基于配电网可靠性评估与开关优化方法浅析

陈瑛

摘 要：配电网是电能分配的末端环节，对整个电力系统网损水平、供电可靠性、用户电能质量的提高举足轻重。10kV及以下电压等级的配电网具有闭环设计、开环运行的特点，正常运行条件下，配电网通过降压变电站向一个树状网络的供电区域供电，单个供电段之间通过一个常合的自动或手动开关相接，而不同的供电区域之间则由平时断开的开关（联络开关）联系。在满足负荷需求的条件下，由于开关状态的不同组合，配电网可以存在多种供电路径，即形成了不同的网络结构。而网络结构的不同正是影响电网网损、供电电压质量、设备负载水平及供电可靠性的关键，研究配电网开关运行优化对提高配电网各项技术经济指标具有重要意义。

关键词：可靠；配电网；网损

配电网是电力系统中最后一层电压等级系统，它主要实现对用户负荷的供应，配电网工程它主要有面广、量大、出现故障情况频繁的特点，就目前学者对配网故障评估的研究，它主要是故障模式与后果分析法（failure-mode-effect-analysis，FMEA），这也是传统的配电网可靠性评估方法主要方法，这种方法的主要思路是：对电力系统所有的异常状态进行搜索，把可能出现的所有故障进行罗列出来，然后根据规定的可靠性判据进行检验分析，再利用计算机的高超数据矩阵组合，组合成系统的故障模式集合，通过相关数学算法可以得到系统的可靠性指标。通常各位学者的研究，FEMA法原理简单、清晰，同时计算方法准备可靠，大部分应用在电力系统可靠性研究中，但是目前电力系统的增长，各种电力元件增大，进一步造成它的参数增大，使其数学矩阵计算量指数上涨，计算将变的非常复杂，进一步造成计算机崩溃，所以再进行其可靠性评估是十分困难的。

1 配电网接地概述

配电系统在现实运行过程中，大部分发生的故障就是发生单相接地故障，对其进行研究分析后，可以明显的知道其流过故障点的电流大部分，就是三相系统的电容电流，此部分的电流可以依据电力系统的原则划分两部分，第一部分是故障相对地电容的放电电流，第二部分电流含有非故障相对地电容的充电电流，但是在这两部分电流外，还有一很小的高频暂态分量，高频暂态分量它的主要特点是持续时间较短、幅值较大、频谱较宽。通常电力系统中为为减弱故障点的短路电流，可以实现电弧的快速消除，可以通过消弧线圈的方式来补偿故障电流，且消弧线圈需要进行过补偿运行方式，目前这里面存在一定性的问题，即消弧线圈只能补偿故障电流中的工频分量，无法补偿其高频暂态分量。而有的时候高频暂态分量幅值较大，消弧线圈无法对其电流进行有效的补偿，进一步造成故障接地的电弧电流无法熄灭，故障电流冲击进一步使其它电力设备发生冲击作用，如果电弧熄灭时间更长，则使电力设备的绝缘发生严重的威胁，本来是单相接地故障，进一步可能发展成为两相短相，甚至于三相短路，使系统的安全、稳定运行受到严重破坏。

2 配电网规划中优化算法模型

在配电网规划中，常考虑负荷增长、网损、经济性等问题，扩建线路是解决此问题的有效方法之一。下面给出了配电网规划问题的优化算法模型。

3 开关运行优化的数学模型

配电网络开关运行优化是一个组合优化问题，具有离散型、非线性和高维性的特点，本文提出了配电网开关优化的综合模型，模型包含经济性目标和可靠性目标，采用网络损耗最小为经济性目标，系统停电损失最小為可靠性目标，综合目标函数是同时考虑系统停电损失与线路损耗，属于最小值优化问题。综合目标函数如式（1）、（2）、（3）所示：

4 广义开关

定义1 以开关为始端，从电源处开关（断路器）开始向下游搜索，遇到下一个开关或者线路末端时停止搜索，将搜索范围内的元件归于此开关，并称之为广义开关。

通过上述定义，配电网的广义开关主要包含三类：广义断路器、广义隔离开关和广义熔断器。

在上述定义中，须注意两点：a.广义熔断器只含有熔断器、变压器和负荷，有时甚至只含熔断器和负荷；b.联络开关连接的是备用电源，在正向搜索时联络开关没有下游，所以广义开关中不包含广义联络开关。利用广义开关的定义，可以将复杂的配电网简化为三类广义开关的串并联形式。因此广义开关的等值故障率采用内部多元件串联的公式计算，假设广义开关中包含n个元素，第i个元件的故障率为，则广义开关的等值故障率：λX=∑i∈Xλi。

5 结论

有大量的统计资料显示，大约有80%的停电事故由配电系统故障所造成的，但是在以前对电力系统可靠性评估的研究，而针对于发电和输变电组成的大电力系统，故障评估研究比较大，基于配电系统的可靠性研究太少，远远达不到目前发展需要的模式，因此配电系统可靠性的研究对保障用户电力供应具有极其重要的意义，所以今后的对配电网工作的可靠性评估与决策是以后电力系统主要完成的一大任务。

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