0  引言

    隨著南寧電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力資源進(jìn)一步優(yōu)化配置，以及客戶全方位服務(wù)工作的全面深化開展，電網(wǎng)的可靠運(yùn)行迎來了新的挑戰(zhàn)。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)面向用戶的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，它對(duì)用戶供電可靠性具有最直接的影響。配電用戶對(duì)于供電可靠性要求越來越高，供電局內(nèi)部對(duì)于供電可靠性的考核也愈發(fā)嚴(yán)格。如何能夠做到事前評(píng)估、事中預(yù)防、事后統(tǒng)計(jì)，從規(guī)劃到運(yùn)行各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)可靠性的有效管理，從根本上提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性水平，具有重大的理論研究和現(xiàn)實(shí)意義。

    伴隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，每次停電故障可能造成的平均負(fù)荷損失也隨之增大。因此，改進(jìn)可靠性預(yù)測(cè)算法，優(yōu)化可靠性建模方法，提高電網(wǎng)可靠性，確保電網(wǎng)緊急安全運(yùn)行已成為配電網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)前面臨的緊迫問題。本文提出一種配電網(wǎng)可靠性模糊建模的精確化方法，綜合考慮電網(wǎng)各種因素的內(nèi)在聯(lián)系以及網(wǎng)絡(luò)特性的質(zhì)變體現(xiàn)到電網(wǎng)的拓?fù)浣泳€，從而克服通常采用與負(fù)荷預(yù)測(cè)相似的方法進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)時(shí)的各種缺點(diǎn)。

1  配電網(wǎng)可靠性預(yù)測(cè)

    通常根據(jù)數(shù)據(jù)來源的精確性和接口的方便性，將未來電網(wǎng)的可靠性采用模糊建模的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)來源于可靠性管理系統(tǒng)、配網(wǎng)詳細(xì)規(guī)劃以及檢修計(jì)劃、基建計(jì)劃、技改計(jì)劃和業(yè)擴(kuò)計(jì)劃。

    現(xiàn)有的可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)算法報(bào)道很少，本文借鑒負(fù)荷預(yù)測(cè)的相關(guān)分析法對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.1  傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)算法

    可靠性預(yù)測(cè)相關(guān)分析法的計(jì)算模型如下：

1.2  模糊建模算法的優(yōu)缺點(diǎn)

    可靠性預(yù)測(cè)模糊建模算法的優(yōu)點(diǎn)是：

    （1）建模簡(jiǎn)單：只需每年滾動(dòng)輸入若干電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)和計(jì)劃停運(yùn)等相關(guān)信息即可進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)。

    （2）求解簡(jiǎn)單：方程規(guī)模小，求解速度快。

    可靠性預(yù)測(cè)模糊建模算法的缺點(diǎn)是：

    （1）需要大量的歷史數(shù)據(jù)：從可靠性預(yù)測(cè)算法模型來看，最少需要3~5年的電網(wǎng)可靠性歷史數(shù)據(jù)、電網(wǎng)特性數(shù)據(jù)和計(jì)劃停運(yùn)數(shù)據(jù)，如果在一個(gè)新的地方開展可靠性預(yù)測(cè)，很多歷史數(shù)據(jù)由于獲取困難，而導(dǎo)致這種預(yù)測(cè)方法的精確度很差。

    （2）無法體現(xiàn)不可量化因素對(duì)建模的影響：采用模糊建模方法只能考慮電網(wǎng)的可量化因素，而不可量化因素很難體現(xiàn)。

    （3）各相關(guān)因素的內(nèi)在聯(lián)系無法體現(xiàn)：比如一個(gè)手拉手或多聯(lián)絡(luò)接線方式占100%的網(wǎng)絡(luò)，其可靠性指標(biāo)與線路的故障和計(jì)劃停運(yùn)因素相關(guān)度較小，而這樣的網(wǎng)絡(luò)在模糊建模時(shí)線路主干線長度并不會(huì)有多大的影響，但模型中考慮這個(gè)因素時(shí)所需的歷史數(shù)據(jù)就需要更多才能表現(xiàn)出這種內(nèi)在的關(guān)系對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。

