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摘要：为实现对配电网系统的可靠性分析，采用最小路径法，计算各支路的可靠性指标，最后通过matlab平台进行实例分析，验证了算法的正确性。
关键词：配电网；可靠性指标；最小路法；matlab
0引言
在我国，配电网主要指110 kV及以下系统。配电网承担着给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源的任务，它直接和用户相连，因此对供电可靠性影响最大。根据电力公司的统计，用户停电故障的80%以上是由电力系统中的配电环节引起的。因而，对配电系统进行可靠性评估，对提高配电系统的可靠性[1]-[2]水平有着十分重要的意义。
传统的配电网可靠性评估技术主要基于故障结果分析法（FMEA）。FMEA系统地归纳细节，在一个部件元件的基础上，找出所有可能的故障模式，并确定其对系统造成的影响。利用FMEA时需要进行大量的分析，因此很难直接利用FMEA评估一个复杂的辐射型配电系统。
基于最小路的配电系统可靠性评估算法考虑了分支线保护、隔离开关、分段断路器的影响，能够处理有无备用电源和有无备用变压器的情况，可以为不同接线方式的配电系统提供可靠性计算方法，故本研究采用最小路算法。
1 配电网主要可靠性指标
反映各负荷点可靠性的指标有：负荷点故障停运率λ(次/a)；负荷点的年平均停运时间U(h/a);负荷点每次故障平均停运持续时间r(h/次)。
对N个串联可修复元件，计算时采用以下公式：
2 最小路法可靠性评估
配电系统在实际运行中多采用开环运行、辐射状供电方式，在可靠性评估时，应以此作为典型方式加以研究。
在实际的工程应用中，由于网络结构及系统装配的不同，系统中各个元件参与计算的方式也不同，这就为可靠性评估带来了一定的困难。本文结合系统的实际配置，提出了一种基于最小路[3]-[5]的快速评估方法。下面用一个简单的辐射型系统(见图1)介绍基于最小路的可靠性评估算法原理。
先求取每个负荷点到电源点的最小路，这样整个系统的元件便可分为最小路上的元件和非最小路上的元件2类。例如,图1中对于负荷点2，它到电源点的最小路由主馈线1、2和分支线b组成，这些线路上的元件为最小路上的元件，其他元件为非最小路上的元件。对于最小路上元件处理原则如下:
1）如果系统无备用电源，那么最小路上的每个元件发生故障或检修，均会引起负荷点的停运。参与计算的是元件停运率和停运时间。如图1所示，负荷2最小路上的主馈线1、2和分支线b上的元件停运都会引起负荷点2的停运。
2）如果系统有备用电源，而且主馈线上装有分段装置（隔离开关、负荷开关或分段断路器），那么分段装置前的元件发生故障引起后段负荷点停运时间仅为max{tF,tB}，其中tF为分段装置的操作时间，tB为备用电源的倒闸操作时间；而且认为前段元件的检修不会引起后段负荷点的停运。
以图1为例，主馈线1故障，负荷点2的停运时间仅为max{tF,tB}，如果主馈线1检修，则负荷点2不受影响。除此之外，最小路的元件停运，均会引起负荷点的停运。参与计算的为元件停运率和停运时间，即主馈线2、分支线b上元件的停运都会造成负荷点2的停运。
对于非最小路上的元件, 先根椐系统的结构,将其对负荷点可靠性指标的影响折算到相应的最小路节点上,然后按上述方法处理即可。如图1所示,对于负荷点2,分支线a的影响可以折算到节点A上,主馈线3、4和分支线c、d的影响折算到节点B上,这样非最小路上元件的影响便转化为最小路上的节点A、B的等效可靠性指标, 此时按照上面所讲的原则对A、B进行处理即可。
对于非最小路上的元件，根据系统的结构可分为以下几种情况处理。
对于分支线，如果其首端装有熔断器等分支线保护，那么分支线上的元件发生故障，熔断器熔断，故障不影响其他支线。如图1中分支线c故障，不影响负荷2和其他负荷的运行。
如果没有熔断器等分支线保护，则先求每个非最小路元件到电源的最短通路，并且找到通路上从元件出发的第一个开关或分段断路器，再判断开关或分段断路器是否位于负荷节点的最小路上。
如果通路上第一个开关或分段断路器不在负荷点的最小路上，则非最小路元件发生故障所引起的负荷点停运时间为开关或分段断路器的操作时间，并且检修不会引起前段负荷点的停运。以图1为例，如主馈线3、4上元件故障，由于其到电源通路上的第一个开关或断路器QF2不在负荷点2的最小路上，则它们引起负荷2的停运时间仅为分段断路器的操作时间，并且检修时负荷2不停运。
如果通路上第一个开关或分段断路器在负荷点的最小路上，则开关不起作用，元件发生故障所引起的负荷点停运时间为元件停电时间。如图1中馈线a发生故障，由于其到电源的通路上的第一个隔离器件为QF1，并且在负荷点2的最小路上，则QF1不起作用，馈线a故障或检修引起负荷2的停运时间就是馈线a的停运时间。
因为在计算过程中体现了每个元件对负荷点可靠性指标的贡献，可以根据这些信息找出系统的薄弱环节，并为改善措施的设计提供重要的信息参考。
3 算例分析
图2为最小路法的流程图。
IEEE RBTS BUS 6系统是Roy Billinton配电可靠性测试系统的一部分。本文选择其中11kV母线的F1和F2作为基于最小路与区间算法相结合的配电系统可靠性的评估系统，且其中L11与L25通过联络开关连接，对其可靠性指标进行分析、评估。它包括26条线路、13个负荷点、13个熔断器、13个配电变压器、2个断路器，用户1275户。该系统的接线图如图3所示。
由表1、表2可知，11kV母线的F1和F2馈线各个分支的负荷节点可靠性指标几乎相等。其中，负荷1、2节点的可靠性指标相对较差，停运时间较长。而系统可靠性表中所示，平均供电可用率也达到了99.9%的要求。
4 总结
本文采用的最小路法，考虑了最小路和非最小路上元件对负荷点可靠性的影响，并对最小路上的元件考虑了分段装置的影响，对非最小路上的元件考虑了分支线保护和断路器等开关的影响，精度较高。
该算法可用于辐射型配电网，但当系统复杂时，求取各负荷点的最小路要花费大量的时间，且计算量大，难于做到快速评估，以后可以进一步针对该缺点提出改进。
本文算例简单考虑了负荷转供问题，但未对其转供以后电气量（电压、电流等越限）约束问题提出详细分析，未来可以进一步讨论。
此外本文还未计及开关种类情况，可以充分考虑不同开关种类下的可靠性分析。
参考文献
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[2]王旭东，林济铿.基于网络化简的含分布式电源的配电网可靠性分析[J].电力系统自动化，2010,34（4）：38-43.
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[5]沈宏，付广春.改进最小路法在配电系统可靠性评估中的应用[J].中国电力，2010，43(10)：20-22.
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论文作者:陈琳1,周鹏举2,徐鹏2,陈嘉琪3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
标签：负荷论文; 元件论文; 可靠性论文; 系统论文; 最小论文; 路上论文; 小路论文; 《电力设备》2017年第4期论文;