1、1乐亭县农村电网可靠性评估与影响因素研究Assessment and Enhancement of Laoting County DistributionNetwork Reliability中文摘要配电网是电力系统中直接针对用户的环节，其主要功能是向各种规模的用户传输电能。现代社会对电能的要求越来越高，除满足一定的可靠性外，还要尽可能的满足经济性的要求。在系统的规划、运行阶段可以通过电网改造、增加投资费等措施提高供电可靠性。然而，一味的追加投资必将导致运行成本的增加，难以满足经济性的要求；同样过分限制投资又将必然导致系统可靠性水平的降低。在供电部门对用户满意程度越来越关注的今天，如何在配电网
2、的规划、运行过程中协调好可靠性和经济性的问题已经成为迫切需要解决的实际课题。配电网可靠性成本一效益分析将系统投资成本与可靠性效益有机的结合起来，为配电系统的可靠性经济评价提供了有效的依据。配电网可靠性评估的算法是进行配网可靠性研究的重要课题。本论文在综述了一些常用的配网可靠性评估算法的基础上，提出了一种基于成功概率的配电网可靠性评估方法，通过对配电网工作机理的分析，介绍了带有复杂分支馈线的配电网可靠性评估新方法。通过算例对该方法与其它方法进行了对比，表明了该方法在程序设计、计算速度和精度方面具有优势。可靠性成本与可靠性效益是一对矛盾体。论文给出了以可靠性成本与可靠性效益相结合作为寻求配网最优的
3、投资策略的目标函数。详细讨论了配电网负荷支路是否设置断路器以及在负荷支路是否设置备用变压器的判据。通过对不同情况下某段主馈线上分段开关是否设置对系统停电损失造成的影响，将主馈线分段开关的可靠性成本与可靠性效益结合，最终得到了主馈线分段开关的最佳设置策略。论文对配电网的投资策略进行了研究，将供电企业和电力客户结合起来进行考虑，在分析可靠性指标的基础上考虑电力客户的停电损失，将停电损失和投资费用结合，从而得到最优的投资方案，并将该优化方案应用到测试系统中，验证了本文所提优化函数的有效性和实用性。从提高配电网负荷点供电可靠性的角度出发，对*县电网的供电可靠性问题进行了深入的研究。本文首先简要回顾了可
4、靠性评估的发展概况，指出了现有分析方法的优缺点，采用复杂网络分层等值简化法和最小路法分析评估了*县电网供电可靠性水平，然后根据供电可靠性评估的结论结合电网实际提出了多套*县电网供电可靠性改进方案。之后站在经济性的角度对提出的多套改进2方案作了优劣比较，给出了明确的优劣评判指标，对评判的结果做出了详尽的说明，最后根据比较的结果和作者的经验给出了对提高*县电网供电可靠性的建议。通过数值仿真计算和*县实际电网模型的算例分析，给出了可靠性评估的结果，证明了所用方法的准确性和有效性。通过引入经济性指标给出了地区电网可靠性提高的最优化提高方案。关键词：配电网，可靠性，评估，最小路方法，成本效益分析3ABS
5、TRACTThe distribution network is connected directly to customers in power system, its main function is to supply customers with electricity. Modern society demands that electrical energy should be as economical as possible with a reasonable degree of continuity and quality. The continuity of energy
6、supply can be increased by improved system structure, increased investment during either the planning phase, operating phase or both. Over-investment can lead to excessive operating cost, which must be reflected in the tariff structure .Consequently, the economic constrain will be violated although
7、the probability of the system being inadequate rnay become very small. On the other hand, under-investment leads to the opposite situation. How to plan distribution networks and get the balance between economy and reliability is a very important problem. Reliability cost/worth assessment provides th
8、e opportunity to incorporate cost analysis and quantitative reliability assessment into a common structured framework. The algorithm of reliability evaluation is an important subject in the power distribution system reliability research. A new method based on successful probability to the evaluation
9、 of the distribution system reliability is developed in this dissertation. An example is introduced to show how to evaluate the complex distribution system reliability, which is based on analyzing the working mechanism of the distribution system. The example also compared the new developed method wi
10、th other traditional methods showing that the new method has advantage in programming, calculating speed and accuracy.The reliability cost and the reliability benefit is opposite in distribution systems. The objective function of the optimization investment strategy of the distribution systems is pr
