配电网待建项目对电网可靠性影响的计算方法

摘要

本发明公开了一种配电网待建项目对电网可靠性影响的计算方法，包括如下步骤：收集配电网运行资料；将配电网划分区域块；预估区域块内线路主干线长度、主干线线径、分支条数、分支线长度、分支线线径、配变台数和装接容量参数；计算各个区域块的可靠性参数，构造简化网络模型；计算负荷类别因子：计算负荷分布系数；构造多元负荷模型；完成配电网的可靠性定量计算。本发明采用分区域块的思想，利用现有参数对区域块参数预估，简化配电网模型，克服了可靠性量化过程中基础参数收集困难、负荷状态单一等局限性；充分利用基础运行人员的经验，使得数据收集量少、操作性强；采用理论分析方法对待建项目进行可靠性定量计算，实现可靠性影响的快速量化。

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种配电网待建项目对电网可靠性影响的计算方法。

背景技术

随着国家经济技术的发展和国民生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生活中最不 可或缺的能源之一。因此，供电可靠性就成为了电网的首要目标。同时，国家电网公司也明 确提出了“以提高供电可靠性为目标，提升发展理念，坚持统一规划、统一标准，建设与改 造并举，全面建设结构合理、技术先进、灵活可靠、经济高效的现代配电网。”的配电网发展 思路。配电网的供电可靠性工作摆在公司配电网发展的首要位置。

国家电网每年都要进行配电网的建设，以提高配电网的效率、改善居民用电条件和生活 水平。配电网项目的建设之初，就需要考虑到配电网建设项目对配电网可靠性的影响。现有 的配电网可靠性计算方法，由于需要的基础数据收集困难，因此只能对特定的网络结构进行 可靠性计算分析；另一方面，现有的可靠性计算方法和理论均是对特定的负荷状态进行分析， 不能真实反映配电网运行状态的多样性和多变性，致使计算的结果不能全面、真实反映实际 的配电网可靠性水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够根据电网运行数据资料真实反映各类型负载情况下配电 网可靠性的配电网待建项目对电网可靠性影响的计算方法。

本发明提供的这种配电网待建项目对电网可靠性影响的计算方法，包括如下步骤：

S1.收集配电网待建项目建设前后配电网的基础运行资料；

S2.根据步骤S1收集的资料，将配电网所有线路中任一无开关隔离且相互连通的元件集 合定义为区域块；

S3.对步骤S2获得所有区域块，预估区域块内线路主干线长度、主干线线径、分支条数、 分支线长度、分支线线径、配变台数和装接容量参数；

S4.利用步骤S3获取的参数，依据下式计算各个区域块的可靠性参数：

${\lambda }_{S_i}={\lambda }_{S_i,L}+{\lambda }_{S_i,l}+{\lambda }_{S_i,T}$

$r_{S_i}==({\lambda }_{S_i,L}{r}_{S_i,L}+{\lambda }_{S_{i}l}{r}_{S_i,l}+{\lambda }_{S_i,T}{r}_{S_i,T})/{\lambda }_{S_i}$

