《配电网接线可靠性计算的原理及过程分析4500字》

配电网接线可靠性计算的原理及过程分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u29140配电网接线可靠性计算的原理及过程分析综述 1182391.1可靠性原理基础 1145661.2可靠性指标 284891.3可靠性评估的基本方法 4143121.3.1FMEA法 4121651.3.2面向负荷点的方法 5219721.3.3最小路法 6146911.3.4最小割集法 7208511.3.5面向开关设备 9119011.4可靠性参数 980311.5可靠性评估步骤 101.1可靠性原理基础不同的操作要求和运行环境下，可靠性会有不同的定义和标准。普遍接受的可靠性定义将可靠性定义为一个项目的特征，用它在规定的条件下在规定的时间内执行规定功能的概率来表示。可靠性的数学定义与概率密度函数有关，对于连续随机变量，相关方程如下:（2-1）对于离散随机变量，相关方程如下:（2-2）在处理电力系统时，术语可靠性为充分性和安全性。充足性与电力系统是否有足够的发电量来满足消费者需求有关。安全性与电力系统响应系统中出现的瞬变和干扰的能力有关。可靠性标准常用于输电系统规划。可靠性要求电力系统中任何单个元件的损耗都不应妨碍电力供应。即使容量最高的线路是停止服务的线路，也需要这样做。即使失去了最大的发电机组，这也是必需的。大多数情况下，最大发电机组的损失是一个限制事件，需要证明电力系统能够承受，即使它发生在最糟糕的时刻。故障发生后，必须在几分钟内恢复正常运行。必须有足够的快速和慢速操作储备。1.2可靠性指标随着电子设备和自动化工艺的普及，电能质量问题变得越来越频繁，随之而来的就是提升可靠性定性分析以满足供电要求的问题，可靠性分析的最终目标是帮助回答诸如“系统足够可靠吗？”、“哪种方案失败较少？”和“下一笔钱最好花在哪里改进系统？”，由于配电系统的负荷很少接近其极限，可靠性的重点在于系统的安全性，而不是系统的充分性。国家建设重要项目时需要独立的研究背景和机密的设计理念，以至于建设这些产品需要一套标准指标来细化衡量，从而体现出我国的科研进步；另一方面，这些机密的标准指标一旦出现问题将会带来严重的事故发生，这些事故也会造成难以弥补的损失，包括经济的动荡和我国国际地位的下降，所以我们在生产生活中将管理生产的可靠性，并将此设为重要目标之一。为了达到近乎完美的质量，公用事业公司可以花费大量的金钱和空间电能质量要求较高的设备。另一方面，公用事业公司可能花费很少，并要求客户补偿由此产生的电能质量问题。两种极端都不可取，公用事业必须在成本和电力之间找到平衡提供给客户的质量。通过将一般系统可靠性计算中的基本方法和通用原理，经过精炼和改造后，同样可以应用于电力建设、运行及维护中的可靠性计算，同时电力系统的可靠性计算确保了特高压电网系统、大型电力网络的稳定工作[21-25]。对于负荷点可靠性指标来说高压配电网与中压配电网直接相连，为考虑其作为等值电源对中压配电网可靠性评估的影响，应计算高压变电站低压母线的可靠性指标。在这个时候，可将高压配电网负荷点指标计算结果作为中压线路等值电源点参数传递给中压配电网，相关高压配电网负荷点指标可采用中压配电网2个独立指标（平均停电率和每次停电的平均持续时间），或为提高评估的精度采用4个相关独立指标，涉及平均停电率、负荷转供时间、修复时间和切符合率。对于基于负荷点用户数的系统可靠性指标，由于作为高压配电网负荷点的变电站低压母线所供的用户数不详，以及在高压配电网评估中不便考虑中压馈线间相互转供的影响，准确计算指标仍有一定的困难。