中高压配电网络可靠性评估算法综述

江归安

（新余学院，江西新余338000）

0 引言

配电网络可靠性是指对从电源点输送电力到供电点按可接受标准及期望数量满足供电负荷电力和电能需求之能力的度量。据相关数据统计，85%以上的用户停电的原因是配电网故障，因此提高配电网可靠性水平可以很好地改善供电质量。另外，配电网络可靠性研究可运用于配电网络设计、运行、维护和改造等工程实践，这对目前电网公司实现坚强电网建设的目标具有重要意义。同时，通过研究可靠性评估，努力改善配电网可靠性水平，不但可使用户享受高质量的电能供应，也对整个电力系统可靠性水平的提高有着至关重要的作用。因为配电网络处于电力系统末端，直接与用户相连，拥有大量设备器件，其发生故障的概率也相对来说比较大。因此，电力系统对用户的供电能力和质量很大一部分是由配电网络的可靠性来体现的。

1 配电网络可靠性研究特点

必须立足于整个电力系统，全面和全方位地去考虑配电网络可靠性指标的评估计算、分析、评价，以及改善可靠性水平的对策和措施。因为电力从生产到使用都是同时进行的，配电网络直接连接着用户，配电网络的可靠性水平综合反映了整个电力系统的可靠性水平。

研究配电网络可靠性必须着眼于整个电力系统，全面、全方位展开研究。配电网络设备众多，而且比较分散，容易受气候条件和外界环境影响。可能因为安装和使用的位置和地区不同，或者负荷的性质和大小不同，造成同一种设备的特性和状态发生变化。

需要较长的时间和数据积累。因为设备的型号、规格、容量大小和数量多少随用户负荷的变化而不断改变，统计设备的可靠性参数和变化规律需要做大量测试，这是一个长期过程。

研究配电网络可靠性必须考虑配电网络的结构和运行方式。因为配电网络有多种结构和运行方式，如辐射型、环形、网状等，配电网络可靠性指标与其有着密切的关系。

2 配电网络可靠性评估算法概述

配电网络可靠性研究工作开始于20世纪60年代，由于统计工作的不断完善和可靠性资料的不断积累，配电网络可靠性研究迎来了快速发展阶段，逐渐形成了相对比较完善的理论体系。据资料显示，可靠性算法主要有解析法和模拟法这两种根本方法，我国在配电网络可靠性研究方面正处于深入运用解析法和探索使用模拟法的阶段。一般来说，进行可靠性评估通常分三个阶段：状态选择、状态估计和指标计算。解析法和模拟法的区别在于状态选择和指标计算这两个阶段中。

解析法将元件或系统的寿命过程加以合理的理想化，通过网络的结构和元件的功能及两者之间的逻辑关系来建立数学模型，再利用递推和迭代过程对该模型进行精确求解，求解过程通常需要计算机运算程序，才能得出所要求的可靠性指标。解析法采用严格的数学模型和算法，其物理概念清晰，模型精度高，得到的结果也很理想。缺点是网络规模达到一定程度，计算十分复杂，且不宜处理相关事件。

解析法还可进一步分为马尔可夫法和网络法两种方法，其中网络法也叫做故障模式影响分析法（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA），它是最常用的方法，也是其他方法的基础。FMEA法通过搜索网络中各元件的状态，列出全部可能的系统状态，然后根据所规定的可靠性判据对系统所有的状态进行检验分析，找出系统的故障模式集合，再求解可靠性指标。FMEA法适用于简单的配电网络，不适合带有复杂分支馈线的网络，因为复杂网络故障模式众多，计算量急剧上升。

Monte Carlo模拟法在国外运用得比较多，用Monte Carlo法可以模拟配电网实际运行情况，它是以抽样统计方法进行状态选择，而不是故障枚举法来得到元件的可靠性参数。配电网络中的每个元件有可用和不可用两种状态，这两种状态有一定的概率分布。系统的状态是从元件概率分布函数中抽样确定，然后对产生状态进行状态估计，一个模拟序列表示一个实际样本，系统的可靠性指标是在累积了足够数目的样本后，对每次状态估计的结果进行统计而得到的。

模拟法适合计算规模非常庞大的配电网络，因为所要求的模拟次数与网络的大小无关，在处理故障相关性、节点负荷相关性及按时序进行的操作方面有很好的效果，而且还可反映负荷的随机变化特性，不需对实际问题做过多的简化和假设，处理实际问题更加全面。但是模拟法有两个缺点，一是估计量的方差系数随样本容量的增大按平方根的关系下降；二是系统的可靠性水平越高，在同样的样本容量下模拟估计量的精度越差。

混合法是将两种或多种方法结合起来，或者利用原方法某些思想经过改进得到一种新的方法。可以是将解析法和模拟法结合起来，也可以是解析法与解析法相互结合。

混合法最大的特点就是它能做到优势互补，弥补对方的缺陷，使新方法能解决单一方法不能解决的问题。如将解析法和Monte Carlo模拟法有机结合起来，新方法既可以考虑配电网实际运行情况，且不受网络的复杂程度限制，又可以提高模拟效率和评估精度。

3 配电网络可靠性评估算法比较

到目前为止，配电网络可靠性评估算法达到了十几种之多，可大致将这些方法分成三类：

第一类是一些比较基本的评估算法，这些方法包括最小路法、网络等值法、故障遍历法等。

最小路法是根据最小路原理，对每个负荷点求取它的最小路，然后根据网络的实际情况，将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响，折算到相应的最小路的节点上，从而只需对其最小路上的节点进行计算，就可得到负荷点相应的可靠性指标。最小路法的优点是考虑了配电网络的各种实际情况，能准确计算辐射型线路的可靠性指标。但当网络复杂时，求取最小路需要大量时间，也比较复杂。

网络等值法是利用一个等效元件来代替一部分配电网络，从而将结构复杂的配电网络逐步简化成简单辐射状的主馈线系统。这种等效方法能够化繁为简，对辐射型配电网具有良好的适应性，能够避免FMEA法中故障模式太多的困难。但当分支馈线及其元件较多时，网络等值法等效需要很大计算量，发挥不出它的核心优势。

故障遍历法是一种基于故障枚举的思想，利用遍历技术的评估算法。先根据配电网结构建立故障树，找出每种可能出现的故障，然后分析每种故障下各用户的停电情况，最后叠加各种故障下负荷点可靠性指标。故障遍历法能有效考虑系统的容量约束，对带子馈线的复杂配电网具有很强的处理能力。

第二类是在基本评估方法基础上通过改进和优化，或结合几种基本评估算法而产生的评估算法，如最小割集法、单向等值法、区间评估法、向量法、分层评估算法、故障扩散法等。

第三类是考虑工程实际，利用模拟法中的概率统计理论，使评估更贴近实际配电网运行情况的评估算法，如基于敏感度分析的可靠性算法、基于贝叶斯网络的评估算法、考虑容量约束的评估法等。

这些算法各有特点，有利有弊，在解决某一方面问题上可能具有优势，但在另一方面就可能存在不足。在选择使用哪种配电网络可靠性评估算法问题上，理想的办法就是根据实际配电网络的特点来选择相应的评估算法。

4 结语

本文阐述了可靠性及电力系统可靠性的基本概念，较详细地介绍了配电网络可靠性分析的基本内容和基础知识；总结了国内学者提出的各类可靠性计算方法并进行分类，并指出了各类算法的特点和适合运用的情况。