一种计及多种影响因素的停电损失评估方法

摘要

本发明公开了一种计及多种影响因素的停电损失评估方法。该方法综合考虑停电持续时间、停电频率、停电量以及用户类型的影响，将负荷划分为具有不同停电损失特征的三种类型，利用电量不足期望值、电力不足频率、电力不足持续时间三个主要的可靠性指标，并建立停电持续时间与单位停电成本的指数形式的关系式，通过构造全社会停电损失评估函数，提出了一种停电损失评估方法。该方法融入了多种因素对停电损失的影响，并同时计入电力部门和用户的停电损失，能够更充分、更全面、更真实地反应电力中断造成的社会经济损失。

说明书

技术领域

本发明涉及一种计及多种影响因素的停电损失评估方法，属于电力系统可靠性与经济性研究领域。

背景技术

供电企业的宗旨是向用户提供安全、可靠、经济的电能，但在电力系统实际运行过程中，由于电力需 求的瞬时变化以及发、输、配电过程中的系统故障都可能影响到供电能力，从而引起停电事故，给国民经 济和人民生活带来损失。一方面，电网规模不断扩大，系统结构日趋复杂；另一方面，现代工业生产和居 民生活对电能的依赖程度越来越高，也越来越不能容忍停电的发生，电网供电可靠性问题将更加突出。

在电力市场不断发展的今天，研究人员已经开始采用技术和经济相结合的手段，从如何合理地提高电 力系统可靠度水平同时使投资最小的角度来研究电网可靠性问题，其中可靠性效益的评估是研究的重要组 成部分。在实际工程中，估算电力供应中断对社会带来的经济损失(即停电损失)是可靠性效益评估的一 种常见且有效的手段，也是电网资产全寿命周期管理、电网规划方案比选、电气设备备用容量选取、供电 企业效能状况评价的重要参考指标。另一方面，在电力市场环境下，用户作为平等方参与市场运作，具有 自主选择交易和可靠性的权利，而停电损失则成为量化用户反馈的有利工具。

停电损失是指因电力供应中断或不足而发生的断电或限电对社会造成的全部经济损失，包括供电公司 自身的经济损失以及给用户带来的损失。其中，电力企业(包括发电公司和电网公司)的停电损失主要包 括因少供(发)电而少得到的利润，以及停电后的故障巡测和检修费用；用户的损失包括停电对居民生活 带来的不便、工商业用户电气设备的损坏、残次品的出现以及因停电而少生产产品的利润等。停电损失主 要受以下几个因素影响：

1.停电频率。单位时间内停电次数越多，用户活动所受到的干扰就越频繁，电力部门也需要投入更多 次的故障排查修复费用和机组启停费用，停电损失越大。

2.停电量。电网可靠性水平越高，因故障而造成的停电范围越小，停电量就越小，停电损失也就越小。

3.停电持续时间。一般而言，在停电初始阶段，停电损失包括工厂连续作业中断、设备损坏、出现残 次品等，单位停电成本随着停电持续时间的延长而增大。停电持续一段时间后，停电损失主要是添加备用 电源所产生的费用以及产品产量减少的利润，因此停电持续时间超过某临界值后，单位停电成本逐渐趋于 稳定。国内外相关研究文献，如刘怀东等在《继电器》，2006，34(16)：36-38发表的“一种电力用户停 电损失估算方法”、JonnavithulaA等在《IEEE Trans on Power Delivery》，1996，11(4)：1936-1941上发表 的“Features that influence composite power systemreliability worth assessment”均验证了此规律。

4.用户类型。不同类型的用户，其用电方式和停电特性不同，对停电所能容忍的程度也不同，故停电 对其造成的损失亦不同。

对于停电损失的估算，当前主要有两种方法，一是通过统计调查，二是构造停电损失函数进行评估计 算。白剑飞等在《西北电力技术》2002，(6)：20-23发表的“停电损失调查及估算”采用当面填写调查问 卷的方法，给出了西安地区停电对用户的短期影响和损失估计的调查结果；王超等在《电网技术》2007， 31(11)：54-58发表的“中国用户停电损失调查方法”也提出问卷调查为适合我国特点的停电损失调查方 法。但是，纯粹的问卷调查具有强烈的主观性、地域性以及时效性，而且调查项过多，比如白剑飞文章中 提到的对工商业用户的调查就有13项之多，有效问卷的回收难度大。

