一項對配電網絡進行可靠性評估的新指標

電力系統可靠性是電力系統運行的一項重要的衡量指標。傳統的電力系統可靠性指標反映了電力系統元件或網絡的可用度，但是沒有反映出其經濟成分。本文提出一種對電力系統配電網絡進行評估的新指標——經濟可靠性，不僅反映了電力系統的可靠性，也反映了電力系統的經濟性。這對于提高電力系統的經濟效益，具有重要的意義。
??? 關鍵詞：電力系統，經濟，可靠性

A New Index of Reliability Evaluation of Power Systems

Zhang xin-yong, Huang Qun-gu, Ren Zhen?

(1. Electrical Power College, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;2. Zhongshan Power Bureau, Zhongshan 528400, China)

??? Abstract: Reliability of Power Systems is an important evaluation index for Power System operation. Traditional reliability index reflects availability of equipment or power networks in Power Systems, and does not relate to its economic factors. A new index: economic reliability that evaluates reliability of power systems presented in this paper, not only reflects availability of Power Systems but also deals with economic properties of power systems. This is of importance for improving economic results.
??? Key words: Power Systems; economy; reliability

0? 引言
??? 電力系統可靠性研究，在許多文獻中都有涉及^[1-3]，所研究的內容也非常廣泛：高壓電力網絡的可靠性、高壓直流輸電可靠性、高壓開關設備的可靠性，等等。
??? 配電系統是電力系統的一個重要組成部分。配電系統可靠性評估，是對正在運行的配電網絡，或者是對新設計的配電網絡作出供電可靠性評價，從而確定該配電網絡供電可靠性的優劣。通過對配電網可靠性評估，可以確定出計劃停電以及故障停電對供電可靠性的影響，由此確定提高供電可靠性的技術措施和尋求提高供電可靠性的管理方法。
??? 一般說來，在常規可靠性評估時，可靠性高的配電網絡不一定經濟性好，經濟性好的配電系統不一定可靠性高。本文提出的“經濟可靠性”指標高的配電網絡，才同時具有較高的可靠性和經濟性。

1? 配電網絡系統常規可靠性評估
??? 在進行配電網絡系統可靠性評估時，在傳統上，較常用的指標有：輸變電設備的故障率λ、計檢率。而故障率λ，一般用單位“次/年·臺”或“次/年·km”表示，說明一年中平均每臺設備發生故障的次數，或一年中平均每公里線路發生故障的次數。此外，還通常使用下列的可靠性指標等：
??? (a) 系統平均停電頻率指標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ASUI：
?
??? 復雜的配電網絡都是由放射型網絡和環型網絡構成的。顯然在可靠性方面，環型網絡要優于形放射型網絡，帶有分段或分支開關的要優于不帶開關的網絡。這主要是根據網絡故障時的停電的范圍確定的，即根據停電的戶數×時數確定的。
??? 然而，用指標“戶數×時數/年”或“次數/km”或“次數/年”來進行配電系統可靠性評估，僅僅反映一個停電范圍方面，故障停電所帶來的經濟損失卻不能反映出來。一個大用戶(裝變容量很大)與一個小用戶(裝變容量很少)，在同樣的停電時間內，對指標“戶數×時數/年”或“次數/km”的貢獻是一樣的，但顯然，兩者的經濟損失相差很大。下面的“經濟可靠性”的指標，主要是從經濟上的角度對配電網絡系統可靠性進行評估。

2? 配電網絡系統經濟可靠性指標
??? 在電力系統中，與經濟直接相關的是供電量。系統故障停電時，影響的也是供電量。在系統故障時，一是要減少停電時間，二是要減少停電范圍，即停電的戶數，三是(也是更重要的)要使因停電而損失的供電量達到最小。即說，我們不僅要考慮“戶數×時數”，還要考慮“千瓦×時數”，或 “兆伏安×時數”。 這里的“兆伏安(時數”指標，突出了大用戶權重，而減輕了小用戶的地位，從而使得配電網絡可靠性指標不僅能反映故障停電的范圍，也能反映停電時經濟損失有多大。
??? 根據上面的概念，在進行配電網絡系統可靠性評估時，特提出下列的經濟可靠性指標如下：
??? (a) 故障率指標λ：



