改进的网络等值法在配电网可靠性评估中的应用研究

ｅｌｅｃｏｍＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏＴ　　ｇｙ　

Ｎｏｖ．２５，２０１６，Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．６　

（）文章编号：３００００９６６４２０１６０６０２６３　中图分类号：７３２　文献标识码：Ａ１ＴＭ－－－研制开发

改进的网络等值法在配电网可靠性评估中的应用研究

任婷婷

）（山西大学　电力工程系，山西太原０３００１３

增加额外等效元件、故障时间计入不合理　　摘要：运用网络等值法在配电网可靠性评估中存在等效区域划分不规范、

等问题。文中针对这几方面的不足，进行了探讨和改进。定义了单位故障区的概念，解决了等效区域划分的规范性和统一性问题。并且提出了公共节点概念，避免了额外增加等效元件的弊端，有效地简化了网络。该算法在计算精度和效率方面都具有一定的优越性，更加合理地评估了电网的可靠性。

关键词：配电网；可靠性；改进网络等值法；单位故障区

ｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｍｒｏｖｅｄＮｅｔｗｏｒｋＥｕｉｖａｌｅｎｃｅＭｅｔｈｏｄｉｎＡ　　　　　　ｐｐｑｐ

ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋ　　　ｙ　

ＥＮ　ＴｉｎｉｎＲｔ－ｇｇ

（，，）ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔＴａｉｕａｎ３００１３，Ｃｈｉｎａ　　　　　０ｐｇｇｙｙ

：ＵＡｂｓｔｒａｃｔｓｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｅｕｉｖａｌｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｎｔｈｅｒｅｓｅｎｃｅｏｆｅ－　　　　　　　　　　　　　ｇｑｙｐ　　

，ｗｉｖａｌｅｎｔｒｅｉｏｎａｌｄｉｖｉｓｉｏｎｉｓｎｏｔｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅａｄｄｉｔｉｏｎａｌｅｕｉｖａｌｅｎｔｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｉｎｃｌｕｄｅｄｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｕ　　　　　　　　　　　　　　ｇｑｐｑ

，ａｔｔｈｅｓｅａｓｅｃｔｓｔｈｅａｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓａｎｄｔｒｉｅｓｔｏｉｍｒｏｖｅ．Ｂｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｔｉｍｅｃａｌｃｕｌａｔｅｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ａｉｍｉｎ　　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｙｇ　　

，ｏｆｔｈｅｃｏｎｃｅｔｏｆｕｎｉｔｆａｕｌｔｚｏｎｅｔｈｅｅｕｉｖａｌｅｎｔａｒｅａｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎａｎｄｕｎｉｔ．Ａｎｄｔｈｅｃｏｍｍｏｎｎｏｄｅｃｏｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｑｙ

，，ｃｓｉｍｌｉｆｉｅｓｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｅｔｉｓｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｅｓｏｆａｄｄｉｔｉｏｎａｌｅｕｉｖａｌｅｎｔｃｏｍｏｎｅｎｔｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌ　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｑｐｙｐ　

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ｏｆｔｈｅｏｗｅｒｒｉｄ．ｉｌｉｔｂ　　　ｐｇｙ　

；；：；ｉｍｒｏｖｅｄｎｅｔｗｏｒｋｅｕｉｖａｌｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄｕｎｉｔｆａｕｌｔｚｏｎｅｗｏｒｄｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｒｅｌｉａｂｉｌｉｔＫｅ　　　　　　ｐｑｙｙ　

　　研究配电网可靠性的根本目的是提高配电网对用

户供电的可靠性，即希望配电网不管在什么运行条件下和以哪种方式运行都能非常稳定地工作，能够充分连续地给用户提供稳定的电能。

所有节点都不是开关节点，那么该区域定义为单位故障区，如图１所示。

１　网络等值法

网络等值法是基于化简网络，合理的等效，避免故

障枚举，通过简化计算量，求得各负荷点的可靠性指标，从而评估各负荷点及整个配电网的供电可靠性。网络等值法包括向上等效和向下等效两个过程。向上等效主要是简化网络，向下等效主要是计算负荷点的故障率及故障时间。