对于构造函数的方法，陈晓等在《昆明理工大学学报(理工版)》2003，28(1)：53-56发表的“城市 电网用户停电损失及其估算方法的研究”将EENS(Expected Energy Not Supplied，电量不足期望值)与单 位电量停电成本相乘作为停电损失的估算值；毛家安等在《电力系统自动化》2010，34(9)：29-33中提 出基于改进Tobit模型的负荷停电损失估算方法，可对给定区域内某次停电事故给各类用户造成的损失； 刘怀东等在《继电器》2006，34(16)：36-38发表的“一种电力用户停电损失函数估算方法”利用加拿大 工商业停电损失数据拟合了用户单位电量停电成本与停电持续时间的关系曲线，但是缺少具体的数学模 型，相关统计数据在我国也很难获取。而且，现有通过构造函数来评估停电损失的方法均还存在以下缺 点：

1.停电损失的大小受停电频率、停电量、停电持续时间、用户类型等多个因素影响，现有构造停电 函数的方法只考虑了一种或两种因素。

2.停电损失指电力中断对整个社会造成的经济损失，包括对用户造成的损失和对电力部门自身带来 的损失，现有方法都重点考虑了用户的停电损失，而忽略了停电给供电公司造成的经济损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种计及多种影响因素的停电损失评估方法，为电网资产全寿命周期成本管理、 电网规划方案比选等提供重要依据。该方法综合考虑停电持续时间、停电频率、停电量以及用户类型的影 响，将负荷划分为具有不同停电损失特征的三种类型，利用电量不足期望值、电力不足频率、电力不足持 续时间三个主要的可靠性指标，并建立停电持续时间与单位停电成本的指数形式的关系式，通过构造全社 会停电损失评估函数，提出了一种停电损失评估方法。该方法融入了多种因素对停电损失的影响，并同时 计入电力部门和用户的停电损失，能够更充分、更全面、更真实地反应电力中断造成的社会经济损失。

一种计及多种影响因素的停电损失评估方法，该方法包含下列步骤：

a、确定电网供电范围内工业用户、公共及商业用户、居民住宅用户的用电量所占比例分别为λ₁、λ₂、 λ₃；

b、根据电网拓扑图及设备可靠性参数，用解析法或模拟法计算该电网的电量不足期望值EENS、电力 不足频率LOLF以及电力不足持续时间LOLD三个可靠性指标；

c、根据单位停电成本随停电持续时间变化的规律，单位电量停电成本与停电持续时间的关系为：

$p_1\left(t\right)=A(1-e^{-\frac{t}{\tau }})$

其中，p₁(t)为单位电量停电成本，A为单位电量停电成本最大值，τ为时间常数，反映了单位停电成本随 停电持续时间变化的快慢程度；

d、采用问卷调查得到该电网供电范围内三类用户的单位电量停电成本最大值和时间常数分别为A₁、 A₂、A₃和τ₁、τ₂、τ₃，其中：

A＝λ₁A₁+λ₂A₂+λ₃A₃

$\tau ={{\tau }_1}^{{\lambda }_1}{{\tau }_2}^{{\lambda }_2}{{\tau }_3}^{{\lambda }_3}$

e、采用下式评估用户的停电损失L_user：

L_user＝EENS·p₁(LOLD)

f、采用下式评估电力企业的停电损失L_company：

L_company＝LOLF·p₂+EENS·p₃

其中，p₂为发生停电故障后电力部门的故障巡测及检修平均费用，p₃为电力部门少发一度电而损失的 利润；

g、停电损失评估值按下式计算：

L_total＝L_user+L_company＝EENS·p₁(LOLD)+LOLF·p₂+EENS·p₃

其中：L_total为停电损失。

本发明具有以下优点：

1.现有的停电损失评估方法最多只考虑了两种因素对停电的影响，本发明构造的停电损失函数计及 了停电持续时间、用户类型、停电频率以及停电量四种影响因素，能够更充分、更全面地描述停电造成的 经济损失。

