配電網(wǎng)可靠性定量評估及成本,效益分析軟件包研究

1、配電網(wǎng)可靠性定量評估及成本/效益分析軟件包研究邱生1張焰1陶鵬1 王之佩2駱敏2(1.上海交通大學(xué),上海 200030 2.上海市電力公司,上海 310014摘要:在綜合應(yīng)用配電系統(tǒng)可靠性理論、成本/效益分析理論、圖論以及面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)編程技術(shù)基礎(chǔ)上,研究開發(fā)了一套用于定量評估配電網(wǎng)可靠性以及進(jìn)行可靠性成本/效益分析的軟件包系統(tǒng)。文中著重介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)思路、軟件包工作流程和功能等。最后應(yīng)用該軟件包系統(tǒng)對我國某地區(qū)中壓配電網(wǎng)的供電可靠性進(jìn)行了定量計(jì)算,并對為提高可靠性而投入的成本以及所獲得的效益進(jìn)行了分析比較。研究結(jié)果可以為電網(wǎng)的規(guī)劃人員與運(yùn)行管理人員提供依據(jù)。關(guān)鍵詞:配電網(wǎng);可靠性;

2、成本/效益;軟件包0 引言安全可靠的電網(wǎng)是維持國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生活水平的重要保障。電網(wǎng)故障引起供電中斷所造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響往往是巨大的。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中聯(lián)系電源與用戶的一個(gè)重要環(huán)節(jié),其供電可靠性水平的高低與電力用戶有著直接的關(guān)系。保證供電可靠性是配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行管理中需要考慮的一個(gè)重要問題。電網(wǎng)的供電可靠性與電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性有時(shí)是相互矛盾的兩個(gè)方面。提高供電可靠性,則可能需增加對電網(wǎng)的投資,使電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性下降,但若不采取措施提高可靠性,則包括停電損失在內(nèi)的電網(wǎng)總成本可能反而會(huì)上升。如何使電網(wǎng)供電可靠性與電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性之間協(xié)調(diào)達(dá)到最大滿意程度,則要通過可靠性成本/效益分析來完成。首先需要

3、合理地定量評價(jià)電網(wǎng)的供電可靠性,找出其薄弱環(huán)節(jié),然后通過成本/效益分析來采取合理的措施提高電網(wǎng)供電可靠性。因此,開發(fā)具有實(shí)用性的配電網(wǎng)供電可靠性定量評估及可靠性成本/效益分析軟件包系統(tǒng)具有重要的意義。1 軟件包設(shè)計(jì)思路軟件包開發(fā)遵循實(shí)用、方便和可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)原則。配電網(wǎng)接線復(fù)雜、設(shè)備數(shù)目多、涉及的信息量大,各設(shè)備參數(shù)及功能之間存在一定作用關(guān)系,相應(yīng)的數(shù)據(jù)及其處理密切相關(guān)。本文采用面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)編程技術(shù)設(shè)計(jì)軟件包平臺(tái),在圖形化操作界面(如圖1示上用圖元的形式把設(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)集中在一起,然后利用這些圖元信息和圖元之間的聯(lián)絡(luò)信息形成計(jì)算用數(shù)據(jù),最后應(yīng)用可靠性理論計(jì)算配電網(wǎng)的各種可靠性評估指標(biāo)。根

4、據(jù)面向?qū)ο蟮姆椒ū疚脑O(shè)計(jì)了圖元的基本類,定義了普通圖元所具有的所有功能,具體的電氣設(shè)備圖元類可以通過繼承普通圖元類的屬性和編寫個(gè)性函數(shù)的方法來完成設(shè)計(jì)。為在完成圖元繪制的同時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)輸入和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),在圖元總體設(shè)計(jì)方案中,采用“三位一體”的方法,即對于每一種設(shè)備,都設(shè)計(jì)相應(yīng)的對話框類、數(shù)據(jù)庫接口類和總體控制類。其中的總體控制類可以利用對話框類和數(shù)據(jù)庫接口類實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并利用自身的函數(shù)完成圖形繪制等功能。 圖 1 圖形化界面對配電網(wǎng)進(jìn)行供電可靠性計(jì)算以及進(jìn)行有關(guān)提高可靠性的成本/效益分析時(shí)需要依賴數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理龐大的信息量。開發(fā)的軟件包采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)。數(shù)據(jù)庫中包括(1設(shè)備

5、信息表,如線路、變壓器和開關(guān)等設(shè)備的型號、名稱、額定電壓、電流或容量、設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)率、計(jì)劃停運(yùn)率、非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間、計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間、誤動(dòng)率以及設(shè)備狀態(tài)(是否在運(yùn)行、設(shè)備投資費(fèi)、電價(jià)、單位停電損失費(fèi)等;(2圖形信息表,如設(shè)備圖元的端點(diǎn)編號、名稱、位置的X和Y坐標(biāo)值以及所屬網(wǎng)圖的地址等;(3計(jì)算結(jié)果表,如系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間、用戶平均停電持續(xù)時(shí)間、平均供電可靠率、系統(tǒng)總的電量不足期望值以及各用戶點(diǎn)的可靠性指標(biāo)等;(4設(shè)備故障后果分析表,如各種設(shè)備故障對電網(wǎng)所造成的影響分析報(bào)告等;(5可靠性成本/效益分析結(jié)果;等等。圖2為線路參數(shù)輸入的典型界面。 圖2線路參數(shù)輸入界面在上述的圖形化界面

