，…，m，n-m个节点为供电分区B的节点数，节点编号为m+1，m+2，…，n。

2.1 全网平均停电频率指标SAIFI的合成

全系统平均停电频率指标为：

分区A、B的平均停电频率指标为：

由式（2）可知，全网平均停电频率指标SAIFI为各分区的SAIFI乘以各自分区的用户数求和除以全网总用户数之和。

2.2 全网系统平均停电持续时间指标SAIDI的合成

全系统平均停电持续时间指标为：

由式（4）可知，全网系统平均停电持续时间指标SAIDI为各分区的SAIDI乘以各自分区的用户数求和除以全网总用户数之和。

2.3 全网用户平均停电持续时间指标CAIDI的合成

全系统用户平均停电持续时间指标为：

同理有：

由式（6）可知，全网用户平均停电持续时间指标CAIDI为各分区的CAIDI乘以各自分区的停电用户数求和除以全网总停电用户数之和。

2.4 全网平均供电可用率指标ASAI的合成

全系统平均供电可用率指标为：

分区A、B有：

由式（8）可知，全网平均供电可用率指标ASAI为各分区的ASAI乘以各自分区的用户数求和除以全网总用户数之和。

2.5 全网用户平均停电电量指标AENS的合成

全系统用户平均停电电量指标为：

式中，Lai第i个负荷节点的平均负荷功率。

由式（10）可知，全网平均停电频率指标AENS为各分区的AENS乘以各自分区的用户数求和除以全网总用户数之和。

2.6 全网总电量不足指标ENSI的合成

全系统总电量不足指标为：

分区A总电量不足指标为：

分区B总电量不足指标为：

由式（11）—式（13）可知，全网总电量不足指标ENSI为各分区的ENSI之和。

2.7 全网系统总停电损失LOSS的合成

由于LOSS=ENSI×平均电价，所以全网系统总停电损失LOSS为各分区的LOSS之和。

通过对这7个可靠性指标计算公式的数学分析可知，全网可靠性指标都可以用简单的代数求解方式，直接从各分区电网的相应指标计算得出。其中全网的SAIFI、SAIDI、ASAI和AENS可以用各分区对应的指标乘以各自分区的用户数求和再除以全网总用户数之和。全网的CAIDI可以用各分区的CAIDI乘以各自分区的停电用户数求和再除以全网总停电用户数之和。全网总电量不足指标ENSI和总停电损失LOSS为各分区的ENSI、LOSS之和。

3 供电可靠性计算及合成软件介绍

3.1 软件开发的工具和平台

一个软件包的开发应遵循软件的实用性、可扩展性的设计原则和产品开发标准和规范。供电可靠性评估软件在Visual Studio 2008平台上开发，Visual Studio 2008因为引入了更多的特性，使该开发软件支持office应用，提高了软件的效率。

因为一个较大的10 kV中压配电网中线路和设备数量很多、馈线之间联络关系复杂，所以数据的信息量较大，而且线路或设备的各项属性差数和运行差数，都要加入到功能模块中进行计算。利用面向对象的编程方法，可以方便地把研究对象作为由数据及可以施加在这些数据上的操作所构成的统一体[8-9]。所以，设计供电可靠性评估软件使用了以上面向对象的编程方法，该方法把线路或设备的基础数据和设备图元相连接在一起，即点击任意一个设备图元时，可以查询词图元的相关属性和参数。

3.2 软件的功能现实

软件可分为三层结构：底层为数据接口层，中间层为建模层，高级层为功能应用层。接口层实现与供电企业现状数据管理系统的数据链接，中间层支持不同数据环境的模型建立，基于数据的获取来源和数据的精细度，又可分为精确建模和模糊建模，高级层实现一套完整的供电可靠性预测及辅助实施的工作流程，主要包括现状评估、预测、控制和方案制定四大功能。本文重点对现状电网进行评估。

3.3 软件的工作流程

软件中配电网的供电可靠性计算模块的基本使用流程如图1所示。流程主要分为4个部分，第一部分是对现有配电网进行建模，画出线路间的联络关系，生成拓扑数据；第二部分是将线路和设备的可靠性运行参数等数据输入软件；第三部分是选择可靠性计算模块，计算配电网的可靠性指标；第四部分是合成分区可靠性计算指标。

图1 软件工作流程图Fig. 1 The software flow chart

3.4 软件工作原理

本软件将可靠性评估解析法进行改进，提高算法对复杂电网的适应度，不采用网络等值，提高计算精度，采用递归方法，减少评估计算时间，并考虑故障停运和计划停运的区别进行可靠性评估。改进的可靠性计算方法的基本思想是以负荷点为研究对像，搜索所有对该负荷点具有影响的设备，并根据故障设备所处的位置，分析其故障后对负荷点的停电次数和停电时间造成的影响。在分析每个负荷点时，所计算的设备只与该负荷相关，无关设备的故障分析都被略过，这样将大大减少计算的消耗。搜索方法采用深度优先的递归算法。

该算法可通过子回路搜索和主回路搜索两步实现：

1）主回路搜索。递归搜索从负荷点到供电点之间的设备。

2）子回路搜索。搜索除了主回路元件之外的回路。以主回路上的节点为根节点进行递归搜索。

4 实例应用

以华南某市为例，用该供电可靠性计算软件计算每个县区局的供电可靠性指标，并合成整个市供电局的供电可靠性指标。该市局共有7个分区（县区局），用可靠性软件分别计算出各市局的7大可靠性指标。将计算得到的7种可靠性指标，分别带入合成公式计算，得整个市局的7个可靠性指标。表1为各县区局和市局的7种可靠性指标的计算结果。

图2 回路搜索法算法主流程执行框图Fig. 2 The main flow diagram of the loop search method

将该市局通过合成计算的结果与该市局实际供电可靠性指标进行比较，比较结果如表2所示。

由表1可知，利用供电可靠性计算软件可以计算出市局各个分区的可靠性指标。同时由表2可知，通过软件对各个分区指标的合成，可得到市局的可靠性指标，并且计算得到的可靠性指标结果与实际统计结果吻合，所存在的误差可以几乎忽略不计。所以本文中的指标计算及合成的方法是可行的。

5 误差分析及其解决办法

在分区计算供电可靠性时往往都忽略了分区之间线路的联络关系，直接导致线路中部分负荷可靠性下降，因此合成之后的全网供电可靠性均略微低于实际的供电可靠性。

基于以上原因，在合成供电可靠性指标时应尽量减少供电可靠性指标合成次数，即将分区范围尽量放大，如此误差将会有效降低。比如要合成一个省区的供电可靠性指标，尽量以市而不是县区局为单位进行合成，如此大大降低了由于分区独立而忽略掉的线路联络关系，能更有效降低误差。

表1 华南某市供电局供电可靠性指标的合成Tab. 1 Synthesis for the reliability indicators of the distribution network for one city in South China

表2 可靠性指标合成结果与实际指标的对比Tab. 2 Comparison of the synthesis index and true index

6 结语

综上所述，供电可靠性软件可以计算各个分区的可靠性指标，并通过软件的数学合成方法，计算出全网的供电可靠性指标。这将有利于在统计以及规划之中，灵活组合各分区，并很快合成出选定区域供电可靠性指标。

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