李銘鈞，王承民，歐郁強，蔡德華，莫穗江，錢海濤

（1. 江門供電局，廣東 江門 529000；2. 上海交通大學，上海 201100；3. 上海博英信息科技有限公司，

上海 201100）

目前電力用戶對供電可靠性的要求越來越高，為保證供電質(zhì)量，電力系統(tǒng)可靠性的研究勢在必行[1-2]。本文提出的供電可靠性計算模型，旨在研究分析并建立供電可靠性指標評估預測模型，利用電網(wǎng)結構數(shù)據(jù)及運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，力求較為準確地定量分析出各種電網(wǎng)建設、改造以及各種技術、管理措施對可靠性水平的影響，構建相關影響因素與供電可靠性指標間的模型體系，評估預測出較為合理的供電可靠性指標。

一個大的城市電網(wǎng)通?？煞纸鉃槎鄠€供電區(qū)，每個分區(qū)又可劃分為若干小區(qū)甚至細化到變電站，分析每個供電分區(qū)的可靠性對整個電網(wǎng)可靠性的影響因子，找到各分區(qū)對整個電網(wǎng)可靠性指標的貢獻度，從而對每個分區(qū)進行控制和管理具有重要的實際意義。而電網(wǎng)系統(tǒng)龐大，錯綜復雜，往往無法對一個較大區(qū)域進行可靠性計算，也無法靈活地對重新劃分的分區(qū)進行可靠性計算。一個合理的供電可靠性指標合成方法，將可以有效快速地得到選定區(qū)域的全網(wǎng)供電可靠性指標。全網(wǎng)可靠性指標合成可將各變電站或各供電分區(qū)的可靠性指標計算結果，合成全網(wǎng)的可靠性指標。如此可靈活地對任一選定區(qū)域的供電可靠性指標進行合成。

1 全網(wǎng)可靠性指標

全網(wǎng)可靠性主要包括[3-5]：系統(tǒng)平均停電頻率指標SAIFI，次/（戶·a）；系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標SAIDI，h/（戶·a）；用戶平均停電持續(xù)時間指標CAIDI，h/（停電戶·次）；平均供電可靠率指標ASAI，%；系統(tǒng)總的電量不足指標ENSI，MW·h/a；平均電量不足指標AENS，MW·h/（a·戶）；系統(tǒng)總的停電損失，萬元/a；共7項指標。各變電站或供電分區(qū)的可靠性同樣包括這7項指標。

需輸入以下原始數(shù)據(jù)：線路、變壓器、母線、開關等設備的故障停運率（次/百臺（公里或條）·a）

線路、變壓器、母線、開關等設備的故障停運時間（h/臺（公里或條）·a）

線路、變壓器、母線、開關等設備的計劃停運率（次/百臺（公里或條）·a）

線路、變壓器、母線、開關等設備的計劃檢修時間（h/臺（公里或條）·a）

2 全網(wǎng)可靠性指標的合成

電力系統(tǒng)可靠性計算方法多種多樣，國外電網(wǎng)供電可靠性定量計算的方法有狀態(tài)空間法、網(wǎng)絡法、蒙特卡羅模擬法[6-7]，但歸根結底供電可靠性指標的定義以及計算公式是統(tǒng)一的，因此從供電可靠性指標的定義出發(fā)，研究供電可靠性指標的合成方法，將適用于所有可靠性計算方式。

設全系統(tǒng)具有n個節(jié)點，節(jié)點編號為1，2，3，…，m，m+1，m+2，…，n，其中m個節(jié)點為供電分區(qū)A的節(jié)點數(shù)，節(jié)點編號為1，2，3，…，m，n-m個節(jié)點為供電分區(qū)B的節(jié)點數(shù)，節(jié)點編號為m+1，m+2，…，n。

2.1 全網(wǎng)平均停電頻率指標SAIFI的合成

全系統(tǒng)平均停電頻率指標為：

分區(qū)A、B的平均停電頻率指標為：

由式（2）可知，全網(wǎng)平均停電頻率指標SAIFI為各分區(qū)的SAIFI乘以各自分區(qū)的用戶數(shù)求和除以全網(wǎng)總用戶數(shù)之和。

