配网供电可靠性多维度大数据分析方法研究

李 辉 保 富 陆光前 闵 侯 何 磊

1(云南电网有限责任公司信息中心 昆明 650500)2(云南云电同方科技有限公司 昆明 650500)

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随着经济的迅速发展，能源缺口逐步增大，在能源枯竭背景下能源危机问题日益严重.为了应对能源危机问题，需对配网的供电方式进行改进，在配网中接入分布式电源，提高能源利用率，减少能源损耗.因此，提升配网供电可靠性成为研究的重点[1-2].

赵旭阳等人[3]对配网结构进行分析，并考虑配网供电受网架结构的影响，针对配网在运行过程中的可靠性，建立评估模型，实现配网供电的可靠性分析.该方法没有对配网供电数据进行分析，因而无法准确获取用户平均停电时间和平均停电户数.林圣等人[4]对配网的运行方式和拓扑结构进行分析，根据配网运行和结构特点对配网供电系统进行区域化处理，构建可靠性评估指标体系，建立可靠性评估模型，完成配网供电的可靠性分析.该方法的分析结果的误差较大，方法的整体有效性差.

为了解决上述方法中存在的问题，本文提出配网供电可靠性多维度大数据分析方法.

1 配网供电可靠性指标

在进行可靠性分析时，往往通过可靠性指标将系统可靠性水平量化，且采用多个指标从多个侧面来描述.配网供电系统可靠性指标可分为3大类：持续停电(指在规定时间内无法恢复正常供电)指标；基于负荷量的指标；瞬时停电(指在规定时间内能恢复正常供电)指标.可靠性指标是人为定义的，考虑到关注重点、统计手段等因素的差异，世界各国都按各自的国情采用数目、形式不同的可靠性指标体系[5-6].我国电力公司目前常用的配网供电系统可靠性指标主要有用户平均停电时间(AIHC)、供电可靠率(RS)、用户平均停电次数(AITC)、平均故障停电时间(AID)、(用户)平均停电缺供电量(AENS)、用户平均故障停电次数(AICA)等，下面分别予以介绍.首先给出部分符号定义：i表示负荷点；R表示总负荷点数；λ表示负荷点的年故障停电概率；U表示负荷点平均停电时间，单位为h/年；D表示配网有效供电量；N表示平均停电次数；M表示故障停电用户数.

1) 用户平均停电时间(AIHC)

AIHC指用户在给定时间区间内的平均停电小时数，如式(1)所示.通常给定时间区间为1年，单位为h/(户·年).该指标为所有因素导致的停电，如故障引起的停电、工程需要造成的停电等.

(1)

2) 供电可靠率(RS)

RS又称供电可用率，指在给定时间区间内满足用户用电需求的百分比，如式(2)所示：

(2)

3) 用户平均停电次数(AITC)

AITC指用户在给定时间区间内的平均停电次数，如式(3)所示.通常给定时间区间为1年，单位为次/(户·年).该指标为所有因素导致的停电，如故障引起的停电、工程需要造成的停电等.

(3)

4) 平均故障停电时间(AID)

AID指因故障导致的平均停电时间，单位为h/次或min/次，如式(4)所示：

(4)

5) (用户)平均停电缺供电量(AENS)

AENS指每个用户在给定时间区间内因停电平均缺供的电量，如式(5)所示.通常给定时间区间为1年，单位为kW/(户·年).

(5)

6) 用户平均故障停电次数(AICA)

AICA指在给定时间区间内因故障导致的平均停电次数，如式(6)所示.通常给定时间区间为1年，单位为次/(户·年).计算该指标时需注意，不管1年中某用户的故障停电次数是多少，对该用户只计数1次.

(6)

2 配网供电可靠性分析

配网供电可靠性主要受负荷和元件2类因素影响，具体介绍如下：

1) 类型1.在元件正常情况下，配网供电系统电路中出现电路过载导致配网供电系统负荷过大，使得配网供电可靠性受到影响.此问题统一称为配网供电系统负荷过载问题，该问题与指标AIHC，RS，AITC有关.