6、和數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上,軟件包綜合考慮配電網(wǎng)接線形式、運(yùn)行方式、設(shè)備故障、設(shè)備計(jì)劃檢修以及故障情況下供電負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑等影響因素,應(yīng)用可靠性理論與方法,通過預(yù)想事故后果分析,計(jì)算出配電網(wǎng)在選定運(yùn)行方式下的供電可靠性指標(biāo),如配電網(wǎng)發(fā)生故障停電的概率指標(biāo),供電可靠率指標(biāo)、年平均停電時(shí)間指標(biāo)以及由于配電網(wǎng)設(shè)備故障停電造成的電量不足期望值指標(biāo)和各負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)等;通過對各種設(shè)備故障或檢修對配電網(wǎng)停電影響程度的排序,找出薄弱環(huán)節(jié),分析哪些設(shè)備對整個(gè)配電網(wǎng)可靠性影響最大,需要加強(qiáng)其可靠性考核及管理,以提高其運(yùn)行可靠性;確定提高配電網(wǎng)供電可靠性的具體方案并進(jìn)行相應(yīng)的成本/效益分析。2 軟件包工作流程及功能軟件包工作流程如

7、圖3所示。 圖3 軟件包工作流程圖軟件包主要功能包括:1配電網(wǎng)電氣接線圖的繪制可以通過操作軟件包中標(biāo)準(zhǔn)的制圖工具欄來繪制配電網(wǎng)電氣接線圖。工具欄分別支持文字輸入、電纜、架空線、用戶變 壓器、進(jìn)線開關(guān)、進(jìn)線刀閘、用戶變壓器保險(xiǎn)熔絲和柱上開關(guān)等的繪制。關(guān)于配電網(wǎng)電氣接線圖繪制得是否正確,軟件包有自動(dòng)檢測功能。2配電網(wǎng)運(yùn)行方式的選擇運(yùn)行方式不同,電網(wǎng)的供電可靠性也不相同。配電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變實(shí)質(zhì)上是設(shè)備運(yùn)行狀況的改變。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可以通過每臺(tái)設(shè)備對話框的狀態(tài)欄 來改變,非常方便。3可靠性判據(jù)的選擇電網(wǎng)是否可靠是相對于一定準(zhǔn)則而言的。關(guān)于可靠性判據(jù)的選擇可以通過軟件包中專門設(shè)置的對話框來實(shí)現(xiàn): 圖4

8、可靠性判據(jù)選擇對話框4可靠性定量評估對于配電網(wǎng)供電可靠性定量評估的整體思路是:對于每一臺(tái)設(shè)備,首先根據(jù)設(shè)備屬性設(shè)定它的故障類型(如短路、開路,以及檢修方式下的故障等,然后對每種預(yù)想事故和故障類型求出相應(yīng)的故障范圍,對故障范圍進(jìn)行可操作恢復(fù)供電區(qū)域和不可操作恢復(fù)供電區(qū)域劃分,并實(shí)施非故障區(qū)域的負(fù)荷轉(zhuǎn)移模擬,同時(shí)通過潮流計(jì)算,判斷轉(zhuǎn)移是否成功,最后得到電網(wǎng)的故障事件集合列表,并進(jìn)行相應(yīng)的可靠性指標(biāo)計(jì)算。5自動(dòng)形成預(yù)想事故后果分析報(bào)告和顯示計(jì)算結(jié)果及排序功能用戶可以通過查看預(yù)想事故后果分析報(bào)告和可靠性指標(biāo)的排序結(jié)果尋找可靠性薄弱環(huán)節(jié)。 圖5可靠性指標(biāo)顯示窗口 圖6 預(yù)想事故后果分析顯示窗口6可靠性成

9、本/效益分析為提高電網(wǎng)的供電可靠性,有時(shí)需要增加電網(wǎng)的投資成本,包括新增設(shè)備的費(fèi)用和運(yùn)行管理費(fèi)等,相應(yīng)的可靠性效益可以用因可靠性改善而使供電部門因少售電量而少收電費(fèi)的減少和給予用戶停電損失賠償費(fèi)的減少以及設(shè)備故障維修費(fèi)的減少來衡量?？煽啃猿杀?效益分析結(jié)果可以通過顯示的界面查看。 圖7 成本/效益分析界面4 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用所開發(fā)的軟件包系統(tǒng)對我國上海市某小區(qū)的10kV配電網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行定量評估及相應(yīng)的成本/效益分析。該配電網(wǎng)有8條電源進(jìn)線、130臺(tái)10kV/0.4kV 用戶變壓器,41臺(tái)柱上油開關(guān),是上海采用配電自動(dòng)化的一個(gè)試點(diǎn)小區(qū)。電網(wǎng)分析計(jì)算中所需要的電氣設(shè)備可靠性參數(shù)均為該電網(wǎng)近3年的實(shí)