11、esented by combining the reliability cost with the reliability benefit in this. paper. The consequences of outage to the systems with different deployment schemes of the disconnect switches are analyzed and compared. A theorem is proposed on how to deploy the disconnect switches on the beginning of
12、the main feeder to achieve the best overall benefit Whether the fuse should be mounted and whether the standby transformer should be prepared in the load branch is particularly discussed and two criterions about this issue are also proposed. The investment strategy of the distribution system network
13、 is carried. The lowest cost scheme is found by combining the losses with the investment, which considers the investment strategy both of the utility and of the customer. The scheme is also validated by a test system, 4results show that the scheme is right and practical.The study centralizes the enh
14、ancement of reliability of load point in distribution network. And discuss at subject of reliability of distribution system at Laoting county. Firstly, the article briefly reviewed the history of the assessment technology of power distribution network, and lay stress on the defects of the resent met
15、hods. New method of reliability assessment based on the minimal path method and equivalent approach is proposed for complicated distribution system. The level of power supply reliability at Laoting county is evaluated by this method. The outputs of assessment with experience of operation are used to
16、 develop some improving plan for distribution system reliability at Laoting county. After that, the improving plans are checked carefully by the ankle of economic viewer, and definite criterions are liven in paper. The reasons of comparison and selection are explained carefully. By the end of paper,
17、 based on the result of comparison of improving plans and authors experience, some proposition for reliability improvements of distribution system at Laoting county are liven. The result of digital simulation and evaluation of model based on real network at Laoting county are used to assess the reli
18、ability. The sample test shows that new method is effective and accurate. The optimal one of improving plans for local network is shown after the use of economical criterions.Keywords:distribution network, reliability, assessment, minimal path method, cost/benefit analysis5目 录第一章 绪论 .11.1 背景和意义 .11.
19、1.1 背景 .11.1.2 意义 .21.2 配电网可靠性评估方法综述 .31.2.1 可靠性评估模型 .31.2.2 可靠性评估模型的改进 .41.2.3 可靠性评估算法的改进 .51.2.4 智能方法在可靠性评估中的应用 .51.3 配电网可靠性提高措施综述 .61.4 本文的内容介绍 .6第二章 配电系统可靠性研究的理论基础 .82.1 配电网的特点及评估模型 .82.2 配电网可靠性评估的指标 .102.2.1 基本指标和计算公式 .112.2.2 专用指标及其计算公式 .112.3 配电网可靠性评估的方法 .122.3.1 复杂配电网的可靠性等值方法 .132.3.2 最小路法可靠
20、性评估26 .162.3.3 算例分析 .18第三章*县电网可靠性的评估 .203.1*县电网概述 .203.1.1*电网整体概况 .203.1.2 乐亭电网 35KV 变电站正常运行方式 .203.1.3*县电网结构图 .233.2*县电网可靠性评估的内容 .233.2.1*县电网供电可靠性现状分析 .241、供电可靠性管理体系结构 .242、供电可靠性指标体系 .253.2.2 影响*县电网供电可靠性的因素分析 .313.2.3 影响供电可靠性水平的相关因素分析 .323.3 县电网供电可靠性预测 .333.3.1 可靠性目标预测方法 .333.3.2 趋势外推法可靠性预测 .343.3.
