0 引言
電力系統(tǒng)可靠性研究，在許多文獻(xiàn)中都有涉及[1-3]，所研究的內(nèi)容也非常廣泛：高壓電力網(wǎng)絡(luò)的可靠性、高壓直流輸電可靠性、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的可靠性，等等。
配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估，是對(duì)正在運(yùn)行的配電網(wǎng)絡(luò)，或者是對(duì)新設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)絡(luò)作出供電可靠性評(píng)價(jià)，從而確定該配電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性的優(yōu)劣。通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)可靠性評(píng)估，可以確定出計(jì)劃停電以及故障停電對(duì)供電可靠性的影響，由此確定提高供電可靠性的技術(shù)措施和尋求提高供電可靠性的管理方法。
一般說(shuō)來(lái)，在常規(guī)可靠性評(píng)估時(shí)，可靠性高的配電網(wǎng)絡(luò)不一定經(jīng)濟(jì)性好，經(jīng)濟(jì)性好的配電系統(tǒng)不一定可靠性高。本文提出的“經(jīng)濟(jì)可靠性”指標(biāo)高的配電網(wǎng)絡(luò)，才同時(shí)具有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
1 配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常規(guī)可靠性評(píng)估
在進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)，在傳統(tǒng)上，較常用的指標(biāo)有：輸變電設(shè)備的故障率λ、計(jì)檢率。而故障率λ，一般用單位“次/年·臺(tái)”或“次/年·km”表示，說(shuō)明一年中平均每臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)，或一年中平均每公里線路發(fā)生故障的次數(shù)。此外，還通常使用下列的可靠性指標(biāo)等：
(a) 系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)：
上式也稱供電可用度或供電可靠率。
(f)平均不可用度指標(biāo)ASUI：
復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)都是由放射型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。顯然在可靠性方面，環(huán)型網(wǎng)絡(luò)要優(yōu)于形放射型網(wǎng)絡(luò)，帶有分段或分支開(kāi)關(guān)的要優(yōu)于不帶開(kāi)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。這主要是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)的停電的范圍確定的，即根據(jù)停電的戶數(shù)×時(shí)數(shù)確定的。
然而，用指標(biāo)“戶數(shù)×時(shí)數(shù)/年”或“次數(shù)/km”或“次數(shù)/年”來(lái)進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估，僅僅反映一個(gè)停電范圍方面，故障停電所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失卻不能反映出來(lái)。一個(gè)大用戶(裝變?nèi)萘亢艽?與一個(gè)小用戶(裝變?nèi)萘亢苌?，在同樣的停電時(shí)間內(nèi)，對(duì)指標(biāo)“戶數(shù)×時(shí)數(shù)/年”或“次數(shù)/km”的貢獻(xiàn)是一樣的，但顯然，兩者的經(jīng)濟(jì)損失相差很大。下面的“經(jīng)濟(jì)可靠性”的指標(biāo)，主要是從經(jīng)濟(jì)上的角度對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評(píng)估。
2 配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)
在電力系統(tǒng)中，與經(jīng)濟(jì)直接相關(guān)的是供電量。系統(tǒng)故障停電時(shí)，影響的也是供電量。在系統(tǒng)故障時(shí)，一是要減少停電時(shí)間，二是要減少停電范圍，即停電的戶數(shù)，三是(也是更重要的)要使因停電而損失的供電量達(dá)到最小。即說(shuō)，我們不僅要考慮“戶數(shù)×時(shí)數(shù)”，還要考慮“千瓦×時(shí)數(shù)”，或 “兆伏安×時(shí)數(shù)”。 這里的“兆伏安(時(shí)數(shù)”指標(biāo)，突出了大用戶權(quán)重，而減輕了小用戶的地位，從而使得配電網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)不僅能反映故障停電的范圍，也能反映停電時(shí)經(jīng)濟(jì)損失有多大。
根據(jù)上面的概念，在進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)，特提出下列的經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)如下：
(a) 故障率指標(biāo)λ：
下面用經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)對(duì)某市區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估。
3 應(yīng)用實(shí)例
為了清晰起見(jiàn)，這里例子僅限于放射型配電網(wǎng)絡(luò)，環(huán)型配電網(wǎng)絡(luò)可同樣分析。