网络等值法在等效过程中存在以下不足：（）向上等效过程中，等效区域划分规则不规范；１（）向上和向下等效过程中分别增加了多余的元２件，为网络增加额外负担；

（）向下等效过程中，负荷点的故障时间计入不够３准确。

图１　典型复杂配电网单位故障区划分图

２　描述网络结构的若干定义

通过以下定义，弥补了等值过程中的不足，改进了网络等值法算法。

（）单位故障区１

从配电网末梢开始，如果网络中的某一片区域最外层端点都是开关节点，或是负荷节点，并且区域内的

收稿日期：２０１６１８１１－－，作者简介：任婷婷（女，硕士，助教，研究方向为电力系１９８２－）

统运行与控制。·２６·

ＥＥＥＬＬＬＬＥ　　图中，１、２、３、４都可定义为单位故障

区。

单位故障区内部没有开关节点，其内部任何一个元件发生故障，对外产生的效果是相同的，它是故障检修和故障停电的最小单位。这样划分等效区域，边界是明确的，结果是唯一的，有效地减少了故障遍历的计算量，提高了故障遍历的准确性，充分体现了划分的规范性和合理性。

（）公共节点２

如上所述，每个单位故障区的开关节点或负荷节点，既是上级区域的边界，也是它本身的边界，这样的公共节点可以很好地起到联系上下级区域的作用，有效地避免了增加额外元件作为等效节点。因此，选取单位故障区的开关节点作为公共节点是合理有效的，

０１６年１１月２５日第３３卷第６期２

任婷婷：　改进的网络等值法在

配电网可靠性评估中的应用研究

ＴｅｌｅｃｏｍＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏ　　ｇｙ

，，Ｎｏｖ．２５２０１６Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．６　

如图２。

图２　图１所示网络的公共节点示意图

　　图中，节点１是单位故障区ＥＬ１的开关节点，

节点４是单位故障区ＥＬ４的开关节点，节点２是上级区域的负荷节点。节点１既是ＥＬ１的边界点，也是上级区域的边界点；节点４既是ＥＬ４的边界点，也是上级区域的边界点；节点２既是上级区域的边界点，也是

ＥＬ１、ＥＬ４的边界点。因此，

节点１、节点４、节点２可以合并到公共节点２。向上等效过程中，单位故障区

ＥＬ１、ＥＬ４对上级区域的等效故障率，

等效故障时间就可以更新为节点２的等效参数。节点２的故障参数值等于节点１与节点４故障参数之和。

（３

）故障修复时间计算按照单位故障区来计算各类故障的修复时间，不会出现因网络化简过程中引起的网络结构变化而导致的漏极、复计。

　多级网络的等值处理

多级网络的等值处理遵循逐级等效的原则，需要经过向上等效和向下等效两个相对的过程。．１　向上等效

向上等效从网络的末梢层开始，按照公式（１）～

（２）计算出末梢层单位故障区的基本等效参数λｅ［

ｋ］、ｅ［ｋ］

。λｅ［ｋ］＝Σλｌ＋Σλｔｒ

（１）Ｕｅ［ｋ］＝Σλｌγｌ＋Σλｔｒγｔｒ

（２）式中，λｅ［ｋ］为单位故障区Ｕｋ的基本等效故障率，Ｕｅ［ｋ］为单位故障区Ｕｋ的基本等效年平均停运时间；Σλｌ为单位故障区Ｕｋ内所有支路的故障率之和，Σλｔｒ为单位故障区Ｕｋ内所有变压器故障率之和；Σλｌγｌ为单位故障区Ｕｋ内所有支路的年平均停运时间，Σλｔｒγｔｒ为单位故障区Ｕｋ内所有变压器的年平均停运时间。

根据开关节点的类型（Ａ型：

断路器等自动开关；型：隔离开关等手动开关），按照公式（３）～（

６），计算出单位故障区的向上等效参数λｕｐ［ｋ］、Ｕｕｐ［

ｋ］。Ａ型：

λｕｐ［

ｋ］＝（１－ｐＡｓ）λｅ［ｋ］（３）Ｕｕｐ［ｋ］＝λｕｐ［

ｋ］γＡｓ（４）式中，λｕｐ［ｋ］为单位故障区Ｕｋ的向上等效故障率；Ｕｅ［ｋ］为单位故障区Ｕｋ的向上等效年平均停运时间；ｐＡｓ为开关可靠率；γＡｓ为开关修复时间。

