第34卷 第8期 2000年8月
西 安 交 通 大 学 学 报
JOU RNAL OF XI ′AN JIAOTONG UNIVERSITY
Vol . 34 №8 Aug . 2000
文章编号:0253-987X (2000) 08-0009-05
复杂配电系统的可靠性评估
别朝红, 王秀丽, 王锡凡
(西安交通大学, 710049, 西安)
摘要:提出了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法. 该算法首先通过
对网络的分层处理, 应用可靠性等值原理将复杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网, 再应用最小路方法计算系统的可靠性指标, 从而提高了评估效率. 实例计算验证了该方法的有效性. 关键词:配电系统; 可靠性评估; 最小路法中图分类号:TM716 文献标识码:A
Reliability Evaluation of Complicated Distribution Systems
Bie Zhaohong , Wang X iuli , Wang Xifan
(Xi ′an Jiaotong University , Xi ′an 710049, C hina )
A bstract :A reliability evaluation method is proposed fo r complicated distribution systems based on the minimal path method and the equivalent approach . First , some equivalent elements are used to replace some portions of the distribution netwo rk and thus a complex system is decom posed into a series of simple ones . Then , the reliability indices are calculated using the minimal path method . The validity of the method is examined by numerical examples . Keywords :distribution system ; reliability ev aluation ; m inimal path method 城市经济的迅速发展和城网改造的开展, 迫切要求对配电系统进行科学、合理的规划. 同时, 随着电力企业管理工作的发展和深化, 以及《电力法》的实施和电力服务承诺制的开展, 供电可靠性在生产管理工作中所占的位置也越来越重要. 在1995年出版的《电业生产事故调查规程》中, 10kV 用户供电可靠率已被列入供电安全考核项目之中[1], 这些都大大提高了人们对配电系统可靠性的重视程度, 也对配电系统可靠性的评估方法提出了新的要求.
传统的配电网可靠性评估方法是故障模式与后
[2, 3]
果分析法(FMEA ) , 这种方法通过对系统中各
据所规定的可靠性判据对系统的所有状态进行检验分析, 找出系统的故障模式集合, 最后在此状态集合
的基础上, 求得系统的可靠性指标. FMEA 法原理简单、清晰, 模型准确, 已广泛用于辐射形配电网的可靠性评估. 但是, 它的计算量随元件数目的增长成指数增长, 所以当配电网的结构比较复杂, 元件数目及操作方式增多时, 系统故障模式急剧增加, 计算将变得冗长繁琐. 因此, 用FM EA 法直接对一个复杂的辐射形配电网进行评估是很困难的.
据此, 本文对配电系统的可靠性模型、评估算法进行了探讨, 提出了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法. 该算法首先通
元件状态的搜索, 列出全部可能的系统状态, 然后根
收稿日期:1999-12-10. 作者简介:别朝红, 女, 1970年10月生, 电气工程学院电力工程系, 讲师, 博士. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59907003) .
10西 安 交 通 大 学 学 报 第34卷
过对网络的分层处理, 将复杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网, 再应用最小路方法计算系统的可靠性指标, 提高了评估效率. 实例计算验证了该方法的有效性.
量不足(AENS ) .
2 复杂配电系统的可靠性等值
实际的配电系统往往由主馈线和副馈线构成, 对这种结构比较复杂的配电网, 可以利用可靠性等值的方法将其等值为简单的辐射形配电网, 从而简
化计算[4]. 按系统的馈线数对其进行分层处理, 每一条馈线及该馈线所连接的各种元件(包括隔离开关、分段断路器、熔断器、分支线等) 均属同一层, 每一层都可以等值为一条相应的等效分支线, 这样从最末层开始向上逐层等值, 最后一个复杂的含有多条馈线的配电网就等值为一个简单的辐射形网络. 下面, 通过一个例子说明配电网的可靠性等值方法, 如图3所示.
馈线3及其所连接的元件为最末层, 包括分支线、熔断器及馈线上的主干线. 它们发生故障不仅会影响本层负荷点的可靠性指标, 而且还会影响其上层负荷点的可靠性, 这样馈线3对馈线2的影响与一条分支线对馈线2的影响相似. 所以, 可以用一条等效分支线EL 3来等值馈线3, 等效分支线的故障率λ和停运时间r 包含了第3层也就是馈线3上所有元件故障的影响.