2) 类型2.在负荷正常情况下，配网供电系统内的元件出现故障，导致供电设备受损影响配网供电可靠性.该问题与指标AID，AENS，AICA有关.

2.1 类型1可靠性分析

1) 计算γi.

γi可通过负荷点i的停电概率pi进行计算，如式(7)所示：

γi=piLk，

(7)

其中，Lk表示元件正常情况下配网供电线路k的运行时间.pi可通过式(8)进行计算，即

(8)

其中，θ表示配网供电系统因负荷大导致的停电次数.

2) 计算ηk.

配网供电系统中存在R个负荷点，所有负荷点在配网供电系统中的变化情况可通过图1进行描述[9-10].图1中，pi(i=1～4)表示负荷点i的停电概率.

图1 配网供电系统负荷点变化情况

由图1可知，当负荷点i发生变化时，可通过抽样法获取该状态下配网供电线路k的停电概率ηk[11-12]，如式(9)所示：

(9)

(10)

(11)

2.2 类型2可靠性分析

1) 元件击穿故障.

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

2) 元件短路故障.

若元件A存在短路故障，设λxJ表示在短路故障下元件A的停电概率，如式(17)所示：

(17)

设UxJ表示在短路故障下元件A的平均停电时间，如式(18)所示：

UxJ=λxJγxJ，

(18)

其中，γxJ表示在短路故障下元件A的年平均停电修复时间.

(19)

其中，UZT表示元件A的总停电时间，UZS表示故障停电时间.此处，UZT和UZS由系统直接给出.

3 实验与分析

将配网供电可靠性多维度大数据分析方法(本文方法)与综合考虑中性点接地方式和网架结构的配网供电可靠性评估方法(中性点接地方法)和地铁中压环网供电系统可靠性评估方法(中压环网供电方法)进行对比实验，验证本文方法的整体有效性.

1) 用户平均停电时间(AIHC)

图2给出了本文方法、中性点接地方法和中压环网供电方法在1～5月不同转电情况下的AIHC.

图2 不同转电情况下的AIHC

由图2可知，不同转电情况下，本文方法获取的AIHC与用户实际停电时间基本相符，中性点接地方法获取的AIHC均高于用户实际停电时间，中压环网供电方法获取的AIHC均低于用户实际停电时间，本文方法可准确分析用户在配网供电系统中的平均停电时间.本文方法通过多维度大数据分析配网供电可靠性，提高了方法的有效性.中性点接地方法和中压环网供电方法在分析过程中对供电数据的维度分析不准确，甚至存在遗漏分析的情况，可靠性分析准确性要低于本文方法.

2) 平均停电概率

图3给出了本文方法、中性点接地方法和中压环网供电方法在1～5月不同转电情况下测得的平均停电概率：

图3 不同方法的平均停电概率

由图3可知，本文方法获取的平均停电概率与实际平均停电概率相符，中性点接地方法和中压环网供电方法获取的平均停电概率与实际平均停电概率均存在偏差.本文方法可准确获取配网供电系统中的停电概率，提高配网供电的可靠性.

3) 配网供电可靠性

分别采用本文方法、中性点接地方法和中压环网供电方法对配网供电可靠性进行分析.不同方法利用式(2)获得的可靠率结果与实际可靠率的对比情况如表1所示：

表1 不同方法的可靠率结果

由表1可知，采用本文方法对配网供电可靠性进行分析时，获得结果与实际结果的误差在1.0内，可见本文方法对配网供电可靠性分析结果产生的影响较低，可忽略不计.采用中性点接地方法和中压环网供电方法对配网供电可靠性进行分析时，获得结果与实际结果的误差较大，因此这2种方法可对配网供电可靠性分析结果产生影响.

4 结束语

配网供电可靠性属于经济指标，在供电企业中，配网供电可靠性可用来衡量企业服务质量、配网结构、企业供电水平以及企业配网供电管理水平.当前配网供电可靠性分析方法的整体有效性较差，本文提出的配网供电可靠性多维度大数据分析方法解决了当前方法中存在的问题，为实现配网安全、稳定供电提供了技术支撑.