Ｂ型：

λｕｐ［

ｋ］＝λｅ［ｋ］（５）Ｕｕｐ［ｋ］＝λｕｐ［

ｋ］γＢｓ（６）式中，γＢｓ为开关修复时间。

此时，λｕｐ［ｋ］、Ｕｕｐ［

ｋ］成为了上级区域的一个节点，作为上级区域的一部分参与更上一级的等效。

依照此原则逐级向上等效，直到将所有下级区域全部等效到主干线上为止。

图３　图１所示网络向上等效完成后效果图

　　此图中节点１代表电源出口出断路器，

节点４、节点６代表主干线上隔离开关，节点５代表单位故障区ＥＬ２。．２　向下等效

向下等效的思想是将上级区域对下级区域的影响用串在下级区域首端的等效电源点表示。如图３所示，主干线上某一点，即某一单位故障区Ｕｋ，作为起始等效电源点的可靠性参数可按照公式

（７）

、（８）计算。λｄｏｗｎ［ｋ］＝Σλｍｌ＋Σλｕｐ［

珔ｋ］（７）Ｕｄｏｗｎ［ｋ］＝Σλｍｌγｍｌ＋ΣＵｕｐ［

珔ｋ］（８）式中，λｄｏｗｎ［

ｋ］为主干线上某一节点的等效故障率；ｄｏｗｎ［ｋ］为主干线上某一节点的等效修复时间；Σλｍｌ为

主干线上所有线路的故障率之和；Σλｕｐ［

珔ｋ］为主干线上除本节点之外所有节点的向上等效故障率之和；Σλｍｌ

ｍｌ为主干线上所有线路的年平均修复时间之和；ΣＵｕｐ

［珔ｋ］

为主干线上除本节点之外所有节点的向上等效年平均修复时间之和。

计算下级区域Ｕｋ－１某负荷点的可靠性参数时，将单位故障区Ｕｋ所在节点ｋ作为下级区域起始等效电

源点，λｄｏｗｍ［ｋ］、Ｕｄｏｗｍ［

ｋ］就是起始电源点的参数值。按照下式计算下级区域的可靠性参数：

λｄｏｗｍ［ｋ－１］＝λｄｏｗｍ［ｋ］＋ｓ≠Σｋ－

１λｕｐ［

ｋｓ］（９）Ｕｄｏｗｍ［ｋ－１］＝Ｕｄｏｗｍ［ｋ］＋）ｓ≠Σｋ－

１Ｕｕｐ［

ｋｓ］（１０式中，λｄｏｗｍ［ｋ－１］为下级区域的等效故障率；Ｕｄｏｗｍ［

ｋ－１］为下级区域的等效故障修复时间；ｓ≠Σｋ－１

λｕｐ［

ｋｓ］为单位故障区Ｕｋ－１的上级区域的所有子区域的向上等

效故障率之和（除了Ｕｋ－１）；Σｋ－１

Ｕｕｐ［

ｋｓ］ｓ≠为单位故障区ｋ－１的上级区域的所有子区域向上等效年平均故障时

间之和（除了Ｕｋ－１）

。按此原则逐级向下等效直到网络的末梢层，求出各负荷点指标。

　算例分析

本文以某市中压线路Ｆ１为例进行可靠性评估，元件可靠性原始参数如表１。

元件可靠性原始数据从供电部门日常工作积累数据中来。由表可知，架空线路的故障率远高于其他元件，且修复时间，断路器用时最多。

根据公式（９

）、（１０）计算各负荷点的可靠性参数，在变压器都无备用的情况下，考虑负荷转移的情况下，负荷点可靠性参数见表２。

·２７·

３３ＵＢ３ＵγＵ４０１６年１１月２５日第３３卷第６期　２

ｅｌｅｃｏｍＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏＴ　　ｇｙ　

Ｎｏｖ．２５，２０１６，Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．６　

表１　元件可靠性原始参数

编号类　型故障率修复时间开关操

开关

作时间可靠率１架空线路０．５００　４．０——２电缆０．０５０　１０．０——３变压器０．０１５　２０．０——４断路器０．００７　６．０—８０％５熔断器０．０７０　４．０—８０％６分段开关０　１．５　１．５　１００％７联络开关０　１．５　１．５　１００％８