2.本发明建立了单位停电损失随停电持续时间变化的指数形式的数学关系式，考虑了停电成本随停 电持续时间变化的动态过程。

3.停电损失指停电对整个社会造成的经济损失，本发明既考虑了电力中断对用户造成的损失，又计 入了停电对电力公司带来的经济损失，而之前的相关文献几乎都忽略了电力公司自身的损失。

附图说明

图1为一种计及多种影响因素的停电损失评估方法的流程示意图。

图2为TH-RTS2000电气接线图。

图3为单位停电成本随停电持续时间变化的函数曲线。

图4为停电损失评估值随EENS、LOLD变化的三维图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例一

本发明的一种计及多种影响因素的停电损失评估方法的流程如图1所示，包括以下步骤：

一种计及多种影响因素的停电损失评估方法，该方法包含下列步骤：

a、确定电网供电范围内工业用户、公共及商业用户、居民住宅用户的用电量所占比例分别为λ₁、λ₂、 λ₃，可由供电公司关于电力负荷的统计数据得到；

b、根据电网拓扑图及设备可靠性参数，用解析法或模拟法计算该电网的电量不足期望值EENS (Expected Energy Not Supplied)、电力不足频率LOLF(Loss of Load Frequency)以及电力不足持续时间 LOLD(Loss of Load Duration)三个可靠性指标；

c、根据单位电量停电成本随停电持续时间变化的规律，单位电量停电成本与停电持续时间的关系为：

$p_1\left(t\right)=A(1-e^{-\frac{t}{\tau }})$

其中，p₁(t)为单位电量停电成本，A为单位电量停电成本最大值，当停电持续一段时间后，单位电量停电 成本将趋于这个最大值，τ为时间常数，反映了单位电量停电成本随停电持续时间变化的快慢程度；

d、采用问卷调查得到该电网供电范围内三类用户的单位电量停电成本最大值和时间常数分别为A₁、 A₂、A₃和τ₁、τ₂、τ₃，其中：

A＝λ₁A₁+λ₂A₂+λ₃A₃

$\tau ={{\tau }_1}^{{\lambda }_1}{{\tau }_2}^{{\lambda }_2}{{\tau }_3}^{{\lambda }_3}$

e、采用下式评估用户的停电损失L_user：

L_user＝EENS·p₁(LOLD)

f、采用下式评估电力企业的停电损失L_company：

L_company＝LOLF·p₂+EENS·p₃

其中，p₂为发生停电故障后电力部门的故障巡测及检修平均费用，p₃为电力部门少发一度电而损失的 利润；

g、停电损失评估值按下式计算：

L_total＝L_user+L_company＝EENS·p₁(LOLD)+LOLF·p₂+EENS·p₃

其中：L_total为停电损失。

实施例二：

以TH-RTS2000测试系统为例，对本发明作进一步的说明。

TH-RTS2000(Tsinghua-Reliability Test System 2000)是清华大学为适合中国国情建立的发输电可靠性 测试系统，能够体现中国跨大区、大机组、超高压、远距离和大系统容量的发输电系统的特点，其电气接 线图如图2所示，其他参数见郭永基等在《电力系统自动化》2001，25(20)：35-40上发表的“一种新的 发输电系统可靠性试验系统”.

a、确定电网供电范围内工业用户、公共及商业用户、居民住宅用户的用电量所占比例分别为λ₁、λ₂、 λ₃，由供电公司关于电力负荷的统计数据可得λ₁＝48％、λ₂＝24％、λ₃＝28％；

b、根据TH-RTS2000系统接线图及设备可靠性参数(见郭永基，程林，“一种新的发输电系统可靠性 试验系统”，电力系统自动化，2001，25(20)：35-40)，采用蒙特卡罗模拟法计算系统的电量不足期望值 EENS、电力不足频率LOLF以及电力不足持续时间LOLD三个可靠性指标，结果如表1所示：

