配电系统可靠性分析概述

石庆松　吴常胜　袁祖慧　孙斌

摘 要：本文详细阐述了配电系统可靠性的基本概念、特点及常用指标，介绍了配电系统可靠性的常用算法，给出了它们的适用情况和不足之处。本文对各种改进算法进行了比较和分析，指出了各自的优缺点。并对配电系统可靠性的研究工作提出了建议和展望，为今后的研究工作提供了一定的借鉴。

关键词：配电系统；故障模式；可靠性

0 引言

配电系统包括架空线路、隔离开关、断路器等元件。元件众多，且进行可靠性分析时除了知道这些元件的可靠性参数外，还要知道这些参数的分布情况，使得可靠性计算变得比较复杂。可靠性分析的基本方法分为解析法和蒙特卡洛模拟法，通过分析它们的优缺点，得出解析法更适合对配电系统进行分析，不便于进行计算复杂配电网络可靠性的问题，学者们进行了各方面的改进，最后对未来的研究方向进行了总结与展望。

1 配电系统可靠性指标

配电系统是联系用户与电源侧的一级系统，它直接影响着用户侧的供电质量，因此配电系统的可靠性分析是一个十分重要的课题。配电系统可靠性评价标准主要从用户侧（供电质量）及系统侧（平均服务质量）两个方面考虑。

1.1 负荷点侧可靠性指标

负荷点侧可靠性指标是指负荷侧的可靠性评估的衡量尺度，表明配电故障的局部性影响，并可作为下一级系统侧可靠性评估的依据。其主要指标有：负荷点故障率、负荷点故障平均停电时间、负荷点的年平均停电时间等。

1.2 系统侧可靠性指标

系统侧可靠性指标是来评价系统侧直接向用户侧供给电能和分配电能的配电系统的本身及其对用户供电性能的尺度。它是全局的，表明故障对整个系统的影响。常用指标有：系统平均停电频率指标SAIFI、平均供电可用率指标ASAI、系统平均停电持续时间SAIDI用户平均停电频率指标CAIFI、平均供电不可用率指标ASUI、用户平均停电持续时间CAIDI等。

2 可靠性分析基本方法

（1）故障模式后果分析法（FMEA）

它是一种常用的解析方法，基本过程为：首先通过对电网某个元件的分析，对系统进行预想事故后的选择，即确定负荷点的失效事件，并对各个预想事件进行系统补救和潮流分析，建立故障模式及后果分析表，查清每个基本故障事件及后果，然后综合分析后得出负荷点可靠性指标，最后来计算配电系统可靠性指标。

（2）蒙特卡罗模拟法

与解析法所不同的是，蒙特卡洛模拟法采用抽样的方法进行状态的选择，即根据不同设备概率分布函数抽样来确定系统的状态，然后对产生的状态进行状态估计。解决了由于大规模配电网中的元件众多而带来巨大计算量的问题，但它的计算精度与计算时间的平方成反比，要提高精度，用模拟法的计算的时间将会显著增加。

（3）解析法与模拟法的混合

由于蒙特卡洛模拟法与解析法比较各有所长，且各自的优缺点互为补充，所以混合法就应运而生。该方法很容易将与其它减少蒙特卡洛模拟方差的方法相结合，从减小方差的技巧和加快状态评估的速度两方面进行入手，既提高了模拟收敛的速度，又减小了每次状态评估的时间，较好的解决了蒙特卡洛模拟法计算速度与计算精度之间的矛盾。

3 改进方法

模拟法和解析法各有所长，但是在进行配电系统可靠性评估中，解析法可以更好的发挥其优势，所以实际中大部分的改进方法都是建立在解析法基础上的。

3.1 基于模型的改进方法

（1）模型全面化

中低压配电系统中的负荷点和系统可靠性除了与线路的故障点有关外，还与电力系统中各种开关、母线等元件的故障有关，计算了负荷点的可靠性指标和系统之间的可靠性指标。此模型在进行敏感分析和找出系统最薄弱点等方面更为有利，会考虑得更加全面，反映的情况也更为真实有效。

（2）模型简约化

仅仅将线路上的柱上开关看作是一个节点，而将配电线路和变压器综合看作是一种耗散元件。可以避免由于量测点较少而导致的配电网潮流分析困难，因此可以大大地方便了配电自动化的高级应用功能的实现。但是此模型根据配电网潜在的连接关系和馈线开关的位置等推算出配电网当前连接关系，根据节点的负荷推算出供出负荷的或者根据馈线供出负荷推算出負荷，存在误差。

3.2 基于算法的改进

基于所有算法的改进计算，都是为了减小FMEA的计算量，都是在列举故障状态这一步进行的改进。主要有以下几个方法：

（1）网络等值法

其基本思想是利用一个等效网络元件来代替一部分配电网络，从而将复杂结构结构的配电网逐步简化成简单的辐射状主馈线系统。在向下等效的过程当中，将上级馈线对下级馈线的影响力用一个串在下级馈线首尾端的等效节点元件来进行代替。

（2）最小路—最小割集法

对于简单辐射网配电系统，可以先求各负荷点到电源点的最小路，再分别进行考虑最小路上的元件和非最小路上的各个元件对负荷点可靠性的贡献，即把系统中的各个元件分成最小路元件和非最小路元件后，然后对于每个负荷点，仅对其最小路上的各个元件与节点进行计算即可得到相应的可靠性指标。此算法考虑了分支线保护、分段断路器、隔离开关、及计划检修的影响，并且能够处理有无备用电源及有无备用变压器的情况。

3.新发展

在现代经济社会和电力负荷发展较快的大环境下，传统的供电可靠性指标已经不能完全满足时代的要求，越来越多的研究者认识到电能质量对配电可靠性的影响，由于暂态电能质量问题，特别是母线电压暂降和短时间中断对供电可靠性的影响较大，应建立起科学合理的、能反映供用电双方利益的、操作性好的配电系统可靠性分析体系。有些文献提出一些新的可靠性评估分析方法，不仅对系统进行充裕性的分析，还通过位能边界曲面方法对电网进行暂态稳定性分析，对所选的偶发故障下临界清除时间和能量裕度的计算均具有较高的准确性和较快的速度。

4.结语

本文主要对目前较常用的配电系统可靠性评估算法进行了深入分析比较，指出了各种算法的特点及适用的情况。现有的配电系统可靠性评估算法大部分都是在故障模式与后果分析法基础上，从模型提出、评估方法等方面进行了改进，考虑了断路器、隔离开关、分段开关、联络开关以及运行模式的影响，在很大程度上解决了FMEA的计算量随电网元件数目的增长而呈指数规律增长的问题，能够实现大规模配电网系统的可靠性评估。但由于我国配电系统可靠性研究工作开始的较晚，各方面还有很多不足之处，还有待完善，尤其是随着我国配电网自动化的进一步发展，实现在配电网重构基础上的配电系统可靠性动态评估需要进一步的深入研究。

参考文献：

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