0  引言

    隨著南寧電網規(guī)模的不斷擴大，電力資源進一步優(yōu)化配置，以及客戶全方位服務工作的全面深化開展，電網的可靠運行迎來了新的挑戰(zhàn)。配電網作為電力系統(tǒng)面向用戶的最后一個環(huán)節(jié)，它對用戶供電可靠性具有最直接的影響。配電用戶對于供電可靠性要求越來越高，供電局內部對于供電可靠性的考核也愈發(fā)嚴格。如何能夠做到事前評估、事中預防、事后統(tǒng)計，從規(guī)劃到運行各個階段實現(xiàn)對可靠性的有效管理，從根本上提高配電網運行的可靠性水平，具有重大的理論研究和現(xiàn)實意義。

    伴隨著電網規(guī)模的擴大，每次停電故障可能造成的平均負荷損失也隨之增大。因此，改進可靠性預測算法，優(yōu)化可靠性建模方法，提高電網可靠性，確保電網緊急安全運行已成為配電網運行當前面臨的緊迫問題。本文提出一種配電網可靠性模糊建模的精確化方法，綜合考慮電網各種因素的內在聯(lián)系以及網絡特性的質變體現(xiàn)到電網的拓撲接線，從而克服通常采用與負荷預測相似的方法進行可靠性預測時的各種缺點。

1  配電網可靠性預測

    通常根據(jù)數(shù)據(jù)來源的精確性和接口的方便性，將未來電網的可靠性采用模糊建模的方式進行預測，數(shù)據(jù)來源于可靠性管理系統(tǒng)、配網詳細規(guī)劃以及檢修計劃、基建計劃、技改計劃和業(yè)擴計劃。

    現(xiàn)有的可靠性評估預測算法報道很少，本文借鑒負荷預測的相關分析法對可靠性指標進行預測。

1.1  傳統(tǒng)可靠性預測算法

    可靠性預測相關分析法的計算模型如下：

1.2  模糊建模算法的優(yōu)缺點

    可靠性預測模糊建模算法的優(yōu)點是：

    （1）建模簡單：只需每年滾動輸入若干電網相關參數(shù)和計劃停運等相關信息即可進行可靠性預測。

    （2）求解簡單：方程規(guī)模小，求解速度快。

    可靠性預測模糊建模算法的缺點是：

    （1）需要大量的歷史數(shù)據(jù)：從可靠性預測算法模型來看，最少需要3~5年的電網可靠性歷史數(shù)據(jù)、電網特性數(shù)據(jù)和計劃停運數(shù)據(jù)，如果在一個新的地方開展可靠性預測，很多歷史數(shù)據(jù)由于獲取困難，而導致這種預測方法的精確度很差。

    （2）無法體現(xiàn)不可量化因素對建模的影響：采用模糊建模方法只能考慮電網的可量化因素，而不可量化因素很難體現(xiàn)。

    （3）各相關因素的內在聯(lián)系無法體現(xiàn)：比如一個手拉手或多聯(lián)絡接線方式占100%的網絡，其可靠性指標與線路的故障和計劃停運因素相關度較小，而這樣的網絡在模糊建模時線路主干線長度并不會有多大的影響，但模型中考慮這個因素時所需的歷史數(shù)據(jù)就需要更多才能表現(xiàn)出這種內在的關系對預測結果的影響。

    （4）只能體現(xiàn)量變，無法體現(xiàn)質變：當可靠性指標變化平衡，電網特性參數(shù)和計劃停電情況變化平衡的情況下，采用這種模型預測精確較高；但電網特性發(fā)生本質上的變化時，可靠性指標會發(fā)生質的飛躍，這時模型的精度就會很低。

