代植成*

(國網(wǎng)成都新津縣供電公司 電力調(diào)度控制中心，成都 611430)

供電可靠性與供電安全性分別從運(yùn)行指標(biāo)和規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)2個(gè)方面描述了電網(wǎng)連續(xù)供電的能力。從宏觀調(diào)控角度來看，可靠性能反映電力工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)電能需要的適應(yīng)程度。具體地說，它是反映電力網(wǎng)用戶對(duì)用電的滿意度。目前，電力部門的可靠性分析主要是通過人工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，再結(jié)合運(yùn)行工作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行研究，缺乏優(yōu)化理論算法分析。本文將模擬法這種優(yōu)化方法引入到實(shí)際電網(wǎng)中，并且驗(yàn)證該方法的實(shí)用性。

1 電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的說明

1.1 供電可靠性指標(biāo)

配電網(wǎng)的連續(xù)供電能力，要靠系統(tǒng)化的指標(biāo)體系來衡量。配電網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)可分為3類:1)基礎(chǔ)指標(biāo)，包括人均用電量、負(fù)荷需求和密度、三次產(chǎn)業(yè)和居民生活的用電比例及供電規(guī)模等。2)可預(yù)先設(shè)置的指標(biāo)，包括供電安全性、容載比、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、變電站接線方式、短路水平等，其中容載比可以保證電網(wǎng)的容量裕度，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和變電站接線方式可以保證網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)供能力。3)運(yùn)行后的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，包括供電可靠性、電壓合格率、線損率等。

進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，通常只能明確給出一些基礎(chǔ)指標(biāo)和可預(yù)先設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)，而運(yùn)行后的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)是否能夠達(dá)到要求，需要通過全面的運(yùn)行過程控制來檢驗(yàn)。

1.2 優(yōu)化指標(biāo)

配電系統(tǒng)在供電方面的可靠性評(píng)估系統(tǒng)中涵蓋了負(fù)荷點(diǎn)可靠性、用戶可靠性以及遭遇停電影響的用戶可靠性等3方面的指標(biāo)。

在評(píng)估優(yōu)化的過程中，需重點(diǎn)考慮以下因素:1)目標(biāo)配電網(wǎng)絡(luò)的整體構(gòu)成，即設(shè)備組合形態(tài)，如電氣接線圖、用戶量以及各負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際負(fù)荷狀況;2)配電系統(tǒng)主、支線路設(shè)備在供電方面的可靠性參數(shù)，其中涵蓋了設(shè)備故障產(chǎn)生概率以及修復(fù)時(shí)所耗時(shí)長;3)在評(píng)估系統(tǒng)故障情況的過程中，有時(shí)可能需要分析較為復(fù)雜的潮流計(jì)算，該運(yùn)算需要建立在相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上;4)附加數(shù)據(jù)，如檢修計(jì)劃中會(huì)用到的數(shù)據(jù)、負(fù)荷值以及運(yùn)行方式變動(dòng)的數(shù)據(jù)等。

圖1 輻射型配電系統(tǒng)的最小路方式

2 供電可靠性的優(yōu)化方法

本文利用模擬仿真算法解決一個(gè)實(shí)際縣級(jí)電網(wǎng)的可靠性分析。從數(shù)學(xué)的角度來講，將2個(gè)節(jié)點(diǎn)連結(jié)在一體的全部弧的合集即為該2點(diǎn)的路徑。若剔除其中一條弧，就會(huì)使路徑斷開，則該條弧為2節(jié)點(diǎn)下的最小路。分析系統(tǒng)自身的可靠性時(shí)，關(guān)鍵是重視輸出與輸入2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最小路，如圖1所示。按照上述定義，A與B點(diǎn)間共有8條最小路:1—2—3，1—2—8—4，l—7—5—4，1—7—5—8—3，6—5—4，6—5—8—3，6—7—2—8—4，6—7—2—3。任意最小路中出現(xiàn)線路中斷，那么整條最小路則都將處于斷開狀態(tài)之下。所以，配電系統(tǒng)若為輻射型，那么一般情況下，一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)僅能通過一條最小路到達(dá)電源點(diǎn);若為環(huán)形型，且電源不唯一時(shí)，那么一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)則可通過若干最小路抵達(dá)電源點(diǎn)。同時(shí)，采取最小路方式對(duì)配電系統(tǒng)供電方面的可靠程度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要注意最小路中所存在的會(huì)對(duì)此負(fù)荷點(diǎn)產(chǎn)生作用的設(shè)備，應(yīng)把它當(dāng)成節(jié)點(diǎn)元件納入最小路之中。