    （4）只能體現(xiàn)量變，無法體現(xiàn)質(zhì)變：當(dāng)可靠性指標(biāo)變化平衡，電網(wǎng)特性參數(shù)和計(jì)劃停電情況變化平衡的情況下，采用這種模型預(yù)測(cè)精確較高；但電網(wǎng)特性發(fā)生本質(zhì)上的變化時(shí)，可靠性指標(biāo)會(huì)發(fā)生質(zhì)的飛躍，這時(shí)模型的精度就會(huì)很低。

2  可靠性模糊建模的精確化方法

    鑒于采用類似于負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)所面臨的問題，結(jié)合可靠性研究經(jīng)驗(yàn)，本文開創(chuàng)性地提出一種可靠性模糊建模的精確化方法。

    可靠性無法精確建模的原因是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不確定，或由于建立詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所需的人工工作量過大，限制了這種方法的使用。在采用模糊建模時(shí)電網(wǎng)的特性參數(shù)是在電網(wǎng)詳細(xì)規(guī)劃報(bào)告中容易提取的數(shù)據(jù)，包括電纜平均長度X1（km/條），架空線平均長度X2（km/條），絕緣化率X3（%），可轉(zhuǎn)供電率X4（%），環(huán)網(wǎng)率X5（%），架空線平均分段數(shù)X6（段），電纜平均分段數(shù)X7（段），平均每條干線分支數(shù)X8（條），平均分支線長度X9（km/條），平均每條干線配電變壓器臺(tái)數(shù)X10（臺(tái)/條），平均每條支線配電變壓器臺(tái)數(shù)X11（臺(tái)/條），配電變壓器平均容量X12（kVA/臺(tái)），配電變壓器平均負(fù)載率X13（%），主干線平均負(fù)載率X14（%），電纜線路型號(hào)X15，架空線路型號(hào)X16。

    為克服傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)方法所表述的問題，可將上述平均指標(biāo)具體化成一個(gè)特定的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有上述電網(wǎng)的參數(shù)特性，然后對(duì)這個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)接線采用精確化可靠性評(píng)估的方法進(jìn)行評(píng)估。

    從可行性上來看，由于網(wǎng)絡(luò)建模規(guī)模小，采用人工搭建電網(wǎng)可靠性仿真計(jì)算模型所耗費(fèi)的時(shí)間較少，切實(shí)可行。

    從合理性上來看，當(dāng)小型網(wǎng)絡(luò)具有大網(wǎng)絡(luò)的平均電網(wǎng)特性后，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的可靠性數(shù)據(jù)就與大網(wǎng)絡(luò)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的平均可靠性數(shù)據(jù)近似。也就是說兩個(gè)電網(wǎng)的用戶平均停電次數(shù)和用戶平均停電時(shí)間是近似的，從系統(tǒng)的7項(xiàng)可靠性指標(biāo)的求解公式來看，這兩項(xiàng)指標(biāo)相近，其他指標(biāo)也是相近似的，因而合理。

    從效益性方面來看，由于采用與負(fù)荷預(yù)測(cè)相似的方法進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)時(shí)，電網(wǎng)特性參數(shù)每個(gè)地區(qū)不盡相同，其蘊(yùn)涵的規(guī)律也是不一樣的，而可靠性指標(biāo)的變化蘊(yùn)涵在這些數(shù)據(jù)中，因此，用于可靠性預(yù)測(cè)的歷史庫不具有普適性。而采用模糊建模的精確化方法，可建立大量的電網(wǎng)模型庫，可靠性指標(biāo)變化蘊(yùn)涵的特點(diǎn)具體化成特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣泳€數(shù)據(jù)，不僅表現(xiàn)為數(shù)據(jù)表面的變化，電網(wǎng)各因素的內(nèi)在聯(lián)系和網(wǎng)絡(luò)特性的質(zhì)變通過可靠性的精確建模的計(jì)算來體現(xiàn)，因此這種模型庫更具有普適性，其規(guī)模效益非常明顯。