式中分别为主干线、分支线、配变(含熔断器) 的平均故障修复时间和平均年故障修复时间；

S5.根据步骤S2获得的区域块，和区域块之间的连接线路，构造简化网络模型；

S6.根据步骤S2获取的区域块，确定各区域块的负荷类别，并依据下式计算负荷类别因 子：

${\mu }_{S_i}=\frac{P_{S_i}}{P}$

式中为第i类负荷的负荷类别因子，为第i类负荷的负荷量，P为区域块的装接容 量；

S7.计算各个区域块的负荷分布系数：

${\sigma }_{S_i}={\bar{\mu }}_{S_i}·t_{S_i}·\frac{P}{T_{S_i}}$

式中为区域块S_i的预估的装接容量，为线路的总容量，P为线路的有功负荷，为 归一化的负荷类别因子，由线路中所有区域块的负荷类别因子计算得到：

${\bar{\mu }}_{S_i}=\frac{{\mu }_{S_i}}{\Sigma {\mu }_{S_i}}$

S8.收集配电网典型日K系数，构造线路首段和区域块的多元负荷模型：

线路首端多元负荷模型为：

P_j＝K·E

式中P_j为各区域块任意时点j的负荷大小，K为典型日K系数，E为典型日电量E；

区域块多元负荷模型为：

$P_{S_i,j}={\sigma }_{S_i}·P_j$

式中为各区域块任意时点j的负荷大小，为该区域块的负荷分布系数，P_j为各区 域块任意时点j的负荷大小；

S9.根据S4获得的区域块的可靠性参数、步骤S5获得的简化网络模型以及步骤S8获得 的多元负荷模型，完成配电网的可靠性定量计算；

所述的配电网待建项目对电网可靠性影响的计算方法还包括如下步骤：

S10.利用如下三个算式计算配电网待建项目对可靠性的量化影响：

式中ΔSAIDI为线路停电时户数；ΔSAIFI为线路停电用户数；ΔAENS为线路停电缺供电量。

步骤S1所述的配电网的基础运行资料，包括配电网的网络结构、配电网的配电线路长度 和负荷电流、配电线路的平均故障修复时间和平均年故障修复时间、配电线路负荷类型、配 电网的总装接容量、配电网典型日K系数和典型日电量。

步骤S5所述的连接线路，为根据架空线路和电缆线路进行分类：架空线路互联类型包括 多联络、单联络、辐射状形式；电缆线路互联类型包括双环式、单环式、双射式、单射式形 式；对于架空和电缆混合型的线路以主干线径转供能力低的线路确定连接线路类型。

步骤S6所述的负荷类别包括城区负荷和农村负荷。

所述的城区负荷包括工业类城区、居民类城区和商业类城区。

所述的农村负荷包括集镇、乡镇政府所在地，城乡结合部或依托经济开发区的Ⅰ类村组、 小型加工业或农业生产较为发达的Ⅱ类村组，以及以农村基本生产和生活为主的Ⅲ类村组。

所述的配电网的可靠性定量计算，为采用故障模式影响分析法进行计算。

本发明提供的这种配电网待建项目对电网可靠性影响的计算方法，采用分区域块的思想， 利用现有的参数进行区域块参数预估，并对配电网模型进行适当简化，因此克服了配电网可 靠性量化过程中基础参数收集困难、负荷状态单一等局限性；同时，在参数预估及负荷分配 的过程中应充分利用基础运行人员的经验，使得收集数据不多且要易于理解、操作性强；最 终采用理论分析方法对配电网待建项目进行可靠性定量计算，实现配电网规划方案对可靠性 影响的快速量化。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的简化网络模型的参数预估示意图。

图3为本发明的多元负荷模型的示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的方法流程示意图：本发明提供的这种配电网待建项目对电网可 靠性影响的计算方法，包括如下步骤：

S1.收集配电网待建项目建设前后配电网的基础运行资料：

所述的配电网的基础运行资料，包括配电网的网络结构、配电网的配电线路长度和负荷 电流、配电线路的平均故障修复时间和平均年故障修复时间、配电线路负荷类型、配电网的 总装接容量、配电网典型日K系数和典型日电量。

S2.根据步骤S1收集的资料，将配电网所有线路中任一无开关隔离且相互连通的元件集 合定义为区域块；

S3.对步骤S2获得所有区域块，预估区域块内线路主干线长度、主干线线径、分支条数、 分支线长度、分支线线径、配变台数和装接容量参数：

主干线长度预估是指估计区域块内主干线的长度，可通过查阅台账数据进行较准确估计， 也可以根据基层运行人员经验并结合区域块内杆塔数量和平均档距进行较粗略估计。

主干线线径预估是指估计区域块内主干线的平均线径，可通过查阅台账数据并进行主干 线平均线径计算得到，也可以根据基层运行人员经验估计各类线径长度并计算得到。

分支条数预估是指估计区域块内二级分支的条数，三级及以下分支不纳入估计范围。可 通过查阅台账数据得到，也可以根据基层运行人员经验估计得到。

分支线长度预估是指估计区域块内分支线的长度，可通过查阅台账数据进行较准确估计， 也可以根据基层运行人员经验并结合区域块内杆塔数量和平均档距进行较粗略估计。

分支线线径预估是指估计区域块内各分支线的平均线径，可通过查阅台账数据并进行分 支线平均线径计算得到，也可以根据基层运行人员经验估计各类线径长度并计算得到。

配变台数预估是指估计区域块内配变的台数，可通过查阅台账数据得到，也可以根据基 层运行人员经验估计得到。

装接容量预估是指估计区域块内的装机容量和外部接入区域块提供电能的接入容量，可 通过查阅台账数据得到。

S4.利用步骤S3获取的参数，依据下式计算各个区域块的可靠性参数：

${\lambda }_{S_i}={\lambda }_{S_i,L}+{\lambda }_{S_i,l}+{\lambda }_{S_i,T}$

$r_{S_i}==({\lambda }_{S_i,L}{r}_{S_i,L}+{\lambda }_{S_i,l}{r}_{S_i,l}+{\lambda }_{S_i,T}{r}_{S_i,T})/{\lambda }_{S_i}$