表1 TH-RTS 2000可靠性评估结果

c、根据单位停电成本随停电持续时间变化的规律：停电初期，单位停电成本随着停电持续时间的延 长而增大，后期将逐渐趋于一稳定数值，单位停电成本与停电持续时间的关系式为：

$p_1\left(t\right)=A(1-e^{-\frac{t}{\tau }})$  \*MERGEFORMAT(1)

其中，p₁(t)为单位电量停电成本，A为单位电量停电成本最大值，当停电持续一段时间后，单位电量停电 成本将趋于这个最大值，τ为时间常数，反映了单位停电成本随停电持续时间变化的快慢程度，设定当 p₁(t)＝95％A时，可认为单位停电成本已达到最大值，不再随停电持续时间变化，此时t＝3τ。

d、发放题面为“停电持续多长时间后，停电造成的损失不再对时间敏感”的问卷，返回的工业、公 用及商业、居民住宅三类用户调查结果t₁＝4h、t₂＝8h、t₃＝6h，故可得三类用户的敏感时间：τ₁＝t₁/3＝1.33， τ₂＝t₂/3＝2.67，τ₃＝t₃/3＝2；发放为题面为“停电时间足够长后，每缺一度电造成基础电价多少倍的经 济损失”的问卷，返回的结果分别为15倍、35倍、30倍，结合我国当前工业用电、商业用电、居民用电 的平均电价分别约为0.65元/度、0.87元/度、0.52元/度，有：A₁＝9.75、A₁＝30.45、A₃＝15.6，于是有：

A＝λ₁A₁+λ₂A₂+λ₃A₃＝16.36  (2)

$\tau ={{\tau }_1}^{{\lambda }_1}{{\tau }_2}^{{\lambda }_2}{{\tau }_3}^{{\lambda }_3}=1.76---\left(3\right)$

关系式(1)可确定为：

$p_1\left(t\right)=16.36(1-e^{-\frac{t}{1.76}})---\left(4\right)$

式(4)的函数图像如附图3所示。可见，在停电初期(t＝3τ＝5.28h之前)，单位停电成本随着停电持续 时间的延长而增大，在停电后期(t＝3τ＝5.28h之后)，单位停电成本基本不再随着停电持续时间变化，而 维持一个相对稳定的数值A＝16.36(单位：元/kW·h).

同时，可写出反映全社会停电损失评估式：

$L_{\mathrm{total}}=\mathrm{EENS}[1.636(1-e^{-\frac{\mathrm{LOLD}}{1.76}})+0.04]+10\mathrm{LOLF}---\left(5\right)$

式中，总停电损失L_total单位为万元/a(a指每年)，EENS单位为MW·h/a，LOLD单位为次/a，LOLF 单位次/a，可知停电损失与系统的三个可靠性参数直接相关。固定频率LOLF＝18次/a，可画出总停电损失 与其他两个未知量EENS、LOLD的三维图像，如附图4所示。而由式(5)易知，LOLF的变化只会使得 曲线向上或者向下平移。

e、采用下式评估用户的停电损失L_user：

L_user＝EENS·p₁(LOLD) ＝18676×16.36×10³＝30554万元

f、根据《国家电网公司电网检修运维和运营管理成本标准(2011年修订版)》以及TH-RTS 2000系统 规模，每次停电后电力部门故障巡测检修费和机组启停费用p₂暂取平均值10万元/次，电力部门少发一度 电而损失的利润p₃暂取0.04万元/MW·h，则电力企业停电损失评估值L_company：

L_company＝LOLF·p₂+EENS·p₃＝18.92×10+18676×0.04 ＝936.2万元

g、停电损失评估值计算如下：

L_total＝L_user+L_company＝EENS·p₁(LOLD)+LOLF·p₂+EENS·p₃＝31490万元

即该电网每年因停电引起的经济损失达31490万元。