10、際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該配電網(wǎng)電氣接線如圖1所示,可靠性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表1的第2列所示。對于配電網(wǎng)供電可靠性的改善可以從以下幾方面考慮:1電網(wǎng)改造可以通過電網(wǎng)改造,如增加線路和柱上開關(guān)等來提高電網(wǎng)可靠性。軟件包在每一個(gè)設(shè)備的對話框中都提供設(shè)備成本的參數(shù)輸入,電網(wǎng)規(guī)劃者可以在軟件包的原有電網(wǎng)接線圖上進(jìn)行設(shè)備的增加及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整并輸入需要增加的設(shè)備費(fèi)用,然后重新進(jìn)行可靠性指標(biāo)計(jì)算并進(jìn)行成本/效益分析,并可以通過調(diào)用軟件包的成本/效益分析模塊來觀察電網(wǎng)改造前后的成本/效益比。對算例中的小區(qū)進(jìn)行計(jì)算時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)電源進(jìn)線不滿足N-1的情況,以及由于局部負(fù)荷轉(zhuǎn)移而出現(xiàn)設(shè)備過載的情況,因此這里沒有給出電網(wǎng)改造前后的可

11、靠性成本/效益分析。但是所開發(fā)的軟件包支持這種功能。2投入配電自動(dòng)化設(shè)備投入配電自動(dòng)化設(shè)備后其對電網(wǎng)供電可靠性的改善主要體現(xiàn)在:突發(fā)故障情況下減少故障尋址和故障隔離以及恢復(fù)供電的操作時(shí)間,使非故障區(qū)的用戶可以快速恢復(fù)供電。對于上述算例,投入自動(dòng)化設(shè)備后,非故障區(qū)的停電時(shí)間減小到了1分鐘。但是如果電網(wǎng)中的柱上開關(guān)過少,則無法在所有故障情況下對故障點(diǎn)進(jìn)行隔離,所以改進(jìn)效果不會(huì)很明顯。因此,配電自動(dòng)化設(shè)備的投入需要與電網(wǎng)的一次設(shè)備改造相結(jié)合。表1給出了算例中的小區(qū)采用配電自動(dòng)化設(shè)備前后可靠性指標(biāo)比較結(jié)果以及可靠性成本/效益比。表1 投入配電自動(dòng)化設(shè)備前后的可靠性比較 從上表可以看出,采用配電自動(dòng)化設(shè)

12、備后,對于電網(wǎng)可靠性的提高不是很明顯,但是投入?yún)s很大。效果不理想的主要原因是由于電網(wǎng)中的柱上隔離開關(guān)不夠多,電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),能夠轉(zhuǎn)移的負(fù)荷仍舊只是一小部分,再加之該配電網(wǎng)的供電可靠性水平原本就較高。3加強(qiáng)設(shè)備管理及運(yùn)行維護(hù)通過加強(qiáng)設(shè)備管理和運(yùn)行維護(hù)可以提高設(shè)備的可靠性,最終提高電網(wǎng)的可靠性水平。表2給出了設(shè)備故障率減半前后的電網(wǎng)可靠性指標(biāo)對比情況。表2 設(shè)備故障率減半前后的可靠性比較 4采取帶電作業(yè)方式可以降低設(shè)備檢修情況下對于用戶的停電范圍和停電時(shí)間。表3給出了采取帶電檢修前后配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)比較。表3 設(shè)備帶電檢修前后的可靠性比較 間。5 結(jié)語為保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行,在電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)

13、行管理中定量評估電網(wǎng)的供電可靠性并進(jìn)行提高可靠性的成本/效益分析具有重要的意義。利用開發(fā)的軟件包可以方便而高效地對中壓配電網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行分析計(jì)算。電網(wǎng)規(guī)劃人員可以以可計(jì)算結(jié)果作為合理制定最佳規(guī)劃方案時(shí)的技術(shù)衡量指標(biāo);電網(wǎng)運(yùn)行管理人員可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果找出電網(wǎng)供電可靠性的薄弱環(huán)節(jié),為及時(shí)采取措施提高電網(wǎng)供電可靠性提供科學(xué)決策依據(jù)。參考文獻(xiàn)1.范文濤,薛禹勝,慕志恒(Fan Wentao, Xue Yusheng, Mu Zhiheng.面向?qū)ο蠹夹g(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用(objected-oriented technology and its applications in power system.電力系統(tǒng)自動(dòng)化(Automation of Electric Power Systems,1998,22(12:72762.郭永基(Guo Yongji.電力系統(tǒng)可靠性原理和應(yīng)用(Principle and Application of PowerSystem,北京,清華大學(xué)出版社(Tsinghua University Press, Beijing,19863.謝開貴,周平,周家啟(Xie Kaigui, Zhou Pin