??? 下面用經濟可靠性指標對某市區的配電網絡系統進行可靠性評估。

3? 應用實例
??? 為了清晰起見，這里例子僅限于放射型配電網絡，環型配電網絡可同樣分析。
??? 設某市所轄的一個獨立10千伏中壓配電網絡小系統，總戶數620戶，總裝變容量359MVA，線路總長度245.53公里，10千伏線路55條，其停電數據統計表如表1所示。

??? 下面的分析中，原可靠性指標用下標Y標出，表示經濟可靠性指標的用下標W表示。該系統的故障率λ和每次停電平均時間T如表2所示。

??? 以該市的某條10kV線路為例(如圖1所示)，進行可靠性評估，并用傳統的可靠性和經濟可靠性分別評估。

??? 為方便起見，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容量。圖1中的大寫字母A、B、C等為用戶編號，箭頭指向的為該支線所有用戶用戶的裝變容量(MVA)，線段旁邊的數字為該線段長度(km)，圓圈內的數字為該支線上所有用戶數。
??? 設變電站全停一次時為8h，這樣圖1網絡上的所有39戶用戶均受影響；由于線路上沒有裝設開關，則當線路上任何一點發生永久性故障時，都將造成圖1所示的全線停電，其停電時間為故障排除時間，設為4h。根據表1，可算出變電站全停時，該網絡的戶×時數h_Y1和h_W1、計劃停電的戶×時數h_Y2和h_W2，和故障停電戶×時數h_Y3和h_W3，考慮全停、計劃停電和事故停電的ASAI，以及只考慮故障停電時的ASAIF，結果如下表3。

??? 從表3可以看出，圖1系統的原可靠性和經濟可靠性指標接近。
??? 當線路上裝有分段開關和分支開關時，如圖2所示結構，分別計算其原可靠性和經濟可靠性指標，結果如表4中。

??? 從表2可以看出，在有分段開關和分支開關的情況下，圖2所示網絡的原供電可用度較高，而經濟供電可用度較低。
??? 設圖2中的網絡結構、各分支線上用戶數和編號都不變，只是其部分分支上的裝變容量有變化，相當于部分大用戶和小用戶相互對換，如圖3所示。

??? 對圖3網絡結構重新計算各可靠性指標，發現，對換后的網絡，其原可靠性指標不變，而經濟可靠性指標發生變化，經濟性可用度增加了。如表5所示。

??? 再一次對圖2網絡部分用戶的裝變容重新對換，并計算相應的可靠性指標，結果見圖4和表6。

??? 比較表3和表4可知，當網絡安裝有分段和分支開關時，原可靠性指標和經濟可靠性指標均有提高，即兩種方法的供電可靠率ASAI和ASAIF都提高了。可見，分段和分支開關對提高配電網絡可靠性具有重要作用。
??? 比較表4、表5和表6，可以看出，網絡結構和用戶數不變，僅僅是支線上的用戶裝變容量發生變化時，原可靠率ASAI和ASAIF均不變，即網絡上，連接的是大用戶還是小用戶，對可靠率ASAI和ASAIF都是不變的。然而經濟可靠率卻發生了變化，大用戶越是靠近線路的電源端段，經濟可靠率就越高。
??? 比較表4、表5和表6故障停電的MVA(時數/年得知，圖2網絡為95.291 MVA(小時/年，圖3網絡為83.22 MVA(小時/年，圖4網絡為78.286 MVA(小時/年。從圖2網絡到圖4網絡，因故障停電的戶(時數減少了17.8%，因而經濟損失減少了17.8%。若整個市區的配電網絡在中低壓配電改造時，能同時兼顧經濟性，則不僅提高了可靠性，其經濟效益也是非常的可觀的。

4? 結論
??? 本文提出對電力系統配電網絡進行評估的新指標——經濟可靠性，不僅反映了電力系統的可靠性，也反映了電力系統的經濟性。這項指標的提高，對于提高電力系統配電網運行的可靠性和經濟性，都具有重要的意義。