王梓丞

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510630)

0 引言

隨著新一輪電改的逐步推進、電力市場的不斷放開，越來越多的售電公司參與到配電網(wǎng)的建設(shè)、運維管理中[1]。因售電公司的配電網(wǎng)建設(shè)、運維水平參差不齊[2-3]，所以配電網(wǎng)的供電可靠性評估顯得尤為重要。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)供電可靠性評估，主要是針對10 kV中壓線路的供電可靠性評估。其評估方式較為粗獷，不能滿足配電網(wǎng)服務(wù)企業(yè)的精益化管理要求[4-6]。

國內(nèi)外許多學者對配電網(wǎng)供電可靠性作了大量研究。文獻[7]提出了一種計及電網(wǎng)二次的配電網(wǎng)供電可靠性評估方法，通過區(qū)域集中保護和容錯機制，實現(xiàn)配電網(wǎng)各區(qū)域的供電可靠性評估。文獻[8]提出了一種基于單相接地的配電網(wǎng)供電可靠性評估方法，通過故障的最小影響分析，對配電網(wǎng)供電可靠性指標進行計算。文獻[9]提出了一種計及配電網(wǎng)信息失效的配電網(wǎng)供電可靠性評估方法，通過對配電網(wǎng)自愈過程中的信息失效信息分析，采用蒙特卡羅法進行配電網(wǎng)供電可靠性評估。文獻[10]提出了一種含分布式能源和用戶類型的配電網(wǎng)供電可靠性評估方法，通過對用戶時序負荷和分布式能源接入的分析，實現(xiàn)對配電網(wǎng)供電可靠性的評估。文獻[11]提出了一種配電網(wǎng)全生命周期的供電可靠性評估方法，通過全生命周期的收益成本來衡量配電網(wǎng)供電可靠性。由此可見，配電網(wǎng)供電可靠性評估方法多樣，且取得了一定的成果。但配電網(wǎng)評估中，數(shù)據(jù)僅來源于10 kV中壓線路，而未考慮0.4 kV供電可靠性的情況，評估準確度不足。

針對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)供電可靠性評估中存在的0.4 kV低壓配電網(wǎng)分析不足、評估準確度低的問題，本文提出了一種基于層次分析的的配電網(wǎng)供電可靠性評估方法，設(shè)計了一種配電網(wǎng)供電可靠性評估模型，通過高速電力線載波實現(xiàn)戶變關(guān)系拓撲；在此基礎(chǔ)上，通過評估矩陣綜合分析配電網(wǎng)的可靠性；最后，通過實例驗證了所提方法的可行性和有效性。

1 供電可靠性評估框架

本文提出了一種基于層次分析的配電網(wǎng)供電可靠性評估方法(以下簡稱本文方法)。供電可靠性評估框架如圖1所示。

圖1 供電可靠性評估框架圖Fig.1 Frame diagram of power supply reliability evaluation

供電可靠性評估框架主要包括戶變關(guān)系拓撲識別、10 kV中壓數(shù)據(jù)融合、供電可靠性層次分析、指標權(quán)重確定和評估矩陣分析這5個環(huán)節(jié)。在戶變關(guān)系拓撲識別環(huán)節(jié)，通過智能融合終端的高速電力線載波拓撲識別功能，實現(xiàn)配電變壓器與用戶電表之間拓撲關(guān)系的自動識別，并采集電表的電氣特征數(shù)據(jù)。在10 kV中壓數(shù)據(jù)融合環(huán)節(jié)，將0.4 kV低壓用戶的電氣數(shù)據(jù)與配電自動化系統(tǒng)中10 kV環(huán)網(wǎng)柜、開閉所、10 kV中壓線路等測量數(shù)據(jù)融合，形成中低壓貫通的配電網(wǎng)拓撲數(shù)據(jù)。在供電可靠性層次分析環(huán)節(jié)，基于對分布式能源的考慮，通過層次分解，得到配電網(wǎng)供電可靠性指標。在指標權(quán)重確定環(huán)節(jié)，通過熵權(quán)法確定配電網(wǎng)供電可靠性評估各指標的權(quán)重。在評估矩陣分析環(huán)節(jié)，通過評估矩陣，生成配電網(wǎng)評估報告。