2.2 全網(wǎng)系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標SAIDI的合成

全系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標為：

由式（4）可知，全網(wǎng)系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標SAIDI為各分區(qū)的SAIDI乘以各自分區(qū)的用戶數(shù)求和除以全網(wǎng)總用戶數(shù)之和。

2.3 全網(wǎng)用戶平均停電持續(xù)時間指標CAIDI的合成

全系統(tǒng)用戶平均停電持續(xù)時間指標為：

同理有：

由式（6）可知，全網(wǎng)用戶平均停電持續(xù)時間指標CAIDI為各分區(qū)的CAIDI乘以各自分區(qū)的停電用戶數(shù)求和除以全網(wǎng)總停電用戶數(shù)之和。

2.4 全網(wǎng)平均供電可用率指標ASAI的合成

全系統(tǒng)平均供電可用率指標為：

分區(qū)A、B有：

由式（8）可知，全網(wǎng)平均供電可用率指標ASAI為各分區(qū)的ASAI乘以各自分區(qū)的用戶數(shù)求和除以全網(wǎng)總用戶數(shù)之和。

2.5 全網(wǎng)用戶平均停電電量指標AENS的合成

全系統(tǒng)用戶平均停電電量指標為：

式中，Lai第i個負荷節(jié)點的平均負荷功率。

由式（10）可知，全網(wǎng)平均停電頻率指標AENS為各分區(qū)的AENS乘以各自分區(qū)的用戶數(shù)求和除以全網(wǎng)總用戶數(shù)之和。

2.6 全網(wǎng)總電量不足指標ENSI的合成

全系統(tǒng)總電量不足指標為：

分區(qū)A總電量不足指標為：

分區(qū)B總電量不足指標為：

由式（11）—式（13）可知，全網(wǎng)總電量不足指標ENSI為各分區(qū)的ENSI之和。

2.7 全網(wǎng)系統(tǒng)總停電損失LOSS的合成

由于LOSS=ENSI×平均電價，所以全網(wǎng)系統(tǒng)總停電損失LOSS為各分區(qū)的LOSS之和。

通過對這7個可靠性指標計算公式的數(shù)學分析可知，全網(wǎng)可靠性指標都可以用簡單的代數(shù)求解方式，直接從各分區(qū)電網(wǎng)的相應指標計算得出。其中全網(wǎng)的SAIFI、SAIDI、ASAI和AENS可以用各分區(qū)對應的指標乘以各自分區(qū)的用戶數(shù)求和再除以全網(wǎng)總用戶數(shù)之和。全網(wǎng)的CAIDI可以用各分區(qū)的CAIDI乘以各自分區(qū)的停電用戶數(shù)求和再除以全網(wǎng)總停電用戶數(shù)之和。全網(wǎng)總電量不足指標ENSI和總停電損失LOSS為各分區(qū)的ENSI、LOSS之和。

3 供電可靠性計算及合成軟件介紹

3.1 軟件開發(fā)的工具和平臺

一個軟件包的開發(fā)應遵循軟件的實用性、可擴展性的設計原則和產(chǎn)品開發(fā)標準和規(guī)范。供電可靠性評估軟件在Visual Studio 2008平臺上開發(fā)，Visual Studio 2008因為引入了更多的特性，使該開發(fā)軟件支持office應用，提高了軟件的效率。

因為一個較大的10 kV中壓配電網(wǎng)中線路和設備數(shù)量很多、饋線之間聯(lián)絡關系復雜，所以數(shù)據(jù)的信息量較大，而且線路或設備的各項屬性差數(shù)和運行差數(shù)，都要加入到功能模塊中進行計算。利用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，可以方便地把研究對象作為由?shù)據(jù)及可以施加在這些數(shù)據(jù)上的操作所構成的統(tǒng)一體[8-9]。所以，設計供電可靠性評估軟件使用了以上面向?qū)ο蟮木幊谭椒ǎ摲椒ò丫€路或設備的基礎數(shù)據(jù)和設備圖元相連接在一起，即點擊任意一個設備圖元時，可以查詢詞圖元的相關屬性和參數(shù)。

