謝紅卉 毛建林

（浙江省蕭山供電局，浙江 蕭山 311220）

近年來，國內(nèi)外歷次大停電[1-3]都造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，給人民的生產(chǎn)和生活帶來了極大的影響。安全性評(píng)價(jià)屬于風(fēng)險(xiǎn)管理范疇，是預(yù)防和控制企業(yè)事故行之有效的方法。如何評(píng)估電力系統(tǒng)的安全水平，并以此為依據(jù)制定合理的調(diào)度決策和應(yīng)急預(yù)案，是防止大面積停電的重要手段。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，配電網(wǎng)其電壓等級(jí)較低，元件居多，元件設(shè)備的可靠性水平參差不齊，配電網(wǎng)的網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)性相對(duì)于主網(wǎng)來說要脆落得多。近年來隨著城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，用電量不斷增長，負(fù)荷密度不斷增加，配電網(wǎng)的安全越來越受到電網(wǎng)企業(yè)和國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[4-7]。

目前配電網(wǎng)安全性的分析主要是從反映城市電網(wǎng)運(yùn)行狀況的各個(gè)因素（包括N-1分析、電壓偏移、變壓器負(fù)載率、線路負(fù)載率）出發(fā)，對(duì)每個(gè)因素用配網(wǎng)運(yùn)行的約束進(jìn)行檢驗(yàn)。滿足約束條件越多，則安全性越好，但不能給出—個(gè)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文提出一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)的配電網(wǎng)安全性定量評(píng)估方法，該方法首先基于n-1+1準(zhǔn)則提出一套反映饋線轉(zhuǎn)供能力的配電網(wǎng)安全性評(píng)級(jí)指標(biāo)，用于定量的刻畫配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化之后的安全程度，基于提出的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了配電網(wǎng)安全性評(píng)估的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。最后通過輻射狀的16母線測試系統(tǒng)對(duì)提出的評(píng)級(jí)指標(biāo)和評(píng)估模型進(jìn)行了驗(yàn)證，評(píng)估結(jié)果論證了方法的可行性。

1 電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

配電網(wǎng)具有許多不同于輸電網(wǎng)的特征，例如：通常采用閉環(huán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是具有開環(huán)運(yùn)行的特點(diǎn)，一般呈輻射型樹狀。配電網(wǎng)的饋線中，包含很多常開和常閉的開關(guān)，在饋線發(fā)生故障的情況下，這些開關(guān)用來隔離故障區(qū)域和恢復(fù)未故障區(qū)域，當(dāng)故障排除后，這些開關(guān)又恢復(fù)到正常的位置；在正常運(yùn)行情況下，運(yùn)行人員周期性地通過開合這些開關(guān)來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和降低網(wǎng)絡(luò)損耗，但是最后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必須保證輻射狀。

n-1+1準(zhǔn)則就是當(dāng)一條線路發(fā)生故障而被切除時(shí)，需要閉合一個(gè)開關(guān)以恢復(fù)供電，即“斷一合一”。n-1+1準(zhǔn)則充分考慮了配電網(wǎng)的運(yùn)行特性，是配電網(wǎng)安全性分析的基本準(zhǔn)則。目前的安全性指標(biāo)只能在兩個(gè)網(wǎng)架之間進(jìn)行比較，進(jìn)而評(píng)價(jià)系統(tǒng)是否“相對(duì)安全”，這樣在評(píng)價(jià)兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)就沒有一個(gè)確定的標(biāo)準(zhǔn)。因此本文在n-1+1準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上提出一套反映饋線轉(zhuǎn)供能力的配電網(wǎng)安全性評(píng)級(jí)指標(biāo)[8]，通過評(píng)價(jià)饋線的轉(zhuǎn)供能力對(duì)配電網(wǎng)的網(wǎng)架進(jìn)行全面的評(píng)估。