2 配電網(wǎng)可靠性評估模型

2.1 戶變關(guān)系拓撲識別

2018年，中國國家電網(wǎng)有限公司開展了配電臺區(qū)高速電力線載波建設(shè)工作，以期通過提高電表數(shù)據(jù)通信速率和方式，實現(xiàn)非計量數(shù)據(jù)的采集與戶變關(guān)系的識別[12]。

戶變關(guān)系識別即識別用電電表所屬的配電變壓器。本文通過自動拓撲識別的方式實現(xiàn)用戶電表與配電變壓器的關(guān)系對應(yīng)，以消除人工錄入中存在的錄入錯誤。

首先，通過智能融合終端在電壓過零點向電表發(fā)送戶變關(guān)系識別信號。發(fā)送的信號中帶有已知的相位信息和時間戳信號。電表在接收到信號后，將自身過零點的時間戳與接收到的時間戳進行比較。如果時間一致，則檢出識別中的信號，并存儲在電表上。最后，電表向智能融合終端注冊所屬相位，完成戶變關(guān)系識別。

設(shè)臺區(qū)有n個電表。其中：X、Y、Z為單相電表；L為三相電表。智能融合終端識別的電表矩陣K(n)為：

(1)

2.2 10 kV中壓數(shù)據(jù)融合

在數(shù)據(jù)融合的過程中，通過公共信息模型(common information model,CIM)將配電自動化中的中壓模型與0.4 kV的用戶模型信息進行拼接，同時，刪除2個模型中重復(fù)的部分。為確保合并后的中低壓配電網(wǎng)拓撲模型的網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系、狀態(tài)估計等應(yīng)用，在合并后，通過拓撲關(guān)系校驗，驗證數(shù)據(jù)融合是否正確。

2.3 供電可靠性層次分析

層次分析法是將一個復(fù)雜的問題分解為多個層級，通過求解特征值的方式獲得最優(yōu)方案。本文對影響供電可靠性的原因進行層次分析，并歸類和形成特征指標集。

在對配電網(wǎng)的分布式能源進行分析后，進行層次分解。設(shè)判斷的特征系數(shù)為k、經(jīng)過歸一化后的特征級數(shù)為m、分布式能源影響供電可靠性為Δs。則供電可靠性層次分析的一致性指標Fa為：

(2)

為衡量供電可靠性一致性指標，通過隨機供電可靠性一致性指標Fb來計算。

(3)

為解決層次分解偏離問題，本文引入校驗系數(shù)Fc：

1.2.1 黨參總皂苷納米乳處方篩選。室溫下，將黨參總皂苷分別溶于表面活性劑(Cremophor EL40、Tween-80、Span-80)、助表面活性劑(PEG400、1,2-丙二醇)、油(辛酸癸酸甘油三酯、橄欖油)中，渦旋振蕩，直至不再溶解，測定藥物在各溶劑中的溶解情況。

(4)

通過供電可靠性層次分解后，得到配電網(wǎng)可靠性評估指標。配電網(wǎng)供電可靠性層次分解包括配電變壓器負載率、電壓合格率、配電臺區(qū)發(fā)展協(xié)調(diào)性、配電臺區(qū)負荷發(fā)展預(yù)測、故障恢復(fù)時間、帶電作業(yè)工作率、單位供電成本、配電臺區(qū)綜合線損率等特征指標。

2.4 指標權(quán)重確定

通過熵權(quán)法確定配電網(wǎng)供電可靠性評估各指標的權(quán)重，并采用熵值來判斷評估指標的離散程度。其信息熵值越小，則指標的離散程度越大，權(quán)重也越大。其中，單個指標的信息熵除以所有指標的信息熵之和即為該指標的權(quán)重。