進(jìn)行優(yōu)化指標(biāo)運(yùn)算前，要確定電網(wǎng)停運(yùn)模式是電網(wǎng)不全停、特定及全部用戶變不停這三類中的哪一類，并輸入相關(guān)參數(shù)。用Matlab編寫程序，并輸入變壓器、斷路器以及線路等方面的參數(shù)，包括停電概率及時(shí)長，計(jì)劃檢修率及時(shí)長等。其計(jì)算思路為:按照設(shè)備性質(zhì)對(duì)其故障種類進(jìn)行隨機(jī)模擬，針對(duì)所有預(yù)測(cè)的故障來計(jì)算相應(yīng)的停電區(qū)間，接著獲取到產(chǎn)生停電的故障事件表，以此來計(jì)算配電系統(tǒng)自身的可靠性。

第1步:求原始數(shù)據(jù)的初值像，將變壓器、斷路器、線路數(shù)據(jù)停電概率、計(jì)劃檢修線路和各相關(guān)因素?cái)?shù)據(jù)化為無量綱數(shù)據(jù)。計(jì)算公式為:xi(1)d1=xi(1)/xi(1)，其中:i=1，2，...，8;d1為初值化算子。

圖2 算法流程圖

第2步:將負(fù)相關(guān)因素x5、x6、x7的初值，通過算子優(yōu)化作用，轉(zhuǎn)化為正相關(guān)因素。計(jì)算公式為:xi(k)d2=1/xi(k)，其中:i=1，2，...，8;k=1，2，...，7;d2為倒數(shù)化算子。

第3步:求出各相關(guān)因素的關(guān)聯(lián)度。

3 優(yōu)化算法

3.1 優(yōu)化算法流程

優(yōu)化算法流程圖如圖2所示。

3.2 優(yōu)化實(shí)例驗(yàn)證

四川某縣位于成都平原地區(qū)，屬于天府新區(qū)中的重要位置，地理區(qū)域優(yōu)勢(shì)明顯。所轄范圍有220 kV變電站3座，110 kV變電站6座，110 kV主變?nèi)萘繛?4.15萬kVA。10 kV配網(wǎng)線路有86條，均可實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心遠(yuǎn)程操作。通過將該地區(qū)電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入模擬系統(tǒng)，該地區(qū)電網(wǎng)可靠性參數(shù)如表1所示。

表1 配網(wǎng)線路可靠性參數(shù)

該地區(qū)各負(fù)荷點(diǎn)經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算后的可靠性數(shù)據(jù)如表2所示，其中:λ為負(fù)荷點(diǎn)的故障率;γ為負(fù)荷點(diǎn)每次故障平均時(shí)間:U為負(fù)荷點(diǎn)年平均停電時(shí)間。

表2 各負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)

通過上述的分析，筆者認(rèn)為，提高供電可靠性可以從以下幾點(diǎn)入手:

1)供電企業(yè)應(yīng)重視設(shè)備的可靠性，根據(jù)該地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，針對(duì)設(shè)備可靠性缺陷及隱患提出改進(jìn)方法和建議。

2)硬件方面應(yīng)提高配網(wǎng)供電能力。110 kV及以上的網(wǎng)架盡量滿足N-1可靠性準(zhǔn)則，10 kV配網(wǎng)設(shè)置開閉所，使多數(shù)線路構(gòu)成“手拉手”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并在10 kV線路上加裝分段斷路器。

3)供電公司應(yīng)嚴(yán)格控制重復(fù)停電，合理安排工作，減少用戶的停電時(shí)間和停電次數(shù)，在條件允許時(shí)，開展帶電作業(yè)工作。

4)供電公司應(yīng)科學(xué)地進(jìn)行配網(wǎng)線路的可靠性分析。

4 結(jié)語

本文運(yùn)用了模擬法對(duì)四川省一個(gè)縣級(jí)地區(qū)的配網(wǎng)可靠性進(jìn)行評(píng)估計(jì)算分析，通過建立合理的數(shù)學(xué)模型，將復(fù)雜配電網(wǎng)絡(luò)簡化，使用Matlab軟件按照要求編程，去除一些不必要的條件。數(shù)據(jù)仿真的可靠性結(jié)果與實(shí)際電網(wǎng)相符，說明了該方法的可行性。模型及算法分析了負(fù)荷點(diǎn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)，說明了該地區(qū)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，反映了可靠性低的線路對(duì)整個(gè)地區(qū)配電網(wǎng)的影響，為配電網(wǎng)的改進(jìn)提供參考。

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