在计算等效分支线可靠性参数时, 由于馈线上隔离开关或分段断路器位置的不同, 网络的结构不同, 各个元件参与计算的方式也不同, 所以故障对负荷点可靠性指标的影响也不同. 计算的原则为:如果馈线上装有隔离开关或分段断路器, 那么隔离开关或分段断路器后的元件发生故障所引起的等效分支线停运时间为隔离开关或分段断路器的操作时间S , 并且后段元件的检修不会引起等效分支线的停运. 隔离开关或分段断路器前的元件发生故障所引起的等效分支线停运时间依然为元件故障的修复时间.
另一方面, 馈线1上所连接的元件故障也会影
1 评估模型及可靠性指标
1. 1 元件的可靠性模型
对于配电变压器、架空线路、电缆、隔离开关、熔断器等元件, 采用三状态模型模拟, 如图1所示
.
断路器属于可
操作元件, 其操作结果可以改变系统接线的拓扑结构, 对系统运行有着严重的影响. 而且, 断路器其本身结构复
N 为正常运行状态; R 为故障修复状态; M 为计划检修状态; λ′为故障率; μ′为故障修复率; λ″为计划检修率; μ″为计划检修复订
杂, 动作部件多, 故障形式多种多样, 所以断路器的可靠性模型需要特别处
图1 元件的三状态模型
理. 断路器共有7种运行状态, 分别为正常运行状态、计划检修状态、临时检修状态、误动状态、接地或绝缘故障状态、拒动状态和故障修复状态. 将这些状态按照它们对周围元件的影响及对系统的危害程度进行合并, 这样将临时检修, 误动、故障修复状态近似合并为修复状态(R 状态) , 拒动状态与接地或绝缘故障状态合并为扩大型故障状态(S 状态) .
合并以后, 断路器的等效模型如图2所示.
1. 2 可靠性指标
本文采用以下指标来评估配电系统的可靠性. (1) 配电网可靠性评估的基本指
图2 断路器的等效模型
响其下层馈线2、3的负荷点可靠性. 为了描述上层元件故障对下层负荷点可靠性的影响, 在下一层的主馈线上增加了一个等值的串联元件S L , 这样在计算下一层负荷点的可靠性指标时, 仍然可以按只含有一条馈线的简单配电系统计算, 从而简化了计算. 在图3中, 将第1层元件故障对第2层负荷点的影响等值为馈线2上的一个串联元件SL 2(如果同一层内有多个并列的馈线时, 也应将它们元件故障的, 标为各负荷点及系统的平均停运率λ, 平均停运持续时间r , 年平均停运时间u .
(2) 为了反映系统停运的严重程度和重要性, 还采用以下指标评估系统的可靠程度:系统平均断电频率(SAIFI ) , 平均断电持续时间(SAIDI ) , 用户平均断电持续时间(CAIDI ) , 供电可靠率(ASAI ) , 不,
第8期 别朝红, 等:复杂配电系统的可靠性评估11
″
和分支线的简单配电系统, 可以方便地计算出馈线2上各负荷点的指标. 用同样的方法, 可以计算出馈线3上的等值串联元件S L 3, 从而求出馈线3上各负荷点的指标, 最后获得整个系统的可靠性指标
.
λi +λi ) ∑(
″″
u s =∑(λi r i +λi r i )
″″
(λu s i r i +λi r i ) r s ==″λs λi +λi ) ∑( λs =
(1) (2) (3)
式中:λs 为系统的平均停运率(次/a ) ; u s 为系统的平均年停运时间(h /a ) ; r s 为系统的平均停运持续时间(h /次) ; λi 为元件i 的故障率(次/a ) ; λi 为元件i 的检修停运率(次/a ) ; r i 为元件i 的平均故障修复时间(h /次) ; r i 为元件i 的平均检修持续时间(h /
次) . 3. 2 评估算法
复杂的配电系统进行等值后, 均可简化为简单的辐射形网络, 其基本可靠性指标λ、r 、u 可以按式(1) ～式(3) 计算, 系统的其他可靠性指标均可根据
(a )
网络的初始结构图
″
″
以上指标求得. 但是, 在实际的工程应用中, 由于网络结构及系统配置的不同, 系统中各个元件参与计算的方式也多有不同, 这就为实际应用带来了一定的困难. 因此, 本文结合系统的实际配置, 提出了一种基于最小路的快速评估方法. 其基本思想是:对每一负荷点, 求取其最小路, 将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响, 根据网络的实际情况, 折算到相应的最小路的节点上, 从而对于每个负荷点, 仅对其最小路上的元件与节点进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标. 算法考虑了分支线保护、隔离开关、分段断路器的影响, 考虑了计划检修的影响,
(b )
等值变换后的网络接线图
并且能够处理有无备用电源和有无备用变压器的情况.