式中分别为主干线、分支线、配变(含熔断器) 的平均故障修复时间和平均年故障修复时间；

由于区域块内无开关元件，故障扩散范围和恢复供电范围又以开关装置为边界，所以区 域块在可靠性方面具有以下特性：任意故障对区域块内的所有结点和元件产生同质影响，同 一区域块内任意结点具有相同的可靠性指标，区域块等同于元件，具有元件的所有性质。因 此，一个区域块S_i就等同于一个元件，其可靠性参数由该区域块内所有预估的主干线参数、 分支线参数、配变(含熔断器)参数归并得到。

S5.根据步骤S2获得的区域块，和区域块之间的连接线路，构造简化网络模型：

所述的连接线路，为根据架空线路和电缆线路进行分类：架空线路互联类型包括多联络、 单联络、辐射状形式；电缆线路互联类型包括双环式、单环式、双射式、单射式形式；对于 架空和电缆混合型的线路以主干线径转供能力低的线路确定连接线路类型；

简化网络模型的参数预估示意图如图2所示。

S6.根据步骤S2获取的区域块，确定各区域块的负荷类别，并依据下式计算负荷类别因 子：

${\mu }_{S_i}=\frac{P_{S_i}}{P}$

式中为第i类负荷的负荷类别因子，为第i类负荷的负荷量，P为区域块的装接容 量；

负荷类别包括城区负荷和农村负荷：

所述的城区负荷包括工业类城区、居民类城区和商业类城区；

所述的农村负荷包括集镇、乡镇政府所在地，城乡结合部或依托经济开发区的Ⅰ类村组、 小型加工业或农业生产较为发达的Ⅱ类村组，以及以农村基本生产和生活为主的Ⅲ类村组；

负荷类别因子越大表示单位容量对应的负荷越大。负荷类别因子不是一成不变的，它随 各条线路的实际情况而变。

S7.计算各个区域块的负荷分布系数：

${\sigma }_{S_i}={\bar{\mu }}_{S_i}·t_{S_i}·\frac{P}{T_{S_i}}$

式中为区域块S_i的预估容量，为线路的总容量，P为线路的有功负荷，为归一 化的负荷类别因子，由线路中所有区域块的负荷类别因子计算得到：

${\bar{\mu }}_{S_i}=\frac{{\mu }_{S_i}}{\Sigma {\mu }_{S_i}}$

S8.收集配电网典型日K系数，构造线路首段和区域块的多元负荷模型：

线路首端多元负荷模型为：

P_j＝K·E

式中P_j为各区域块任意时点j的负荷大小，K为典型日K系数，E为典型日电量E；

区域块多元负荷模型为：

$P_{S_i,j}={\sigma }_{S_i}·P_j$

式中为各区域块任意时点j的负荷大小，为该区域块的负荷分布系数，P_j为各区 域块任意时点j的负荷大小；

多元负荷模型的示意图如图3所示。

S9.根据S4获得的区域块的可靠性参数、步骤S5获得的简化网络模型以及步骤S8获得 的多元负荷模型，采用故障模式影响分析法完成配电网的可靠性定量计算；

所采用的故障模式影响分析法是一种原理简单、清晰的可靠性评估算法。该方法的具体 分析步骤为：根据各元件的可靠性参数列出系统可能出现的全部状态，然后对各元件故障产 生的影响分析，列出全部可能的故障影响事件表，再据此综合得出各负荷点和系统的可靠性 指标。

S10.利用如下三个算式计算配电网待建项目对可靠性的量化影响：

式中ΔSAIDI为线路停电时户数；ΔSAIFI为线路停电用户数；ΔAENS为线路停电缺供电量。

以下结合一个具体实施例对本发明技术进行进一步的说明：

分别选取A、B、C、D四类供区分区进行区域可靠性计算，其中A类典型供电区域选取 的是长沙东塘供电区、长沙桂花园供电区，B类典型供电区域选取的是长沙树木岭供电区、 长沙余家湾供电区，C类典型供电区域选取的是长沙环保供电区、长沙林海供电区、邵阳邵 东县火厂坪镇、廉桥镇、黑田铺镇，D类典型供电区域选取的是邵阳邵东县佘田桥镇、水东 江镇、长沙延农供电区，所选典型区域线路结构类型涵盖多联络、单联络、辐射状架空线路 及双环式、单环式、双射式、单射式电缆线路等多种形式。对比计算分析采用CEES星能电 气开发的《供电网计算分析及辅助决策软件》(简称CEES法)。