手动隔离开关

０

０．５　

１．１　

１００％

表２　负荷点的可靠性参数

可靠性参数

负荷点故障率

年平均停运时间

平均停运时间

（小时／年）

（小时／次）Ｌｐ２Ｌｐ３　１．７５０００　４．７１０２０　２．６９１５４Ｌｐ４Ｌｐ５　１．７８５６５　５．４４９３５　３．０５１７５Ｌｐ６Ｌｐ

７　１．７６５１９　

４．０１８７０　２．２７６６４Ｌｐ８Ｌｐ９　Ｌｐ１０　２．２５５２４　６．４１１４５　２．８４２９１Ｌｐ１１Ｌｐ１２　Ｌｐ

１３　１．７１６４４　５．２１０３５　３．０３５５６Ｌｐ

１４　１．９６４０４　

４．０９２３０　２．０８３６１Ｌｐ１５Ｌｐ１６　２．２２２０４　５．５３９８０　２．４９３１１Ｌｐ１７Ｌｐ

１８　１．９０６４４　３．８４８５５　

２．０

１８７１　　从表中可以看出，

在负荷点所接变压器都无备用的情况下，考虑负荷转移时，同一单位故障区内的负荷点可靠性参数是相同的，如Ｌｐ

２Ｌｐ３都属于单位故障区Ｕ１，

那么它们的可靠性指标就是相同的。下面就算法的效率进行说明。将Ｆ１中压线路用于本文算法、ＦＭＥＡ法和文献［２］中网络等值法，将得出的系统可靠性参数进行对比，对比结果如表、

表４。表３　系统可靠性参数对比表系统平均停电

系统平均停电

平均供电

频率ＳＡＩＦＩ持续时间ＳＡＩＤＩ可用率（次∕年·户）

（小时∕年·户）

ＡＳＡＩ本文算法１．８２４１５　５．０００６１　９９．９４２９２ＭＥＡ法

１．８２４１５　

５．００１７５　

９９．９４２９０

　　从表中可以看出，

本文方法与故障模式后果分析法所得结论是基本一致的。可以说明，这两种方法在计算精度方面是具有同等精度的。本算例中压线路

１包含１３条线路、１

８个变压器（即１８个负荷点）、１２个开关元件，总共４３个元件。运用故障模式后果分析法，就是要对这４３个元件逐一列举故障模式，在４３种失效模式集合的基础上，进行可靠性分析计算，这种计算方法准确度最高。但是对于元件数量庞大的复杂配电网来说，这样的枚举就显得冗余，不容易实现。而本文所用方法，将具有共同属性的元件锁定在同一个单位故障区，只对有限数量的单位故障区进行失效模式分析就行了。本文所用实例可分为８个单位故障区，对８个单位故障区进行故障枚举，比用故障模式后果分析法对４３个元件进行故障枚举，

工作量减少了几乎０％，并且计算精度也没有大的改变。·２８·

表４　系统可靠性参数对比表

系统平均停电

系统平均停电

平均供电

频率ＳＡＩＦＩ持续时间ＳＡＩＤＩ可用率（次∕年·户）（小时∕年·户）

ＡＳＡＩ本文１．８２４１５　５．０００６１　９９．９４２９２文献［２

］１．８２４１５　

５．２１５３９　

９９．９

４０４６　　从表４可以看出在文献［

２］的结论中，系统平均停电时间（Ｓ

ＡＩＤＩ）比本文结论要高，平均供电可靠率（ＡＳＡＩ）指标却比本文结论低。原因在于，文献［２

］中没有考虑主干线和支线故障差异的问题。在向上等效过程中，当分支线都等效为主干线上的串联元件时，分支线上的元件发生故障，对某些负荷点产生影响的故障时间，由断路器或者隔离开关的操作时间变为了联络开关的操作时间。通常情况下，断路器或者隔离开关的操作时间都要小于联络开关的操作时间。所以，系统平均停

电时间（Ｓ

ＡＩＤＩ）指标都比本文结论要高，可靠性降低，其结论过于消极，不能反映配电网实际运行情况。

　结　论

采用本文提出的改进网络等值法评估配电网可靠性具有如下优势：

（１

）将复杂配电网按照一定规范合理的规则划分为若干单位故障区，使得网络等值法中如何规范统一的划分等效区域这个问题得到了较好的解决；

（２

）同一单位故障区内的元件对上级区域和下级区域的影响是具有共性的，因此，在等效过程中以单位故障区为单位进行等效，很好地避免了大量元件的逐一冗繁枚举；

（３）在等效过程中选用单位故障区的开关节点为公共节点，避免了额外增加等效元件的弊端，有利于网络的化简，提高了计算的精度和效率。参考文献：

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