下面, 用简单辐射形系统(如图4所示) 来说明评估的具体方法.
(c ) 最终的网络等值接线图
S L i 为等效串联元件; EL i 为等效分支线; F i 为馈线; M i 为各馈线的主干线; L i 为分支线; LP i 为负荷点; T i 为变压器; f i 为熔断器
图3 复杂配电系统的可靠性等值示意图
图4 简单的辐射形配电系统
3 最小路法
3. 1 基本原理
目前, 我国的配电系统多为环形网络开环运行,
即主要为辐射形系统. 因此, 其可靠性指标可以按以
首先, 求取每个负荷点的最小路. 这样, 整个系
统的元件便可分为两类:最小路上的元件和非最小路上的元件. 对于最小路上的元件, 处理原则如下.
(1) 如果系统无备用电源, 那么最小路上的每个元件发生故障或检修, 均会引起负荷点的停运. 所以, 参与计算的为元件停运率(即故障率与计划检修
12西 安 交 通 大 学 学 报 第34卷
(2) 如果系统有备用电源, 且主馈线上装有分段装置(隔离开关或分段断路器) , 那么分段装置前的元件发生故障引起的后段负荷点停运时间仅为max {S , T }, 其中S 为分段装置的操作时间, T 为备用电源的倒闸操作时间. 并且, 前段元件的检修不会引起后段负荷点的停运. 以图4为例说明, 主馈线1故障, 负荷点2的停运时间仅为max {S , T }, 如果主馈线1检修, 负荷点2不停运. 除此之外, 最小路上的元件停运, 均会引起负荷点的停运, 参与计算的为元件停运率和停运时间, 即图4中主馈线2, 分支线b 的停运都会造成负荷点2的停运.
对于非最小路上的元件, 先根据系统的结构, 将其对负荷点可靠性指标的影响折算到相应的最小路的节点上, 然后再按照上面所讲的方法处理即可. 如图4所示, 对于负荷点2, 分支线a 的影响可以折算到节点A 上, 主馈线3、4和分支线c 、d 的影响折算到节点B 上, 这样非最小路上的元件的影响便转化为最小路的节点A 、B 的等效可靠性指标, 此时按照上面所讲的原则对A 、B 进行处理即可. 非最小路上的元件按以下原则计算.
(1) 对于分支线, 如果其首端装有熔断器, 那么分支线上的元件发生故障, 熔断器熔断, 故障不影响其他分支线.
F 5u e5/h ·a -14. 322510. 9655
(2) 如果主馈线上装有隔离开关或分段断路器, 那么隔离开关或分段断路器后的元件发生故障所引起的前段负荷点停运时间为隔离开关或分段断路器的操作时间S , 并且后段元件的检修不会引起前段
负荷点的停运. 以图4为例说明, 即主馈线3、4故障, 负荷点2的停运时间仅为隔离开关或分段断路器的操作时间S , 并且3、4检修, 负荷点2不停运.
此外, 在计算过程中记录了每个元件对负荷点可靠性指标的贡献, 这可以为分析系统的薄弱环节, 采取相应的增强措施提供有益的参考.
4 算例及分析
本文以RBTS 母线6的配电系统为例[5], 应用所提出的方法对其进行了可靠性评估计算. 该系统有33kV 变电所一座, 出线7条, 负荷点40个, 用户为2938户, 总平均负荷10. 715M W . 系统接线如图5所示. RBTS 母线6的配电系统中, 馈线4是一个由多条馈线组成的复杂配电网, 对其用上述评估算法进行计算, 共计算了3种不同的配置情况.
第1种情况:主馈线4无备用电源, 断路器6、7、8的可靠动作率为80%.此时, 各等效分支线及等值串联元件的可靠性参数如表1所示.
