一项对配电网络进行可靠性评估的新指标

电力系统可靠性是电力系统运行的一项重要的衡量指标。传统的电力系统可靠性指标反映了电力系统元件或网络的可用度，但是没有反映出其经济成分。本文提出一种对电力系统配电网络进行评估的新指标——经济可靠性，不仅反映了电力系统的可靠性，也反映了电力系统的经济性。这对于提高电力系统的经济效益，具有重要的意义。
    关键词：电力系统，经济，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
    电力系统可靠性研究，在许多文献中都有涉及^[1-3]，所研究的内容也非常广泛：高压电力网络的可靠性、高压直流输电可靠性、高压开关设备的可靠性，等等。
    配电系统是电力系统的一个重要组成部分。配电系统可靠性评估，是对正在运行的配电网络，或者是对新设计的配电网络作出供电可靠性评价，从而确定该配电网络供电可靠性的优劣。通过对配电网可靠性评估，可以确定出计划停电以及故障停电对供电可靠性的影响，由此确定提高供电可靠性的技术措施和寻求提高供电可靠性的管理方法。
    一般说来，在常规可靠性评估时，可靠性高的配电网络不一定经济性好，经济性好的配电系统不一定可靠性高。本文提出的“经济可靠性”指标高的配电网络，才同时具有较高的可靠性和经济性。

1  配电网络系统常规可靠性评估
    在进行配电网络系统可靠性评估时，在传统上，较常用的指标有：输变电设备的故障率λ、计检率。而故障率λ，一般用单位“次/年·台”或“次/年·km”表示，说明一年中平均每台设备发生故障的次数，或一年中平均每公里线路发生故障的次数。此外，还通常使用下列的可靠性指标等：
    (a) 系统平均停电频率指标SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)：


    上式也称供电可用度或供电可靠率。
    (f)平均不可用度指标ASUI：
 
    复杂的配电网络都是由放射型网络和环型网络构成的。显然在可靠性方面，环型网络要优于形放射型网络，带有分段或分支开关的要优于不带开关的网络。这主要是根据网络故障时的停电的范围确定的，即根据停电的户数×时数确定的。
    然而，用指标“户数×时数/年”或“次数/km”或“次数/年”来进行配电系统可靠性评估，仅仅反映一个停电范围方面，故障停电所带来的经济损失却不能反映出来。一个大用户(装变容量很大)与一个小用户(装变容量很少)，在同样的停电时间内，对指标“户数×时数/年”或“次数/km”的贡献是一样的，但显然，两者的经济损失相差很大。下面的“经济可靠性”的指标，主要是从经济上的角度对配电网络系统可靠性进行评估。

2  配电网络系统经济可靠性指标
    在电力系统中，与经济直接相关的是供电量。系统故障停电时，影响的也是供电量。在系统故障时，一是要减少停电时间，二是要减少停电范围，即停电的户数，三是(也是更重要的)要使因停电而损失的供电量达到最小。即说，我们不仅要考虑“户数×时数”，还要考虑“千瓦×时数”，或 “兆伏安×时数”。 这里的“兆伏安(时数”指标，突出了大用户权重，而减轻了小用户的地位，从而使得配电网络可靠性指标不仅能反映故障停电的范围，也能反映停电时经济损失有多大。
    根据上面的概念，在进行配电网络系统可靠性评估时，特提出下列的经济可靠性指标如下：
    (a) 故障率指标λ：



    下面用经济可靠性指标对某市区的配电网络系统进行可靠性评估。

3  应用实例
    为了清晰起见，这里例子仅限于放射型配电网络，环型配电网络可同样分析。
    设某市所辖的一个独立10千伏中压配电网络小系统，总户数620户，总装变容量359MVA，线路总长度245.53公里，10千伏线路55条，其停电数据统计表如表1所示。

    下面的分析中，原可靠性指标用下标Y标出，表示经济可靠性指标的用下标W表示。该系统的故障率λ和每次停电平均时间T如表2所示。

    以该市的某条10kV线路为例(如图1所示)，进行可靠性评估，并用传统的可靠性和经济可靠性分别评估。

    为方便起见，将所有的支线都等效为一段带箭头的线段表示，分支线上所带的所有容量都等效为其总容量。图1中的大写字母A、B、C等为用户编号，箭头指向的为该支线所有用户用户的装变容量(MVA)，线段旁边的数字为该线段长度(km)，圆圈内的数字为该支线上所有用户数。
    设变电站全停一次时为8h，这样图1网络上的所有39户用户均受影响；由于线路上没有装设开关，则当线路上任何一点发生永久性故障时，都将造成图1所示的全线停电，其停电时间为故障排除时间，设为4h。根据表1，可算出变电站全停时，该网络的户×时数h_Y1和h_W1、计划停电的户×时数h_Y2和h_W2，和故障停电户×时数h_Y3和h_W3，考虑全停、计划停电和事故停电的ASAI，以及只考虑故障停电时的ASAIF，结果如下表3。

    从表3可以看出，图1系统的原可靠性和经济可靠性指标接近。
    当线路上装有分段开关和分支开关时，如图2所示结构，分别计算其原可靠性和经济可靠性指标，结果如表4中。

    从表2可以看出，在有分段开关和分支开关的情况下，图2所示网络的原供电可用度较高，而经济供电可用度较低。
    设图2中的网络结构、各分支线上用户数和编号都不变，只是其部分分支上的装变容量有变化，相当于部分大用户和小用户相互对换，如图3所示。

    对图3网络结构重新计算各可靠性指标，发现，对换后的网络，其原可靠性指标不变，而经济可靠性指标发生变化，经济性可用度增加了。如表5所示。

    再一次对图2网络部分用户的装变容重新对换，并计算相应的可靠性指标，结果见图4和表6。

    比较表3和表4可知，当网络安装有分段和分支开关时，原可靠性指标和经济可靠性指标均有提高，即两种方法的供电可靠率ASAI和ASAIF都提高了。可见，分段和分支开关对提高配电网络可靠性具有重要作用。
    比较表4、表5和表6，可以看出，网络结构和用户数不变，仅仅是支线上的用户装变容量发生变化时，原可靠率ASAI和ASAIF均不变，即网络上，连接的是大用户还是小用户，对可靠率ASAI和ASAIF都是不变的。然而经济可靠率却发生了变化，大用户越是靠近线路的电源端段，经济可靠率就越高。
    比较表4、表5和表6故障停电的MVA(时数/年得知，图2网络为95.291 MVA(小时/年，图3网络为83.22 MVA(小时/年，图4网络为78.286 MVA(小时/年。从图2网络到图4网络，因故障停电的户(时数减少了17.8%，因而经济损失减少了17.8%。若整个市区的配电网络在中低压配电改造时，能同时兼顾经济性，则不仅提高了可靠性，其经济效益也是非常的可观的。

4  结论
    本文提出对电力系统配电网络进行评估的新指标——经济可靠性，不仅反映了电力系统的可靠性，也反映了电力系统的经济性。这项指标的提高，对于提高电力系统配电网运行的可靠性和经济性，都具有重要的意义。