3.2 軟件的功能現(xiàn)實

軟件可分為三層結構：底層為數(shù)據(jù)接口層，中間層為建模層，高級層為功能應用層。接口層實現(xiàn)與供電企業(yè)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈接，中間層支持不同數(shù)據(jù)環(huán)境的模型建立，基于數(shù)據(jù)的獲取來源和數(shù)據(jù)的精細度，又可分為精確建模和模糊建模，高級層實現(xiàn)一套完整的供電可靠性預測及輔助實施的工作流程，主要包括現(xiàn)狀評估、預測、控制和方案制定四大功能。本文重點對現(xiàn)狀電網(wǎng)進行評估。

3.3 軟件的工作流程

軟件中配電網(wǎng)的供電可靠性計算模塊的基本使用流程如圖1所示。流程主要分為4個部分，第一部分是對現(xiàn)有配電網(wǎng)進行建模，畫出線路間的聯(lián)絡關系，生成拓撲數(shù)據(jù)；第二部分是將線路和設備的可靠性運行參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入軟件；第三部分是選擇可靠性計算模塊，計算配電網(wǎng)的可靠性指標；第四部分是合成分區(qū)可靠性計算指標。

圖1 軟件工作流程圖Fig. 1 The software flow chart

3.4 軟件工作原理

本軟件將可靠性評估解析法進行改進，提高算法對復雜電網(wǎng)的適應度，不采用網(wǎng)絡等值，提高計算精度，采用遞歸方法，減少評估計算時間，并考慮故障停運和計劃停運的區(qū)別進行可靠性評估。改進的可靠性計算方法的基本思想是以負荷點為研究對像，搜索所有對該負荷點具有影響的設備，并根據(jù)故障設備所處的位置，分析其故障后對負荷點的停電次數(shù)和停電時間造成的影響。在分析每個負荷點時，所計算的設備只與該負荷相關，無關設備的故障分析都被略過，這樣將大大減少計算的消耗。搜索方法采用深度優(yōu)先的遞歸算法。

該算法可通過子回路搜索和主回路搜索兩步實現(xiàn)：

1）主回路搜索。遞歸搜索從負荷點到供電點之間的設備。

2）子回路搜索。搜索除了主回路元件之外的回路。以主回路上的節(jié)點為根節(jié)點進行遞歸搜索。

4 實例應用

以華南某市為例，用該供電可靠性計算軟件計算每個縣區(qū)局的供電可靠性指標，并合成整個市供電局的供電可靠性指標。該市局共有7個分區(qū)（縣區(qū)局），用可靠性軟件分別計算出各市局的7大可靠性指標。將計算得到的7種可靠性指標，分別帶入合成公式計算，得整個市局的7個可靠性指標。表1為各縣區(qū)局和市局的7種可靠性指標的計算結果。

圖2 回路搜索法算法主流程執(zhí)行框圖Fig. 2 The main flow diagram of the loop search method

將該市局通過合成計算的結果與該市局實際供電可靠性指標進行比較，比較結果如表2所示。

由表1可知，利用供電可靠性計算軟件可以計算出市局各個分區(qū)的可靠性指標。同時由表2可知，通過軟件對各個分區(qū)指標的合成，可得到市局的可靠性指標，并且計算得到的可靠性指標結果與實際統(tǒng)計結果吻合，所存在的誤差可以幾乎忽略不計。所以本文中的指標計算及合成的方法是可行的。

5 誤差分析及其解決辦法

在分區(qū)計算供電可靠性時往往都忽略了分區(qū)之間線路的聯(lián)絡關系，直接導致線路中部分負荷可靠性下降，因此合成之后的全網(wǎng)供電可靠性均略微低于實際的供電可靠性。