F 6u e6/h ·a -12. 762515. 0995
F 7
u e7/h ·a -14. 192513. 9555
表1 各等效分支线及等值串联元件的可靠性参数
等值元件EL SL
λe5
/次·a -10. 86252. 7703
r e5
/h ·次-1
5. 03. 9582
λe6
/次·a -10. 55253. 0199
r e6
/h ·次-1
5. 05. 0
λe7
/次·a -10. 83252. 7911
r e7
/h ·次-1
5. 05. 0
在馈线5、6、7的各等值元件的参数计算出来后, 系统各负荷点的指标就可以应用最小路法简单
地计算出来. 表2列出了部分有代表性的负荷点的可靠性指标.
表2 馈线F 4部分负荷点的可靠性指标
负荷点
2025303540
λ/次·a -13. 47693. 47693. 64983. 64983. 6446
u /h ·a -1
14. 573517. 459515. 438015. 438018. 2980
r /h ·次-1
4. 19155. 02164. 22984. 22985. 0206
后两种情况的计算过程与第1种情况类似, 下面将这3种不同配置情况下, 系统可靠性指标的计
算结果列在表3中.
本文的计算结果与单纯用最小路法的计算结果完全相同, 说明本文方法是正确的. 为了比较本文算法的效率, 将本文方法与最小路法在P Ⅱ350微机上分别计算, 结果如表4所示.
表3 3种不同配置情况下系统可靠性
指标的计算结果
-1
SAIFI /次·(户·a )
3. 0828613. 520960. 998460. 001540. 061614. 38585
1. 789337. 053290. 999190. 000810. 035133. 94186
3. 0828613. 140390. 998500. 001500. 060044. 26240
第2种情况:馈线4无备用电源, 断路器6、7、8的可靠动作率为100%.
第3种情况:馈线4有备用电源, 断路器6、7、8的可靠动作率为80%.
SAIDI /h ·(户·a )
ASAI /%
ASUI /%
-1
ENS /M W ·h ·a -1
-1AENS /M W ·h (户·a ) -1
CAIDI /h ·(户·a )
72. 8856741. 5603771. 02823
第8期 别朝红, 等:复杂配电系统的可靠性评估13
图5 RBT S 母线6的配电系统
表4 2种方法的计算时间比较
最小路法加等值法
计算时间/ms
0. 0117
最小路法0. 0162
为简单的辐射形配电网, 然后再应用最小路法快速计算系统的可靠性指标, 简化了计算, 提高了计算效率.
(3) 评估考虑了配电系统的各种实际情况, 如分支线保护、隔离开关、分段断路器的配置, 以及计划检修、备用电源的影响等. 参考文献:
[1] 李红梅, 厉吉文. 山东电网供电可靠性分析[J ]. 中国电
力, 1996, 29(2) :48～52.
[2] Billinton R , Billinton J E . Distributio n system reliability
indices [J ]. I EEE T rans on Power Sy stems , 1989, 4(1) :561～568.
[3] Billinton R , Allan R N . Reliability ev aluation of pow er
sy stems [M ]. London :Pitman Advanced Publishing Pro -g ram , 1984.
[4] Billinton R , Wang P . Reliability -networ k -equivalent ap -proach to distribution -system -reliability evalation [J ]. I EE P roc , 1998, 145(2) :149～153.
[5] A llan R N , Billinton R . A reliability test system fo r edu -cational purposes -basic distribution sy stem data and results [J ]. I EEE T rans o n Power Systems , 1991, 6(2) :813～821.
可以看出, 本文方法所占用的CPU 时间比最小路法减少了28%,由于所计算的RBTS 系统规模不
是很大, 所以可以预见, 对大规模、结构复杂的配电网, 应用本文方法进行评估将更有效地提高计算效率, 节约计算时间. 此外, 如果只对配电网某一区域负荷点的可靠性指标感兴趣, 则可以只计算该区域负荷点所在层的可靠性指标, 其他地区可以不计算, 这就可以进一步提高计算效率. 总之, 算例证明了该评估方法的正确性和有效性.
5 结 论
通过以上的讨论, 可以得到以下结论.