1.1 饋線運(yùn)行率

配電網(wǎng)饋線運(yùn)行率是配電網(wǎng)饋線承載負(fù)荷能力的指標(biāo)，是判別饋線在鄰接饋線發(fā)生故障時(shí)，衡量分擔(dān)相應(yīng)區(qū)段負(fù)荷并有效地進(jìn)行切換的能力的指標(biāo)。

設(shè)正常時(shí)饋線的負(fù)荷電流為IFL，所聯(lián)絡(luò)的干線區(qū)段最大負(fù)荷電流為ICL，短時(shí)間容許電流為IM。則配電網(wǎng)饋線運(yùn)行率為

由上式可知配電網(wǎng)饋線運(yùn)行率就是包含鄰接饋線故障時(shí)切換的負(fù)荷在內(nèi)的饋線負(fù)荷電流與饋線容許電流之比。若λR≤1，即切換后沒有超過短時(shí)間容許電流，此區(qū)段就是可以切換的區(qū)段，能夠由鄰接饋線轉(zhuǎn)移負(fù)荷。若λR＞1，此區(qū)段為不能切換的區(qū)段。

1.2 饋線切換率

饋線切換率表示發(fā)生故障時(shí)，由配電線路與相鄰饋線的聯(lián)絡(luò)而發(fā)生的可以切換的負(fù)荷側(cè)區(qū)段數(shù)與發(fā)生故障的饋線區(qū)段數(shù)之比，即

式中，λs表示饋線切換率，AST表示故障時(shí)由于配電線路與相鄰饋線的聯(lián)絡(luò)而發(fā)生的可以切換的負(fù)荷側(cè)區(qū)段數(shù)，AS表示發(fā)生故障的饋線區(qū)段數(shù)。

1.3 負(fù)荷轉(zhuǎn)移率

由于饋線本身的容量、所要轉(zhuǎn)移的饋線容量以及新連接的負(fù)荷點(diǎn)容量的限制，在轉(zhuǎn)移狀態(tài)期間能夠恢復(fù)的負(fù)荷量可能小于饋線需要轉(zhuǎn)移的最大負(fù)荷量。根據(jù)轉(zhuǎn)移負(fù)荷后的系統(tǒng)潮流，可計(jì)算出每條饋線能夠轉(zhuǎn)移的最大負(fù)荷。設(shè)故障后能夠轉(zhuǎn)移的最大負(fù)荷為LPT，不能轉(zhuǎn)移的最大負(fù)荷為LPD，必須采用鄰接饋線倒送電的方式供電的區(qū)段的最大負(fù)荷為LP，即不能由電源側(cè)直接送電的區(qū)段的最大負(fù)荷，其中LPD=LP-LPT。

設(shè)NST為能夠轉(zhuǎn)移負(fù)荷的區(qū)段數(shù)，NSP為必須采用鄰接饋線倒送電的方式供電的區(qū)段數(shù)，定義配電網(wǎng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移率為

2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

模糊綜合評(píng)價(jià)法[9-10]可以對(duì)難以直接用準(zhǔn)確的數(shù)字進(jìn)行量化的問題進(jìn)行評(píng)價(jià)，是一種較科學(xué)和很有價(jià)值的方法。此方法的基本原理是對(duì)原本僅具有模糊和非定量化特征的因素，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理，使其具有某種量化的表達(dá)形式，為決策者提供可以進(jìn)行比較和判別的依據(jù)，提高決策的科學(xué)性。影響企業(yè)競爭力的因素沒有明確的外延邊界，因而具有很大的“模糊性”，故可用模糊綜合評(píng)價(jià)法來建立評(píng)價(jià)模型。具體評(píng)價(jià)模型包括以下5個(gè)步驟。