2  可靠性模糊建模的精確化方法

    鑒于采用類似于負荷預測的方法進行可靠性預測所面臨的問題，結合可靠性研究經驗，本文開創(chuàng)性地提出一種可靠性模糊建模的精確化方法。

    可靠性無法精確建模的原因是網絡拓撲結構不確定，或由于建立詳細的網絡拓撲結構所需的人工工作量過大，限制了這種方法的使用。在采用模糊建模時電網的特性參數(shù)是在電網詳細規(guī)劃報告中容易提取的數(shù)據(jù)，包括電纜平均長度X1（km/條），架空線平均長度X2（km/條），絕緣化率X3（%），可轉供電率X4（%），環(huán)網率X5（%），架空線平均分段數(shù)X6（段），電纜平均分段數(shù)X7（段），平均每條干線分支數(shù)X8（條），平均分支線長度X9（km/條），平均每條干線配電變壓器臺數(shù)X10（臺/條），平均每條支線配電變壓器臺數(shù)X11（臺/條），配電變壓器平均容量X12（kVA/臺），配電變壓器平均負載率X13（%），主干線平均負載率X14（%），電纜線路型號X15，架空線路型號X16。

    為克服傳統(tǒng)可靠性預測方法所表述的問題，可將上述平均指標具體化成一個特定的小規(guī)模網絡，這個網絡具有上述電網的參數(shù)特性，然后對這個特定的網絡接線采用精確化可靠性評估的方法進行評估。

    從可行性上來看，由于網絡建模規(guī)模小，采用人工搭建電網可靠性仿真計算模型所耗費的時間較少，切實可行。

    從合理性上來看，當小型網絡具有大網絡的平均電網特性后，這個網絡每個負荷點的可靠性數(shù)據(jù)就與大網絡各個負荷點的平均可靠性數(shù)據(jù)近似。也就是說兩個電網的用戶平均停電次數(shù)和用戶平均停電時間是近似的，從系統(tǒng)的7項可靠性指標的求解公式來看，這兩項指標相近，其他指標也是相近似的，因而合理。

    從效益性方面來看，由于采用與負荷預測相似的方法進行可靠性預測時，電網特性參數(shù)每個地區(qū)不盡相同，其蘊涵的規(guī)律也是不一樣的，而可靠性指標的變化蘊涵在這些數(shù)據(jù)中，因此，用于可靠性預測的歷史庫不具有普適性。而采用模糊建模的精確化方法，可建立大量的電網模型庫，可靠性指標變化蘊涵的特點具體化成特定的網絡拓撲接線數(shù)據(jù)，不僅表現(xiàn)為數(shù)據(jù)表面的變化，電網各因素的內在聯(lián)系和網絡特性的質變通過可靠性的精確建模的計算來體現(xiàn)，因此這種模型庫更具有普適性，其規(guī)模效益非常明顯。

3  精確化方法的實施方案

3.1  兩種實施方案

    可靠性模糊建模的精確化實施方案可參考以下兩種方式。以廣西供電局為例，分別說明兩種方式的具體實施流程。

    （1）方式一：適用于技術力量薄弱的供電局。這種方式無需該公司專門配置可靠性技術人員，可靠性電網模型庫由技術力量雄厚的廣西供電局統(tǒng)一建模、發(fā)布，分區(qū)供電局的技術人員只需要按要求錄入數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)可靠性預測。

    具體實施流程如圖1所示。

    （2）方式二：適用于可配置專門技術人員進行可靠性評估的分區(qū)供電局。這種方式由可靠性評估的技術人員按照電網特性參數(shù)采用圖模一體化的方式進行電網建模。這種方式的優(yōu)點是評估結果更加精確，而且可為廣西供電局的可靠性電網模型庫進行擴充，若每年每個供電局為省網公司提供一個可靠性電網模型，那么廣西供電局的可靠性電網模型庫將非常豐富。這種方式為可靠性評估預測及輔助決策系統(tǒng)的廣泛使用提供了靈活性。