(1) 本文对复杂配电系统的可靠性评估进行了研究, 提出了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法, 经实例验证, 该方法是有效的. (2) 该方法通过对网络的分层处理, 将系统等值
(编辑 杜秀杰)
第34卷 第8期 2000年8月
西 安 交 通 大 学 学 报
JOU RNAL OF XI ′AN JIAOTONG UNIVERSITY
Vol . 34 №8 Aug . 2000
文章编号:0253-987X (2000) 08-0009-05
复杂配电系统的可靠性评估
别朝红, 王秀丽, 王锡凡
(西安交通大学, 710049, 西安)
摘要:提出了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法. 该算法首先通过
对网络的分层处理, 应用可靠性等值原理将复杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网, 再应用最小路方法计算系统的可靠性指标, 从而提高了评估效率. 实例计算验证了该方法的有效性. 关键词:配电系统; 可靠性评估; 最小路法中图分类号:TM716 文献标识码:A
Reliability Evaluation of Complicated Distribution Systems
Bie Zhaohong , Wang X iuli , Wang Xifan
(Xi ′an Jiaotong University , Xi ′an 710049, C hina )
A bstract :A reliability evaluation method is proposed fo r complicated distribution systems based on the minimal path method and the equivalent approach . First , some equivalent elements are used to replace some portions of the distribution netwo rk and thus a complex system is decom posed into a series of simple ones . Then , the reliability indices are calculated using the minimal path method . The validity of the method is examined by numerical examples . Keywords :distribution system ; reliability ev aluation ; m inimal path method 城市经济的迅速发展和城网改造的开展, 迫切要求对配电系统进行科学、合理的规划. 同时, 随着电力企业管理工作的发展和深化, 以及《电力法》的实施和电力服务承诺制的开展, 供电可靠性在生产管理工作中所占的位置也越来越重要. 在1995年出版的《电业生产事故调查规程》中, 10kV 用户供电可靠率已被列入供电安全考核项目之中[1], 这些都大大提高了人们对配电系统可靠性的重视程度, 也对配电系统可靠性的评估方法提出了新的要求.
传统的配电网可靠性评估方法是故障模式与后
[2, 3]
果分析法(FMEA ) , 这种方法通过对系统中各
据所规定的可靠性判据对系统的所有状态进行检验分析, 找出系统的故障模式集合, 最后在此状态集合
的基础上, 求得系统的可靠性指标. FMEA 法原理简单、清晰, 模型准确, 已广泛用于辐射形配电网的可靠性评估. 但是, 它的计算量随元件数目的增长成指数增长, 所以当配电网的结构比较复杂, 元件数目及操作方式增多时, 系统故障模式急剧增加, 计算将变得冗长繁琐. 因此, 用FM EA 法直接对一个复杂的辐射形配电网进行评估是很困难的.
据此, 本文对配电系统的可靠性模型、评估算法进行了探讨, 提出了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法. 该算法首先通
元件状态的搜索, 列出全部可能的系统状态, 然后根
收稿日期:1999-12-10. 作者简介:别朝红, 女, 1970年10月生, 电气工程学院电力工程系, 讲师, 博士. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59907003) .
10西 安 交 通 大 学 学 报 第34卷
过对网络的分层处理, 将复杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网, 再应用最小路方法计算系统的可靠性指标, 提高了评估效率. 实例计算验证了该方法的有效性.
量不足(AENS ) .
2 复杂配电系统的可靠性等值
实际的配电系统往往由主馈线和副馈线构成, 对这种结构比较复杂的配电网, 可以利用可靠性等值的方法将其等值为简单的辐射形配电网, 从而简
化计算[4]. 按系统的馈线数对其进行分层处理, 每一条馈线及该馈线所连接的各种元件(包括隔离开关、分段断路器、熔断器、分支线等) 均属同一层, 每一层都可以等值为一条相应的等效分支线, 这样从最末层开始向上逐层等值, 最后一个复杂的含有多条馈线的配电网就等值为一个简单的辐射形网络. 下面, 通过一个例子说明配电网的可靠性等值方法, 如图3所示.
馈线3及其所连接的元件为最末层, 包括分支线、熔断器及馈线上的主干线. 它们发生故障不仅会影响本层负荷点的可靠性指标, 而且还会影响其上层负荷点的可靠性, 这样馈线3对馈线2的影响与一条分支线对馈线2的影响相似. 所以, 可以用一条等效分支线EL 3来等值馈线3, 等效分支线的故障率λ和停运时间r 包含了第3层也就是馈线3上所有元件故障的影响.