3  精確化方法的實(shí)施方案

3.1  兩種實(shí)施方案

    可靠性模糊建模的精確化實(shí)施方案可參考以下兩種方式。以廣西供電局為例，分別說明兩種方式的具體實(shí)施流程。

    （1）方式一：適用于技術(shù)力量薄弱的供電局。這種方式無需該公司專門配置可靠性技術(shù)人員，可靠性電網(wǎng)模型庫由技術(shù)力量雄厚的廣西供電局統(tǒng)一建模、發(fā)布，分區(qū)供電局的技術(shù)人員只需要按要求錄入數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)可靠性預(yù)測(cè)。

    具體實(shí)施流程如圖1所示。

    （2）方式二：適用于可配置專門技術(shù)人員進(jìn)行可靠性評(píng)估的分區(qū)供電局。這種方式由可靠性評(píng)估的技術(shù)人員按照電網(wǎng)特性參數(shù)采用圖模一體化的方式進(jìn)行電網(wǎng)建模。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是評(píng)估結(jié)果更加精確，而且可為廣西供電局的可靠性電網(wǎng)模型庫進(jìn)行擴(kuò)充，若每年每個(gè)供電局為省網(wǎng)公司提供一個(gè)可靠性電網(wǎng)模型，那么廣西供電局的可靠性電網(wǎng)模型庫將非常豐富。這種方式為可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)及輔助決策系統(tǒng)的廣泛使用提供了靈活性。

    具體實(shí)施流程如圖2所示。

3.2  建模實(shí)例

    經(jīng)過反復(fù)建模、計(jì)算并與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)可靠性精確計(jì)算結(jié)果相比較，得出如下模糊建模所需的電網(wǎng)特征及參數(shù)如下：

    · 電纜化率。

    · 可轉(zhuǎn)供電率。

    · 環(huán)網(wǎng)率。

    · 主干線平均長度。

    · 主干線平均分段數(shù)。

    · 平均每條干線分支數(shù)，分支線平均長度。

    · 主干線上配變總臺(tái)數(shù)，分支線上配變總臺(tái)數(shù)。

    · 配電變壓器平均容量，配電變壓器平均負(fù)載率。

    · 電纜、架空線路型號(hào)。

    采用圖模一體化方法在電力矢量圖編輯系統(tǒng)上進(jìn)行建模，建模過程以下例進(jìn)行說明。

    某電網(wǎng)電纜平均長度X1=3.1（km/條），架空線平均長度X2=3.5（km/條），電纜化率X3=92（%），可轉(zhuǎn)供電率X4=85%，環(huán)網(wǎng)率X5=90（%），架空線平均分段數(shù)X6=2.5（臺(tái)），電纜平均分段數(shù)X7=2.5（臺(tái)），平均每條主干線分支數(shù)X8=1（條），平均分支線長度X9=1.7（km/條），平均每條干線配電變壓器臺(tái)數(shù)X10=13（臺(tái)/條），平均每條分支線配電變壓器臺(tái)數(shù)X11=6（臺(tái)/條），配電變壓器平均容量X12=400（kVA/臺(tái)），配電變壓器平均負(fù)載率X13=58（%）。電纜型號(hào)為YJV-300，架空線路型號(hào)為LGJ-185。