可采用近似处理方法：根据可获取的数据情况，采用变电站所供馈线的配变个数，或将每个变电站低压母线当作一个用户。因此，输电网可靠性指标种类繁多，既有系统范围的指标，又有负荷节点指标；既有概率、频率和时间类指标，又有概率与后果（切负荷或失去稳定）相结合的指标；既有绝对性质的指标，又有经过归一化后的相对性质的指标[26]。同时，由于输电网用户符合种类复杂且大小不一，一般不采用涉及用户个数的可靠性指标。可靠性描述指标一般包括电力不足概率、电力不足时间期望、电力不足频率,、电力不足持续平均时间、电力不足期望和电量不足期望，其中电力不足又可以称之为失负荷。上述可靠性描述指标分别按公式（2-3）、（2-4）、（2-5）、（2-6）、（2-7）和（2-8）进行计算。在下述公式中表示为系统非常态集合，同理则是集合中第个非常态集合。电力不足概率代表平均每年发电系统的可用电量不能满足系统需求的概率，计算方法如式（2-3）所示：（2-3）电力不足时间期望代表每年发电系统的可用电量缺少的时间，单位为小时，计算方法如式（2-4）所示：（2-4）电力不足频率代表每年发电系统的平均停电次数，单位为次/年，计算方法如式（2-5）所示：（2-5）电力不足平均持续时间代表每次发电系统停电的平均时长，单位为小时/次，计算方法如式（2-6）所示：（2-6）电力不足期望代表发电系统可用电力的平均缺少量，单位为兆瓦，计算方法如式（2-7）所示：（2-7）电量不足期望代表每年发电系统可用电量的平均缺少量，单位为兆瓦小时/年，计算方法如式（2-8）所示：（2-8）上述公式中表示事件发生的概率，表示事件发生的频率。1.3可靠性评估的基本方法配电网可靠性指标计算的主流方法主要包括近似估算方法、连通性分析方法、失负荷分析方法和多电压等级配电网评估。其中，连通性分析方法主要分类为面向元件、面向负荷点和面向开关设备。面向元件的方法通常采用故障模式及其影响分析法[15]，其常用于配电网的可靠性参数计算和评价。1.3.1FMEA法通过识别每个故障及其对系统的影响，并计算负载和可靠性度量，生成故障所产生的结果的对应解释。但是，故障所产生的结果的对应解释不是自动生成的，而是人工标注的，所以标准化过程很困难；此外由于模型存在很多故障，因此故障所产生的结果的对应解释的建立可能非常困难，这使应用变得困难。法计算步骤如下：穷举所有器件，随机使得某个器件停止工作，同时考虑到停电至重新供电时的时间间隔，确定器件停止工作对负载故障率和故障时间的影响。分别关闭所有元器件后，创建每个负载点的故障率和故障时间的列表，形成故障所产生的结果的对应解释，汇总每个负载点的故障率和故障时间，以表明其可靠性指标。系统可靠性指标可以根据所有不同负载的可靠性指标及其贡献率计算得出。1.3.2面向负荷点的方法目前大多数电力线路的结构呈现辐射状，基本都可等效转变成串联、并联结构。其中，串联、并联系统如图2-1和图2-2所示。、、和（或、、和）分别为器件（或系统）的平均失效概率、平均每年停止通电时长、平均每次失效时间所导致的停止通电时长和平均恢复通电概率。图2-1串联系统对于串联系统有计算公式，如（式2-9）所示：，，（2-9）图2-2并联系统对于并联系统，根据概率计算规则可知计算公式，如（式2-10）所示：，，（2-10）虽然上述串联、并联系统公式仅适合使用在只由元件串联构成的串联系统或元件并联构成的并联系统，但是上述公式是计算串联、并联及混联系统可靠性的基础。在混联系统中，通过依次合并串联分支和并联分支，实现系统复杂性逐渐降低，最终化简系统到只包含一个元器件。此元器件的可靠性等价于原混联网络的可靠性，上述思路一般称之为网络等效化简方法。1.3.3最小路法最小路是从负载出发至电源的最短路径。