在计算等效分支线可靠性参数时, 由于馈线上隔离开关或分段断路器位置的不同, 网络的结构不同, 各个元件参与计算的方式也不同, 所以故障对负荷点可靠性指标的影响也不同. 计算的原则为:如果馈线上装有隔离开关或分段断路器, 那么隔离开关或分段断路器后的元件发生故障所引起的等效分支线停运时间为隔离开关或分段断路器的操作时间S , 并且后段元件的检修不会引起等效分支线的停运. 隔离开关或分段断路器前的元件发生故障所引起的等效分支线停运时间依然为元件故障的修复时间.
另一方面, 馈线1上所连接的元件故障也会影
1 评估模型及可靠性指标
1. 1 元件的可靠性模型
对于配电变压器、架空线路、电缆、隔离开关、熔断器等元件, 采用三状态模型模拟, 如图1所示
.
断路器属于可
操作元件, 其操作结果可以改变系统接线的拓扑结构, 对系统运行有着严重的影响. 而且, 断路器其本身结构复
N 为正常运行状态; R 为故障修复状态; M 为计划检修状态; λ′为故障率; μ′为故障修复率; λ″为计划检修率; μ″为计划检修复订
杂, 动作部件多, 故障形式多种多样, 所以断路器的可靠性模型需要特别处
图1 元件的三状态模型
理. 断路器共有7种运行状态, 分别为正常运行状态、计划检修状态、临时检修状态、误动状态、接地或绝缘故障状态、拒动状态和故障修复状态. 将这些状态按照它们对周围元件的影响及对系统的危害程度进行合并, 这样将临时检修, 误动、故障修复状态近似合并为修复状态(R 状态) , 拒动状态与接地或绝缘故障状态合并为扩大型故障状态(S 状态) .
合并以后, 断路器的等效模型如图2所示.
1. 2 可靠性指标
本文采用以下指标来评估配电系统的可靠性. (1) 配电网可靠性评估的基本指
图2 断路器的等效模型
响其下层馈线2、3的负荷点可靠性. 为了描述上层元件故障对下层负荷点可靠性的影响, 在下一层的主馈线上增加了一个等值的串联元件S L , 这样在计算下一层负荷点的可靠性指标时, 仍然可以按只含有一条馈线的简单配电系统计算, 从而简化了计算. 在图3中, 将第1层元件故障对第2层负荷点的影响等值为馈线2上的一个串联元件SL 2(如果同一层内有多个并列的馈线时, 也应将它们元件故障的, 标为各负荷点及系统的平均停运率λ, 平均停运持续时间r , 年平均停运时间u .
(2) 为了反映系统停运的严重程度和重要性, 还采用以下指标评估系统的可靠程度:系统平均断电频率(SAIFI ) , 平均断电持续时间(SAIDI ) , 用户平均断电持续时间(CAIDI ) , 供电可靠率(ASAI ) , 不,
第8期 别朝红, 等:复杂配电系统的可靠性评估11
″
和分支线的简单配电系统, 可以方便地计算出馈线2上各负荷点的指标. 用同样的方法, 可以计算出馈线3上的等值串联元件S L 3, 从而求出馈线3上各负荷点的指标, 最后获得整个系统的可靠性指标
.
λi +λi ) ∑(
″″
u s =∑(λi r i +λi r i )
″″
(λu s i r i +λi r i ) r s ==″λs λi +λi ) ∑( λs =
(1) (2) (3)
式中:λs 为系统的平均停运率(次/a ) ; u s 为系统的平均年停运时间(h /a ) ; r s 为系统的平均停运持续时间(h /次) ; λi 为元件i 的故障率(次/a ) ; λi 为元件i 的检修停运率(次/a ) ; r i 为元件i 的平均故障修复时间(h /次) ; r i 为元件i 的平均检修持续时间(h /
次) . 3. 2 评估算法
复杂的配电系统进行等值后, 均可简化为简单的辐射形网络, 其基本可靠性指标λ、r 、u 可以按式(1) ～式(3) 计算, 系统的其他可靠性指标均可根据
(a )
网络的初始结构图
″
″
以上指标求得. 但是, 在实际的工程应用中, 由于网络结构及系统配置的不同, 系统中各个元件参与计算的方式也多有不同, 这就为实际应用带来了一定的困难. 因此, 本文结合系统的实际配置, 提出了一种基于最小路的快速评估方法. 其基本思想是:对每一负荷点, 求取其最小路, 将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响, 根据网络的实际情况, 折算到相应的最小路的节点上, 从而对于每个负荷点, 仅对其最小路上的元件与节点进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标. 算法考虑了分支线保护、隔离开关、分段断路器的影响, 考虑了计划检修的影响,
(b )
等值变换后的网络接线图
并且能够处理有无备用电源和有无备用变压器的情况.