設(shè)用戶評價配電網(wǎng)供電可靠性指標的總數(shù)為G，每個指標的信息熵為Ji(i=1,2,...,G)，通過信息熵計算每個指標的權(quán)重Z。

(5)

2.5 評估矩陣分析

在供電可靠性分析指標體系和指標權(quán)重的基礎(chǔ)上，構(gòu)建評估分析矩陣，并輸入的配電網(wǎng)的指標衡量信息。根據(jù)評估矩陣，可獲得配電網(wǎng)的供電可靠性評估值。

設(shè)供電可靠性評估指標為Wi(i=1,2,...,G)，則評估結(jié)果X為:

(6)

3 算例分析

采用本文方法，對某區(qū)域的配電網(wǎng)供電可靠性進行分析。該方法所采用的計算機操作系統(tǒng)環(huán)境為windosw10，中央處理器為Intel酷睿2.8 G，內(nèi)存為16 GB。配電網(wǎng)的拓撲架構(gòu)如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)拓撲架構(gòu)圖Fig.2 Distribution network topology

①可靠性評估模型運行性能分析。

表1 可靠性評估模型運行性能對比結(jié)果

由表1可知，基于本文方法的性能優(yōu)于貝葉斯可靠性評估方法。

②可靠性評估準確性分析。

選擇配電網(wǎng)的樣本數(shù)為5個、10個、20個、50個、80個、100個、200個，對比本文方法與貝葉斯可靠性評估方法的準確率。將上述兩種方法檢驗的可靠性評估結(jié)果與專家人工核查結(jié)果進行對比，與專家人工核對結(jié)果一致的即為準確。其正確的數(shù)量與檢驗總數(shù)之比為準確率。可靠性評估模型準確率對比結(jié)果如表2所示。

表2 可靠性評估模型準確率對比結(jié)果表

由表2可知，本文方法的平均評估準確率為99.40%，而貝葉斯可靠性評估方法的平均評估準確率為96.49%。因此，本文方法評估準確率優(yōu)于貝葉斯可靠性評估方法。

③分布式電源對評估準確性分析。

選擇200個配電網(wǎng)樣本，對比本文中方法與貝葉斯可靠性評估方法的分布式電源影響程度。對比方法為：在接入分布式電源和未接入分布式電源的情況下，將上述2種方法檢驗的可靠性評估結(jié)果進行專家人工核查結(jié)果進行比對。與專家人工核對結(jié)果一致的即為準確，則其正確的數(shù)量與檢驗總數(shù)比較即為準確率。將未接入分布式電源后的準確率減去接入分布式電源后的準確率，即為分布式電源影響程度。分布式電源影響率對比結(jié)果如表3所示。

表3 分布式電源影響率對比結(jié)果

由表3可知，本文方法在分布式電源影響率方面低于貝葉斯評估法。

④可靠性評估結(jié)果。

采用本文方法對某區(qū)域100個配電網(wǎng)進行可靠性評估。配電網(wǎng)供電可靠性評估結(jié)果為：絕對健康28%；健康占65%；一般占5%；危險占17%；絕對危險占1%。

4 結(jié)論

為解決配電網(wǎng)供電可靠性評估中存在的0.4 kV低壓配電網(wǎng)分析不足、評估準確度低的問題，本文提出一種基于層次分析的配電網(wǎng)供電可靠性評估方法，并設(shè)計了一種配電網(wǎng)供電可靠性評估模型，在高速載波識別戶變關(guān)系的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了中低壓配電網(wǎng)的融合，提升了配電網(wǎng)評估細粒度。其次，本文采用層次分析法與熵權(quán)法建立了配電網(wǎng)的供電可靠性評估模型。最后，本文以中國某區(qū)域的配電網(wǎng)為例，對本文方法進行驗證。其運行結(jié)果證明本文方法的有效性和可行性。本文方法解決了分布式能源大規(guī)模接入配電網(wǎng)后的評估難題，為分布式能源的消納奠定了基礎(chǔ)。