基于以上原因，在合成供電可靠性指標時應盡量減少供電可靠性指標合成次數(shù)，即將分區(qū)范圍盡量放大，如此誤差將會有效降低。比如要合成一個省區(qū)的供電可靠性指標，盡量以市而不是縣區(qū)局為單位進行合成，如此大大降低了由于分區(qū)獨立而忽略掉的線路聯(lián)絡關系，能更有效降低誤差。

表1 華南某市供電局供電可靠性指標的合成Tab. 1 Synthesis for the reliability indicators of the distribution network for one city in South China

表2 可靠性指標合成結果與實際指標的對比Tab. 2 Comparison of the synthesis index and true index

6 結語

綜上所述，供電可靠性軟件可以計算各個分區(qū)的可靠性指標，并通過軟件的數(shù)學合成方法，計算出全網(wǎng)的供電可靠性指標。這將有利于在統(tǒng)計以及規(guī)劃之中，靈活組合各分區(qū)，并很快合成出選定區(qū)域供電可靠性指標。

[1] BILLINTON R，WANG P. Teaching distribution system reliability evaluation using monte carlo simulation[J]. IEEE Trans on Power Systems，1999，14（2）: 309-403.

[2] BILLINTON R，WANG P. Reliability network-equivalent approach to distribution system reliability evaluation[J].IEE Proceeding—Generation，Transmission & Distribution，1998，145（2）: 149-153.

[3] 范文濤，薛禹勝，慕志恒. 面向?qū)ο蠹夹g及其在電力系統(tǒng)中的應用[J]. 電力系統(tǒng)自動化，1998，22（12）:72-76.FAN Wentao，XUE Yusheng，MU Zhiheng.Object-oriented technology and its applications in power system[J].Automation of Electric Power Systems，1998，22（12）: 72-76（in Chinese）.

[4] 楊曉斌，張焰. 中壓配電網(wǎng)供電可靠性定量評估系統(tǒng)的開發(fā)與應用[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2004，28（18）: 83-89.YANG Xiaobin，ZHANG Yan. Reliability quantitative evaluation system development and application of medium voltage distribution grid[J]. Automation of Electric Power Systems，2004，28（18）: 83-89（in Chinese）.

[5] 夏巖，劉明波，邱朝明. 帶有復雜分支饋線的配電系統(tǒng)可靠性評估[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，26（4）: 40-44.XIA Yan，LIU Mingbo，QIU Chaoming. Reliability assessment of distribution networks with complex sub-feeders[J].Automation of Electric Power Systems，2002，26（4）: 40-44（in Chinese）.

[6] 別朝紅，王麗，王錫凡. 復雜配電系統(tǒng)的可靠性評估[J].西安交通大學學報，2000，34（8）:9-13.BIE Chaohong，WANG Li，WANG Xifan. Reliability evaluation of complicated distribution systems[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University，2000，34（8）:9-13（in Chinese）.

[7] 張巍，鄭琰，楊鳳民. 中壓用戶供電可靠性主要指標分析及應用[J].供用電，2009，26（1）: 10～13.ZHANG Wei，ZHENG Yan，YANG Fengmin. Analysis and application of main index of power supply reliability for MV customers[J]. Distribution & Utilization，2009，26（1）:10-13（in Chinese）.

[8] 戴雯霞，吳捷. 基于最小路的配電網(wǎng)可靠性快速評估法[J]. 電力自動化設備，2002，22（7）: 29-31.DAI Wenxia，WU Jie. Fast valuation for distribution network reliability based on minimal path[J]. Electric Power Automation Equipment，2002，22（7）: 29-31（in Chinese）.

[9] 駱敏，張焰. 配電網(wǎng)供電可靠性定量評估及可靠性成本/效益分析軟件包研究[J]. 供用電，2006，23（1）: 13-15.LUO Min，ZHANG Yan. Study on software package of quantified assessment of supply reliability and its costbenefits analysis[J]. Distribution ＆ Utilization，2006，23（1）: 13-15（in Chinese）.