下面, 用简单辐射形系统(如图4所示) 来说明评估的具体方法.
(c ) 最终的网络等值接线图
S L i 为等效串联元件; EL i 为等效分支线; F i 为馈线; M i 为各馈线的主干线; L i 为分支线; LP i 为负荷点; T i 为变压器; f i 为熔断器
图3 复杂配电系统的可靠性等值示意图
图4 简单的辐射形配电系统
3 最小路法
3. 1 基本原理
目前, 我国的配电系统多为环形网络开环运行,
即主要为辐射形系统. 因此, 其可靠性指标可以按以
首先, 求取每个负荷点的最小路. 这样, 整个系
统的元件便可分为两类:最小路上的元件和非最小路上的元件. 对于最小路上的元件, 处理原则如下.
(1) 如果系统无备用电源, 那么最小路上的每个元件发生故障或检修, 均会引起负荷点的停运. 所以, 参与计算的为元件停运率(即故障率与计划检修
12西 安 交 通 大 学 学 报 第34卷
(2) 如果系统有备用电源, 且主馈线上装有分段装置(隔离开关或分段断路器) , 那么分段装置前的元件发生故障引起的后段负荷点停运时间仅为max {S , T }, 其中S 为分段装置的操作时间, T 为备用电源的倒闸操作时间. 并且, 前段元件的检修不会引起后段负荷点的停运. 以图4为例说明, 主馈线1故障, 负荷点2的停运时间仅为max {S , T }, 如果主馈线1检修, 负荷点2不停运. 除此之外, 最小路上的元件停运, 均会引起负荷点的停运, 参与计算的为元件停运率和停运时间, 即图4中主馈线2, 分支线b 的停运都会造成负荷点2的停运.
对于非最小路上的元件, 先根据系统的结构, 将其对负荷点可靠性指标的影响折算到相应的最小路的节点上, 然后再按照上面所讲的方法处理即可. 如图4所示, 对于负荷点2, 分支线a 的影响可以折算到节点A 上, 主馈线3、4和分支线c 、d 的影响折算到节点B 上, 这样非最小路上的元件的影响便转化为最小路的节点A 、B 的等效可靠性指标, 此时按照上面所讲的原则对A 、B 进行处理即可. 非最小路上的元件按以下原则计算.
(1) 对于分支线, 如果其首端装有熔断器, 那么分支线上的元件发生故障, 熔断器熔断, 故障不影响其他分支线.
F 5u e5/h ·a -14. 322510. 9655
(2) 如果主馈线上装有隔离开关或分段断路器, 那么隔离开关或分段断路器后的元件发生故障所引起的前段负荷点停运时间为隔离开关或分段断路器的操作时间S , 并且后段元件的检修不会引起前段
负荷点的停运. 以图4为例说明, 即主馈线3、4故障, 负荷点2的停运时间仅为隔离开关或分段断路器的操作时间S , 并且3、4检修, 负荷点2不停运.
此外, 在计算过程中记录了每个元件对负荷点可靠性指标的贡献, 这可以为分析系统的薄弱环节, 采取相应的增强措施提供有益的参考.
4 算例及分析
本文以RBTS 母线6的配电系统为例[5], 应用所提出的方法对其进行了可靠性评估计算. 该系统有33kV 变电所一座, 出线7条, 负荷点40个, 用户为2938户, 总平均负荷10. 715M W . 系统接线如图5所示. RBTS 母线6的配电系统中, 馈线4是一个由多条馈线组成的复杂配电网, 对其用上述评估算法进行计算, 共计算了3种不同的配置情况.
第1种情况:主馈线4无备用电源, 断路器6、7、8的可靠动作率为80%.此时, 各等效分支线及等值串联元件的可靠性参数如表1所示.