表1典型供电区概况表

(1)误差分析

1)单条线路可靠性误差分析

表2为用CEES软件与本文方法计算单一时点架空线单条线路用户平均停电时间的结果 对比。由计算结果计算得到，CEES法的算术平均值为38.5分钟，本文方法为38.6分钟，两 种方法之差为0.1分钟。CEES法的均方根平均值为53.0，本文方法为53.7，两种方法之差为 0.7。两种方法的平均绝对误差为1.1分钟，平均相对误差仅为2.84％。对用户年平均停电次 数、用户平均停电缺供电量的对比分析呈现相似的分布特性，平均相对误差在3％以内。

表2单一时点架空线单条线路用户平均停电时间对比(分钟)

表3为用CEES软件与本文方法计算单一时点电缆线单条线路用户平均停电时间的结果 对比。由计算结果计算得到，CEES法的算术平均值为30.4分钟，本文方法为30.0分钟，两 种方法之差为0.4分钟。CEES法的均方根平均值为43.4，本文方法为42.7，两种方法之差为 0.7。两种方法的平均绝对误差为1.0分钟，平均相对误差为3.21％。对用户年平均停电次数、 用户平均停电缺供电量的对比分析呈现相似的分布特性，平均相对误差在4％以内。

表3单一时点电缆线单条线路用户平均停电时间结果对比(分钟)

综合考虑架空线及电缆线的计算结果，CEES法的算术平均值为33.9钟，本文方法为33.6 分钟，两种方法之差为0.3分钟。CEES法的均方根平均值为44.7，本文方法为47.7分钟， 两种方法之差为0。两种方法的平均绝对误差为1.0分钟，平均相对误差为3.03％。

2)区域可靠性误差分析

表4为用CEES软件与本文方法计算各类典型区域用户平均停电时间的结果对比。由计 算结果计算得到，CEES法的算术平均值为48.5分钟，本文方法为48.3分钟，两种方法之差 为0.2分钟。CEES法的均方根平均值为55.5，本文方法为53.4，两种方法之差为0.1。同时， 各区域计算相对误差最大值也仅为8.9％，大部分误差范围均在4％以下。对用户年平均停电 次数、用户平均停电缺供电量的对比分析呈现相似的分布特性，平均相对误差在4％左右。

表4各类典型区域用户平均停电时间结果对比(分钟)

供电分区 CEES 本文方法 绝对误差 相对误差 东塘 67.3 65.1 2.2 3.3％ 桂花园 56.8 60.5 3.7 6.5％ 树木岭 5.8 6.1 0.3 5.2％ 余家湾 7.9 7.2 0.7 8.9％ 环保 19.4 18.8 0.6 3.1％ 火厂坪 69.9 67.3 2.6 3.7％ 林海 69.9 67.8 2.1 3.0％ 佘田桥 69.9 70.9 1.0 1.4％ 延农 69.9 71.3 1.4 2.0％

算术平均值 48.5 48.3 1.6 4.1％ 均方根平均值 55.5 55.4 - -

(2)技术指标对比

表5为用CEES软件与本文方法计算各类典型区域的计算时间对比。由计算结果计算得 到，CEES法的计算时间算术平均值为40.1秒，本文方法为20.0秒，两种方法之差为20.1秒。 本文方法平均计算时间较CEES法下降49.6％。

表5各类典型区域计算时间对比(秒)

供电分区 CEES 本文方法 差值 时间缩减比例 东塘 51 23 28.0 54.9％ 桂花园 49 22 27.0 55.1％ 树木岭 43 23 20.0 46.5％ 余家湾 40 20 20.0 50.0％ 环保 39 19 20.0 51.3％ 火厂坪 33 17 16.0 48.5％ 林海 29 17 12.0 41.4％ 佘田桥 32 16 16.0 50.0％ 延农 45 23 22.0 48.9％ 算术平均值 40.1 20.0 20.1 49.6％