21、3 灰色预测法可靠性预测 .373.3.4 基于理论评估结果的可靠性预测 .383.3.5 基于设备统计数据的可靠性预测 .403.3.6 可靠性综合预测函数 .403.4 可靠性预测值推荐方案 .42第四章*县电网可靠性的提高 .444.1*县电网供电可靠性存在提高 .444.2 提高*县电网供电可靠性的措施 .4664.2.1 减少外部人员导致故障停电事故次数的措施 .464.2.2 减少过电压导致停电事故次数的技术措施 .474.2.3 改进熄弧方式提高供电可靠性 .484.2.4 减少每次停电时间 .494.2.5 加强城网的管理和改造 .504.3 效益分析 .514.3.1 成本/
22、效益分析方法 .524.3.2 算例分析 .53第五章 结论 .55参考文献 .56致 谢 .58附 录 .591.附图 1.592. 2009 年乐亭电网接线示意图(35KV 及以上) .593.乐亭电网 35KV 系统接线图 .601第一章 绪论1.1 背景和意义1.1.1 背景目前我国电力工业正在进行公司化改组，由原来的国家垄断经营向放宽管制、自由竞争的电力市场机制转变，向商业化运营和法制化管理发展，即推行“两个根本性转变” ，构筑与社会主义市场经济相适应的、以资本和电网调度为纽带的新的管理体制。随着电力部门的体制改革和电力市场的开放，电力企业的经营和管理策略也逐步从生产管理转移到面向用
23、户、以用户为中心上来。面对国家宏观经济政策的冲击和市场竞争的压力，电力企业必须重视配电网持续供电的能力，重视用户的满意度，才能在优胜劣汰的市场竞争中求得生存与发展。另外随着信息化社会的到来和数字化经济的出现，以及人民生活水平的日益提高，用户对供电可靠性的要求也越来越高，配电系统的充裕性和为用户的重要设备提供高质量的电力的要求也受到更高度的关注。因此供电可靠性，不仅与提高用户对企业的信任程度有关，而且与电力企业自身发展的关系也密不可分。配电系统可靠性分析是供电可靠性技术中的重要组成部分，提高配电系统可靠性水平是保证供电可靠性水平的重要手段之一。近年来国家电网公司已将供电可靠率指标列入供电企业“双
24、达标” 、 “创一流”的必备条件之一；在1995 年版电业生产事故调查规程中，10kV 用户供电可靠率也被列入供电安全考核项目之中。随着电力企业管理工作的不断发展和深化，配电可靠性管理在生产管理工作中所占的位置也越来越重要。因此，进行配电系统可靠性研究已成为电力企业迫切需要解决的问题。乐亭县面积 1308 平方公里，地处环渤海湾地区中心地带和京津唐秦四市环抱之中，东南两面濒临渤海，海岸线长 98.2 公里，为河北省第一沿海大县。第二产业突飞猛进，全县有工业企业 479 家，纺织、建材、造纸及纸制品、化工、机加工、医药、原盐、农副产品加工等八大骨干行业，年需电量约为24692.42 千瓦时1。电
25、力供应不能完全满足国民经济的发展要求，出现了供小于求的被动局面，在盛夏季节出现的供电卡脖子现象尤为突出。另外城市建设不断进行旧城改造和新区开发工作，电力企业需要与之配合解决配电网线路老化、供电半径超标、电能质量差等问题。因此电力企业如何提高供电可靠性，提高供电企业的经济效益，是摆在乐亭县电企业面前的一个重要任务。1.1.2 意义配电系统处于电力系统的末端，是整个电力系统与用户联系，向用户供应电能和分配电能的重要环节。配电网的根本任务是尽可能经济、可靠地将电力分配给各用户。整个电力系统对用户的供电能力和质量都通过配电系统来体现，一旦配电系统设备发生故障或进行检修、试验，就会造成系统对用户供电的中
26、断。据不完全统计，用户停电故障中 80%以上是由电力系统中的配电环节的故障引起的。也就是说，配电系统对用户供电可靠性的影响最大。配电设备数量大、分布面广，对系统投资和停电损失的影响不容忽视。因此配电系统可靠性，直接体现供电系统对用户持续供电的能力，是整个电力系统结构及运行特性的集中反映，是电力可靠性管理的一项重要内容2。进行配电系统可靠性研究在保证供电质量、促进和改善电力工业生产技术和管理、提高电力企业经济效益和社会效益，进行网络建设和改造上均有着重要的作用。供电可靠性指标作为创建一流电力企业指标体系的重要组成部分，集中体现了电网水平、技术水平、电力企业的管理水平和向用户提供的服务水平，并已成