F 6u e6/h ·a -12. 762515. 0995
F 7
u e7/h ·a -14. 192513. 9555
表1 各等效分支线及等值串联元件的可靠性参数
等值元件EL SL
λe5
/次·a -10. 86252. 7703
r e5
/h ·次-1
5. 03. 9582
λe6
/次·a -10. 55253. 0199
r e6
/h ·次-1
5. 05. 0
λe7
/次·a -10. 83252. 7911
r e7
/h ·次-1
5. 05. 0
在馈线5、6、7的各等值元件的参数计算出来后, 系统各负荷点的指标就可以应用最小路法简单
地计算出来. 表2列出了部分有代表性的负荷点的可靠性指标.
表2 馈线F 4部分负荷点的可靠性指标
负荷点
2025303540
λ/次·a -13. 47693. 47693. 64983. 64983. 6446
u /h ·a -1
14. 573517. 459515. 438015. 438018. 2980
r /h ·次-1
4. 19155. 02164. 22984. 22985. 0206
后两种情况的计算过程与第1种情况类似, 下面将这3种不同配置情况下, 系统可靠性指标的计
算结果列在表3中.
本文的计算结果与单纯用最小路法的计算结果完全相同, 说明本文方法是正确的. 为了比较本文算法的效率, 将本文方法与最小路法在P Ⅱ350微机上分别计算, 结果如表4所示.
表3 3种不同配置情况下系统可靠性
指标的计算结果
-1
SAIFI /次·(户·a )
3. 0828613. 520960. 998460. 001540. 061614. 38585
1. 789337. 053290. 999190. 000810. 035133. 94186
3. 0828613. 140390. 998500. 001500. 060044. 26240
第2种情况:馈线4无备用电源, 断路器6、7、8的可靠动作率为100%.
第3种情况:馈线4有备用电源, 断路器6、7、8的可靠动作率为80%.
SAIDI /h ·(户·a )
ASAI /%
ASUI /%
-1
ENS /M W ·h ·a -1
-1AENS /M W ·h (户·a ) -1
CAIDI /h ·(户·a )
72. 8856741. 5603771. 02823
第8期 别朝红, 等:复杂配电系统的可靠性评估13
图5 RBT S 母线6的配电系统
表4 2种方法的计算时间比较
最小路法加等值法
计算时间/ms
0. 0117
最小路法0. 0162
为简单的辐射形配电网, 然后再应用最小路法快速计算系统的可靠性指标, 简化了计算, 提高了计算效率.
(3) 评估考虑了配电系统的各种实际情况, 如分支线保护、隔离开关、分段断路器的配置, 以及计划检修、备用电源的影响等. 参考文献:
[1] 李红梅, 厉吉文. 山东电网供电可靠性分析[J ]. 中国电
力, 1996, 29(2) :48～52.
[2] Billinton R , Billinton J E . Distributio n system reliability
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[3] Billinton R , Allan R N . Reliability ev aluation of pow er
sy stems [M ]. London :Pitman Advanced Publishing Pro -g ram , 1984.
[4] Billinton R , Wang P . Reliability -networ k -equivalent ap -proach to distribution -system -reliability evalation [J ]. I EE P roc , 1998, 145(2) :149～153.
[5] A llan R N , Billinton R . A reliability test system fo r edu -cational purposes -basic distribution sy stem data and results [J ]. I EEE T rans o n Power Systems , 1991, 6(2) :813～821.
可以看出, 本文方法所占用的CPU 时间比最小路法减少了28%,由于所计算的RBTS 系统规模不
是很大, 所以可以预见, 对大规模、结构复杂的配电网, 应用本文方法进行评估将更有效地提高计算效率, 节约计算时间. 此外, 如果只对配电网某一区域负荷点的可靠性指标感兴趣, 则可以只计算该区域负荷点所在层的可靠性指标, 其他地区可以不计算, 这就可以进一步提高计算效率. 总之, 算例证明了该评估方法的正确性和有效性.
5 结 论
通过以上的讨论, 可以得到以下结论.
(1) 本文对复杂配电系统的可靠性评估进行了研究, 提出了一种将最小路法和等值法结合的复杂配电系统的可靠性评估算法, 经实例验证, 该方法是有效的. (2) 该方法通过对网络的分层处理, 将系统等值
(编辑 杜秀杰)