    具體實施流程如圖2所示。

3.2  建模實例

    經過反復建模、計算并與實際網絡可靠性精確計算結果相比較，得出如下模糊建模所需的電網特征及參數(shù)如下：

    · 電纜化率。

    · 可轉供電率。

    · 環(huán)網率。

    · 主干線平均長度。

    · 主干線平均分段數(shù)。

    · 平均每條干線分支數(shù)，分支線平均長度。

    · 主干線上配變總臺數(shù)，分支線上配變總臺數(shù)。

    · 配電變壓器平均容量，配電變壓器平均負載率。

    · 電纜、架空線路型號。

    采用圖模一體化方法在電力矢量圖編輯系統(tǒng)上進行建模，建模過程以下例進行說明。

    某電網電纜平均長度X1=3.1（km/條），架空線平均長度X2=3.5（km/條），電纜化率X3=92（%），可轉供電率X4=85%，環(huán)網率X5=90（%），架空線平均分段數(shù)X6=2.5（臺），電纜平均分段數(shù)X7=2.5（臺），平均每條主干線分支數(shù)X8=1（條），平均分支線長度X9=1.7（km/條），平均每條干線配電變壓器臺數(shù)X10=13（臺/條），平均每條分支線配電變壓器臺數(shù)X11=6（臺/條），配電變壓器平均容量X12=400（kVA/臺），配電變壓器平均負載率X13=58（%）。電纜型號為YJV-300，架空線路型號為LGJ-185。

    根據(jù)以上電網特性參數(shù)，由可靠性技術人員在可靠性評估預測系統(tǒng)中的圖形建模平臺上繪制100條10kV主干線，6條電纜為單輻射接線，4條架空線為單輻射接線，72條電纜為手拉手接線，4條架空線為手拉手接線，4條混合線為手拉手接線，9條電纜為多聯(lián)絡接線，1條混合線為多聯(lián)絡接線，主干線長度為3.5 km，50條線路分段開關數(shù)為2臺，50條線路分段開關數(shù)為3臺（設分段數(shù)為2的線路數(shù)為a，分段數(shù)為3的線路數(shù)為b，則2×a+3×b=100×2.5，可得a=50，b=50），每條干線繪制一條分支線，分支線長度1.7 km，電纜型號設為YJV-300，架空線路型號設為LGJ-185。50%的干線路所帶配電變壓器13臺，50%的干線路所帶配電變壓器14臺，每條支線所帶配電變壓器參數(shù)6臺，每臺配電變壓器容量為400 kVA，每臺配變所帶負荷為400×58%×0.95=220.4 MW，功率因數(shù)取0.95。

    建模完成后，錄入設備故障基礎數(shù)據(jù)和計劃停電數(shù)據(jù)，即可算出模擬電網的可靠性。根據(jù)以上電網特性參數(shù)，通過精確化的模糊建模，得出的可靠性指標應該與原電網可靠性指標接近。需要注意的是：對于平均性質的可靠性指標，如用戶平均停電次數(shù)AITC-1（次/戶）、用戶平均停電時間AIHC-1（小時/戶）、平均供電可用率指標RS-1（%），這些指標是接近的；但對于總量性質的可靠性指標，如系統(tǒng)總的電量不足指標ENSI（MWh/年）、系統(tǒng)總的停電損失LOSS（萬元/年），這些應該與兩個電網的總用戶數(shù)、總負荷數(shù)相關，如果兩個電網負荷相差10倍，那么這兩項表示總量的指標在同樣可靠性水平下也應該相差約10倍。

    從工作量上看，通常一個電網都有幾千上萬條10 kV饋線，采用這種模擬電網的建模方式，其工作量可大約減少為原來的1/100。此外通過合理設計圖模一體化建模系統(tǒng)，可大量減少線路的繪制和參數(shù)錄入工作量。隨著網局層面的可靠性電網模型庫的建立，這樣的建模工作量將會逐步減少，其累積效益也將會逐步體現(xiàn)。

4  結論

    隨著終端用戶對電能質量的要求越來越高以及供電部門對于供電可靠性的考核也愈發(fā)嚴格，提升配電網的安全運行、供電可靠性具有重要的意義，同時，配電網的可靠性預測技術和方法也備受關注。本文通過分析傳統(tǒng)可靠性預測算法的優(yōu)缺點著手，結合可靠性研究經驗，開創(chuàng)性地提出一種可靠性模糊建模的精確化方法。詳細闡述了可靠性模糊建模的精確化方法以及實施方案和建模實例，在克服傳統(tǒng)可靠性預測方法缺點的基礎上，實現(xiàn)配電網可靠性高效率高精度預測。本文的精確化方法為配電網設計、改造、運行和維護提供了詳細的參考，具有一定的實際意義。

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作者信息:

吳  燕，李  瑾，張  翀，林常真，杜志堅，侯  劍

（南寧供電局，廣西 南寧 530029）