27、为电网发展和用户服务的重要评价指标。在电力市场化发达国家，可靠性己成为用户选择供电对象、竞价上网及政府审批电价的主要参考因素。近十年来，配电系统可靠性管理也日益受到电力部门的高度重视，供电企业在“创一流企业” 、 “达标”的同时，把配电系统可靠性数值及统计分析结果用于指导电力生产建设，取得了良好效果。进行配电系统可靠性研究，具有如下意义：(l)通过指标分析，能找出影响供电可靠率的主要因素，针对问题，从电网网架结构、设备配置、设备及人员管理等方面提出相应的措施，使可靠性管理3更科学、合理。对供电半径、馈线的分段数、用户数的分配、变压器的容量配置等进行经济性分析，使可靠性管理在经济的前提下取得更大
28、的效益。还可以发现现状网的薄弱环节，对停电事故进行全面重点分析，形成意见，反馈给相关部门；发现一般规律性的问题，从而更好地指导生产实践问题；为网络优化及电网建设改造提供依据。(2)能调整传统的工作方法和方式，在管理内容、手段、措施等方面有进一步的创新和发展；促进电力企业及相关行业的技术进步和科学管理水平的提高；是保证供电质量、实现电力工业现代化的重要手段，可为电网规划、建设和改造提供决策依据，具有巨大的社会效益和经济效益。1.2 配电网可靠性评估方法综述 配电系统是指 10-110kV 的网络，其可靠性指标为由供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路及用户接线在内的整个配电系统及设备，按可
29、接受标准及期望数量满足用户电力及电能量需求能力的量度3。配电系统可靠性分析是指计算、分析负荷点和系统的可靠性指标以及为提高这些指标所必须采取的措施4。1.2.1 可靠性评估模型一般认为，第一批电力系统的可靠性研究的著作出现于 1947 年，在这些著作中概率数学的应用还是比较简单的，而且只限于研究发电系统的可靠性。进入上个世纪六十年代，电力系统可靠性的研究工作才扩展到了输电和配电网，并逐渐使用了一些更为复杂的方法。1965 年 9 月，北美电力系统发生了世界电业史上最严重的事故，从而导致了电力系统可靠性研究的飞速发展；1970 年，比灵顿发表了关于电力系统可靠性研究的第一本技术性专著电力系统可靠
30、性分析5，从此，电力系统可靠性的发展进入了一个新的时期。目前，可靠性工作几乎已扩展到电力系统的各个方面。由于计算机技术的飞速发展，现在电网己逐步采用计算机对系统进行研究和监控，这就使依赖计算机对电力系统进行可靠性分析和研究已经成为必然的发展趋势。配电网可靠性的研究始于本世纪 60 年代，其起步晚于发电和输电系统的4可靠性研究，这是由于人们当时还没有意识到配电网由于直接与用户相连，对供电可靠性影响最大，同时，为数众多的配电网投资累计起来也十分可观。这就意味着配电网可靠性的工程应用将会产生巨大的经济效益。从而配电网的可靠性研究得到了迅速的发展。目前，在工业发达国家，可靠性评估己成为配电网规划决策中
31、的一项常规性工作。国内对配电网可靠性的研究始于 80 年代初期，由于缺乏必要的统计数据和行之有效的分析方法，发展较为缓慢。近年来，随着经济的迅速发展和改造的开展，迫切需要对配电网进行科学，合理的规划。而且各种统计资料也显示，配电系统引起的约占用户停电事故的 80%6。同时随着电力企业管理工作的不断发展和深化，供电可靠性在生产管理工作中所占的位置也越来越重要。目前求取电力系统可靠性指标的方法主要有蒙特卡洛法和解析法两大类。蒙特卡洛法采用计算机随机抽样试验的方法进行状态选择，用统计方法计算可靠性指标，该方法计算结构简单，使用灵活，且不受系统规模的限制;蒙特卡洛法在欧洲配电网可靠性评估中应用较多，但是计算误差与试验次数的平方根成反比，为了取得合适的精度不得不花去大量的计算时间6。这种方法目前主要用于发、输电组合系统及变电站的可靠性评估中。解析法采用故障枚举法进行状态选择，用解析法计算可靠性指标。解析法可进一步分为状态空间法和网络法：以马尔可夫模型来描述的状态空间法7北美应用较多，准确度较高，但是计算量随元件数的增多呈指数增长，因此当系统规模大到一定程度时，采用此方法有一定的困难6。文献 8, 9比较了蒙特卡洛法和解析法的模型和计算方法，发现当系统规模较小时采用蒙特