最小路法[16]的基本思路是：首先确定每个负载点的最短路径，然后首先计算最短路径上元器件的可靠性指标，其次计算其他路径上元器件的可靠性指标，然后通过计算最小路及其他路径对负载可靠性指标的权重，加权得到最终的可靠性指标。如图2-3所示，负载LP1的最短路径是由主路1连接分支a。其他路径包括主路2连接分支b、主路3连接分支c和主路4连接分支d，以及其排列组合。图2-3简单辐射型网络最小路法本质是基于法的大体思路上，对其故障贡献率计算上进行重构，其适用于非闭环工作的配电网，计算步骤如图2-4所示:图2-4最小路法计算步骤1.3.4最小割集法最小割集是指可能引发系统故障的所有元件的最小的不可分集合，即如果最小割集中所有的元器件全部停止工作，系统才会发生故障，只要最小割集中的任意一个元器件没有发生故障，系统也会正常运行，不会停止工作[17]。最小割集的基本思想是通过搜索系统回路中所有负载，确定各个负载的对应的备用以及最小连集，然后通过逻辑推理获得上述两个连集中对应的最小不可分的集合：割集。对于地区级的配电网而言，由于其体量过大，负载点过多，不建议使用最小割集法，计算量过大，且可能无法有效找到最小割集。图2-5桥型网络如图2-5所示，网络中所有负载的最小割集分别是：（M,K）、（J,N）、（M,I,N）、（J,I,K）。于是得到该网络等效重构为如图2-6所示的网络结构。图2-6桥型网络等效可靠性框图图2-6所展示的结构中各最小不可分集合中的器件呈现并联结构，而不同的最小不可分集合呈现串联机构，则可通过式(2-11)、式(2-12)和式(2-13)计算出网络的负载所对应的三个基础可靠性参数。负荷点每年的平均停电次数，即平均停电率，记作（次/年），公式为：（2-11）上式中，是器件的停止运行概率，包括计划外（意外：线路断裂、变压器故障）停止运行概率和计划内（检修）停止运行概率；是使得负载停止通电的器件的最小割集。负载的暂时停止通电（意外、计划均包含）平均时长（年），记作（h/年），如式（2-12）所示：（2-12）式（2-12）中，是因为器件停止通电，从而导致的负载的停止通电平均时长（h）。负载的暂时停止通电（意外、计划均包含）平均时长（次），记作（h/次），如式（2-13）所示：（2-13）1.3.5面向开关设备基于开关设备的算法的主体思想是以故障传播为基础，以评估的方式代替计算，实现可靠性计算。其基本步骤是第一步穷举系统故障状态，为特定故障状态查找控制开关，得到该特定故障所影响的系统区域。第二步根据上述故障状态的扩散路径，查找故障所传播的最远途径，从而确定系统中未受影响的区域（即隔离区域），最后一步按照故障类型的不同，将系统器件分类到不同的集合当中，按照不同集合故障时间的不同，计算出系统器件平均故障时间，最终得到系统可靠性指标，具体内容可参考文献[18]。系统全部失负荷指当最小割集中的全部器件失效，负载的供能路径全部失效，负载停止工作。系统部分失负荷指当最小割集中的部分器件失效，负载的部分供能路径失效，而且剩余器件过度负荷，有可能发生超出容量限制，导致系统失衡。同时分布式发电系统的快速发展，使得低污染、高可靠和效率的分布式电源广泛应用在供电系统中，以取代传统发电技术，同时打破了传统供电系统中只存在单一发电源的传统结构，系统可靠性的计算方式也随之发生改变[19-20]。1.4可靠性参数可靠性参数包括不同设备的停运率（故障停电和计划停电）和相关的停电和开关切换时间[35]。对于可靠性参数收集统计的一般原则如下：可靠性参数统计的地域应随评估区域大小而定，且范围要合理适当，不能过大或过小。可靠性参数的统计时间范围一般为1~5年，时间类参数应采用1~3年的统计值，故障停运率应采用1~5年的统计值，确