    根據(jù)以上電網(wǎng)特性參數(shù)，由可靠性技術(shù)人員在可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的圖形建模平臺(tái)上繪制100條10kV主干線，6條電纜為單輻射接線，4條架空線為單輻射接線，72條電纜為手拉手接線，4條架空線為手拉手接線，4條混合線為手拉手接線，9條電纜為多聯(lián)絡(luò)接線，1條混合線為多聯(lián)絡(luò)接線，主干線長度為3.5 km，50條線路分段開關(guān)數(shù)為2臺(tái)，50條線路分段開關(guān)數(shù)為3臺(tái)（設(shè)分段數(shù)為2的線路數(shù)為a，分段數(shù)為3的線路數(shù)為b，則2×a+3×b=100×2.5，可得a=50，b=50），每條干線繪制一條分支線，分支線長度1.7 km，電纜型號(hào)設(shè)為YJV-300，架空線路型號(hào)設(shè)為LGJ-185。50%的干線路所帶配電變壓器13臺(tái)，50%的干線路所帶配電變壓器14臺(tái)，每條支線所帶配電變壓器參數(shù)6臺(tái)，每臺(tái)配電變壓器容量為400 kVA，每臺(tái)配變所帶負(fù)荷為400×58%×0.95=220.4 MW，功率因數(shù)取0.95。

    建模完成后，錄入設(shè)備故障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)劃停電數(shù)據(jù)，即可算出模擬電網(wǎng)的可靠性。根據(jù)以上電網(wǎng)特性參數(shù)，通過精確化的模糊建模，得出的可靠性指標(biāo)應(yīng)該與原電網(wǎng)可靠性指標(biāo)接近。需要注意的是：對(duì)于平均性質(zhì)的可靠性指標(biāo)，如用戶平均停電次數(shù)AITC-1（次/戶）、用戶平均停電時(shí)間AIHC-1（小時(shí)/戶）、平均供電可用率指標(biāo)RS-1（%），這些指標(biāo)是接近的；但對(duì)于總量性質(zhì)的可靠性指標(biāo)，如系統(tǒng)總的電量不足指標(biāo)ENSI（MWh/年）、系統(tǒng)總的停電損失LOSS（萬元/年），這些應(yīng)該與兩個(gè)電網(wǎng)的總用戶數(shù)、總負(fù)荷數(shù)相關(guān)，如果兩個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷相差10倍，那么這兩項(xiàng)表示總量的指標(biāo)在同樣可靠性水平下也應(yīng)該相差約10倍。

    從工作量上看，通常一個(gè)電網(wǎng)都有幾千上萬條10 kV饋線，采用這種模擬電網(wǎng)的建模方式，其工作量可大約減少為原來的1/100。此外通過合理設(shè)計(jì)圖模一體化建模系統(tǒng)，可大量減少線路的繪制和參數(shù)錄入工作量。隨著網(wǎng)局層面的可靠性電網(wǎng)模型庫的建立，這樣的建模工作量將會(huì)逐步減少，其累積效益也將會(huì)逐步體現(xiàn)。

4  結(jié)論

    隨著終端用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高以及供電部門對(duì)于供電可靠性的考核也愈發(fā)嚴(yán)格，提升配電網(wǎng)的安全運(yùn)行、供電可靠性具有重要的意義，同時(shí)，配電網(wǎng)的可靠性預(yù)測(cè)技術(shù)和方法也備受關(guān)注。本文通過分析傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)算法的優(yōu)缺點(diǎn)著手，結(jié)合可靠性研究經(jīng)驗(yàn)，開創(chuàng)性地提出一種可靠性模糊建模的精確化方法。詳細(xì)闡述了可靠性模糊建模的精確化方法以及實(shí)施方案和建模實(shí)例，在克服傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)方法缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可靠性高效率高精度預(yù)測(cè)。本文的精確化方法為配電網(wǎng)設(shè)計(jì)、改造、運(yùn)行和維護(hù)提供了詳細(xì)的參考，具有一定的實(shí)際意義。

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作者信息:

吳  燕，李  瑾，張  翀，林常真，杜志堅(jiān)，侯  劍

（南寧供電局，廣西 南寧 530029）