設(shè)某市所轄的一個(gè)獨(dú)立10千伏中壓配電網(wǎng)絡(luò)小系統(tǒng)，總戶數(shù)620戶，總裝變?nèi)萘?59MVA，線路總長(zhǎng)度245.53公里，10千伏線路55條，其停電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表1所示。
下面的分析中，原可靠性指標(biāo)用下標(biāo)Y標(biāo)出，表示經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)的用下標(biāo)W表示。該系統(tǒng)的故障率λ和每次停電平均時(shí)間T如表2所示。
以該市的某條10kV線路為例(如圖1所示)，進(jìn)行可靠性評(píng)估，并用傳統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)可靠性分別評(píng)估。
為方便起見(jiàn)，將所有的支線都等效為一段帶箭頭的線段表示，分支線上所帶的所有容量都等效為其總?cè)萘俊D1中的大寫(xiě)字母A、B、C等為用戶編號(hào)，箭頭指向的為該支線所有用戶用戶的裝變?nèi)萘?MVA)，線段旁邊的數(shù)字為該線段長(zhǎng)度(km)，圓圈內(nèi)的數(shù)字為該支線上所有用戶數(shù)。
設(shè)變電站全停一次時(shí)為8h，這樣圖1網(wǎng)絡(luò)上的所有39戶用戶均受影響；由于線路上沒(méi)有裝設(shè)開(kāi)關(guān)，則當(dāng)線路上任何一點(diǎn)發(fā)生永久性故障時(shí)，都將造成圖1所示的全線停電，其停電時(shí)間為故障排除時(shí)間，設(shè)為4h。根據(jù)表1，可算出變電站全停時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)的戶×時(shí)數(shù)hY1和hW1、計(jì)劃停電的戶×時(shí)數(shù)hY2和hW2，和故障停電戶×時(shí)數(shù)hY3和hW3，考慮全停、計(jì)劃停電和事故停電的ASAI，以及只考慮故障停電時(shí)的ASAIF，結(jié)果如下表3。
從表3可以看出，圖1系統(tǒng)的原可靠性和經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)接近。
當(dāng)線路上裝有分段開(kāi)關(guān)和分支開(kāi)關(guān)時(shí)，如圖2所示結(jié)構(gòu)，分別計(jì)算其原可靠性和經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)，結(jié)果如表4中。
從表2可以看出，在有分段開(kāi)關(guān)和分支開(kāi)關(guān)的情況下，圖2所示網(wǎng)絡(luò)的原供電可用度較高，而經(jīng)濟(jì)供電可用度較低。
設(shè)圖2中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各分支線上用戶數(shù)和編號(hào)都不變，只是其部分分支上的裝變?nèi)萘坑凶兓喈?dāng)于部分大用戶和小用戶相互對(duì)換，如圖3所示。
對(duì)圖3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重新計(jì)算各可靠性指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)，對(duì)換后的網(wǎng)絡(luò)，其原可靠性指標(biāo)不變，而經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)發(fā)生變化，經(jīng)濟(jì)性可用度增加了。如表5所示。
再一次對(duì)圖2網(wǎng)絡(luò)部分用戶的裝變?nèi)葜匦聦?duì)換，并計(jì)算相應(yīng)的可靠性指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)圖4和表6。
比較表3和表4可知，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)安裝有分段和分支開(kāi)關(guān)時(shí)，原可靠性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)可靠性指標(biāo)均有提高，即兩種方法的供電可靠率ASAI和ASAIF都提高了。可見(jiàn)，分段和分支開(kāi)關(guān)對(duì)提高配電網(wǎng)絡(luò)可靠性具有重要作用。
比較表4、表5和表6，可以看出，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和用戶數(shù)不變，僅僅是支線上的用戶裝變?nèi)萘堪l(fā)生變化時(shí)，原可靠率ASAI和ASAIF均不變，即網(wǎng)絡(luò)上，連接的是大用戶還是小用戶，對(duì)可靠率ASAI和ASAIF都是不變的。然而經(jīng)濟(jì)可靠率卻發(fā)生了變化，大用戶越是靠近線路的電源端段，經(jīng)濟(jì)可靠率就越高。
比較表4、表5和表6故障停電的MVA(時(shí)數(shù)/年得知，圖2網(wǎng)絡(luò)為95.291 MVA(小時(shí)/年，圖3網(wǎng)絡(luò)為83.22 MVA(小時(shí)/年，圖4網(wǎng)絡(luò)為78.286 MVA(小時(shí)/年。從圖2網(wǎng)絡(luò)到圖4網(wǎng)絡(luò)，因故障停電的戶(時(shí)數(shù)減少了17.8%，因而經(jīng)濟(jì)損失減少了17.8%。若整個(gè)市區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)在中低壓配電改造時(shí)，能同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，則不僅提高了可靠性，其經(jīng)濟(jì)效益也是非常的可觀的。
4 結(jié)論
本文提出對(duì)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估的新指標(biāo)——經(jīng)濟(jì)可靠性，不僅反映了電力系統(tǒng)的可靠性，也反映了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。這項(xiàng)指標(biāo)的提高，對(duì)于提高電力系統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，都具有重要的意義。