1）建立評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

假設(shè)影響學(xué)報(bào)質(zhì)量的因素集為U，記為：U=（U1，U2，…Un），其中Ui為影響評(píng)判對(duì)象的各種因素。

本文中，i=3，U1為饋線運(yùn)行率，U2為饋線轉(zhuǎn)移率，U3為負(fù)荷轉(zhuǎn)移率。

2）確定評(píng)語集

本文采用高中低三個(gè)等級(jí)對(duì)被測對(duì)象進(jìn)行評(píng)判，則可得到評(píng)語集為V=（v1，v2，v3）。

3）構(gòu)造評(píng)判矩陣

分別確定評(píng)價(jià)對(duì)象隸屬于評(píng)價(jià)的等級(jí)的隸屬度yij，yij表示評(píng)價(jià)因素Ui屬于等級(jí)vj的隸屬度，據(jù)此可以建立評(píng)價(jià)對(duì)象的隸屬度矩陣Y。

4）確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度，即指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)各因素在指標(biāo)體系中的重要程度，依據(jù)一定的方法確定各因素相對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的權(quán)重，得到權(quán)重集W=（W1，W2，…，Wn｝，其中權(quán)重滿足歸一化條件。

5）評(píng)價(jià)并分析結(jié)果

模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果即模糊集S由下式給出。

式中，W是權(quán)重向量，Y為評(píng)判矩陣。

3 算例分析

輻射狀的16母線測試系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖所示，將本文提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和綜合評(píng)價(jià)模型用于該小型配電網(wǎng)的安全性評(píng)估，其中實(shí)線表示干線，虛線表示聯(lián)絡(luò)線，分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)分別位于干線和聯(lián)絡(luò)線上。

圖1 配電網(wǎng)16母線測試系統(tǒng)

假設(shè)母線4、5 之間的線路發(fā)生故障，存在多種負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案。配電網(wǎng)安全指標(biāo)是評(píng)價(jià)網(wǎng)架對(duì)于故障的承受能力的指標(biāo)，對(duì)同一網(wǎng)架的負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案進(jìn)行計(jì)算，選擇安全指標(biāo)最高的。

本文采用負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案為：斷開母線線4、5的分段開關(guān)，隔離故障；斷開母線6、7的分段開關(guān)，閉合母線6、15間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)母線5、6間線路供電；斷開母線8、9的分段開關(guān)，閉合母線8、16和母線9、12間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)母線7下游線路供電。如圖2所示。

圖2 切除故障后線路供電路徑

1）首先通過對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)內(nèi)的因素進(jìn)行比較， 結(jié)合專家的判斷， 確定綜合配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)要素的權(quán)重，見表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2）基于前文中提到的負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案，計(jì)算故障所在饋線的配電網(wǎng)安全指標(biāo)，通過模糊三角隸屬函數(shù)，建立各評(píng)級(jí)指標(biāo)相對(duì)于三個(gè)等級(jí)的隸屬度，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

3）進(jìn)行綜合評(píng)判，根據(jù)模糊運(yùn)算法則，模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為

進(jìn)行歸一化處理得該負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案下的配電網(wǎng)安全等級(jí)的評(píng)估結(jié)果如表3所示。

表3 各安全性等級(jí)評(píng)估結(jié)果

由表3可知該轉(zhuǎn)移方案下的配電網(wǎng)各等級(jí)評(píng)估結(jié)果為：高占42.41%；中占25.20%；低占32.39%。根據(jù)最大隸屬度原則，該負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案下的配電網(wǎng)安全性為高。

4 結(jié)論

1）本文通過考慮不同因素對(duì)配電網(wǎng)安全性的影響，本文在n-1+1準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上提出一套反映饋線轉(zhuǎn)供能力的配電網(wǎng)安全性評(píng)級(jí)指標(biāo)，通過評(píng)價(jià)饋線的轉(zhuǎn)供能力對(duì)配電網(wǎng)的網(wǎng)架進(jìn)行全面的評(píng)估。

2）基于提出的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，建立了配電網(wǎng)安全性評(píng)估的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。通過輻射狀的16母線測試系統(tǒng)對(duì)提出的評(píng)級(jí)指標(biāo)和評(píng)估模型進(jìn)行了驗(yàn)證，評(píng)估結(jié)果論證了方法的可行性。

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