摘要：随着人们对供电系统可靠性重要性认识的不断深入，人们从解决计算精度和计算规模之间的矛盾出发，为了使可靠性评估能真正为电力系统规划和可靠性管理提供大量可信的信息及数据指示。本文在总结前人取得的成果和经验的基础上，结合当前供电网络的实际特点和现状，综述了几种包括中压和低压系统的供电网络可靠性评估方法，对电力系统的可靠性分析提供一定的技术支持。
关键词：供配电；可靠性研究
1 引言
与世界其它发达国家相比，我国的配电系统发展起步较晚，发展水平较低，建设相对落后。城市配电网，特别是老城网，已或多或少滞后于城市的经济发展，成为制约城市发展的瓶颈。配电网结构不合理，电力设备数量多但性能落后、免维护水平低且不适合自动化要求等，导致停电事故频繁发生，可靠性较低，严重影响了人民的生活水平和经济建设的发展。
2 电力系统的组成
电力系统是生产、输送、分配、消费电能的统一整体。它分为发电系统、输电系统、配电系统和用户四大部分。电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量的能力的量度，包括充裕度和安全性两个方面。电力系统可靠性又可分为发电系统可靠性、发输电系统可靠性、输电系统可靠性、配电系统可靠性和发电厂变电所电气主接线可靠性配电系统通常包括配电变电站、一次配电线路（馈电线路）、配电变压器、二次配电线路、继电保护设施等，是连接发、输电系统与用户的重要环节。据不完全统计，用户停电故障中80%以上是由配电系统故障引起的，它对用户供电可靠性的影响也最大。
3 电力系统可靠性
目前求取电力系统可靠性指标的方法主要有模拟法和解析法两大类。模拟法通常指蒙特卡罗模拟法，该方法灵活且不受系统规模限制，但是耗时多而且精度不高，主要用于发、输电组合系统的可靠性评估中。解析法可进一步分为马尔可夫法和网络法两类，马尔可夫法能够较好的处理各种复杂情况，但当系统规模大、结构复杂时，该方法将变得十分繁复；网络法是配电系统可靠性分析中最为常用的方法，也是可靠性分析中传统的方法。传统的配电网可靠性评估方法是网络法，该方法也称为故障模式与后果分析法（FailureModeandEffectAnalysis，FMEA）。在进行可靠性分析的过程中，FMEA方法通过对系统中各元件状态的搜索，列出全部可能的系统状态，然后根据所规定的可靠性判据对系统的所有状态进行检验分析，找出系统的故障模式集合，并在此集合的基础上，求得系统的可靠性指标。在对系统中各元件状态的搜索，列出全部可能的系统状态的过程中，首先对系统进行预想事故的选择，确定负荷点失效事件（即故障集），并对各个预想事件进行潮流分析和系统补救，形成事故影响报表，将这些失效事件（事故）和影响报表统一存放在预想事故表中；根据负荷点的故障集，从预想事故表中提取相应故障的后果，计算负荷点的可靠性指标；系统可靠性指标则可从各个负荷点的可靠性指标中分析得到。
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4 改进的电力系统可靠性评估方法
4.1 最小路法
连接任意两节点间的有向弧或无向弧组成的集合称为这两个节点间的一条路。如果一条路中移去任意一条弧后就不再构成路则称这条路为最小路，最小路法是基于最小路原理的快速评估方法。其基本思想是：对每一负荷点，求取其最小路；根据网络的实际情况，将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响，折算到相应的最小路的节点上，从而对每个负荷点，仅对其最小路上的元件与节点进行计算，即可得到负荷点相应的可靠性指标。基于最小路原理的快速评估方法的核心是求取每个负荷点的最小路：这样，整个系统的元件便可分为两类：最小路上的元件和非最小路上的元件。
4.2 最小割集法
如果最小路中的任一点不会通过网络中的任一支路（此点与同一最小路中在其前或后的点形成的支路除外）与同一最小路中另一点相连，则称此最小路为基本最小路，其余的最小路称为辅助最小路。一个切断所有基本最小路的最小割集也将切断所有的辅助最小路。因此，只要通过切断基本最小路的故障元件对网络元件进行重新组合，就能充分地导出网络的全部最小割集。对于一个复杂网络，基本最小路数目可能要比最小路数目少几个数量级。因此，导出最小割集的时间大大减少，计算速度大大提高。求出最小割集的方法与步骤如下：第一步形成最小路树；第二步由最小路树导出基本最小路；第三步利用基本最小路求出最小割集。
4.3 网络等值法
实际的配电网往往由主馈线和副馈线构成，结构复杂。网络等值法主要针对实际配电网的结构特点，利用一个等效元件来代替一部分配电网络，从而将一个复杂结构的配电网逐步简化为简单辐射状的主馈线系统。等值法分为两个步骤：首先是向上等效过程。该过程主要处理下层元件对上层元件的可靠性影响，将一个复杂的副馈线分支用等效分支线代替，逐层向上层等效，最终将网络简化为一个简单辐射状的主馈线网络；然后进行向下等效过程。该过程主要处理上层元件对下层元件可靠性的影响，将这种影响用等效串联元件表示，并分层计算分布在各层的负荷点的可靠性。
4.4 故障遍历算法
这是一种基于故障枚举的思想，利用遍历技术发展起来的计算方法。首先根据故障点故障时间不同，将故障点分为故障时间不受故障影响、故障时间为隔离时间、故障时间为隔离时间加切换操作时间、故障时间为故障修复时间4类，然后以每个故障点为起点，向后搜索其父节点直至首次出现断路器为止。此时，该馈线上断路器前的负荷点为b类、c类或d类（其类型的具体确定还需进一步分析），而其它负荷点（包括该馈线上动作断路器后的负荷点和其它馈线上的所有负荷点）为a类，即正常负荷点。如此遍历所有故障时间，最终算出系统可靠性。同时，还可根据上述各故障子系统的动态拓扑结构，利用树的先根遍历和后根遍历技术，计算含有备用电源和倒换操作开关的故障子系统潮流，进行线路容量和电压越限检查。
4.5 递归算法
递归算法利用了配电网络的基本结构多为树状的特点，首先将配电网以馈线为单位存储为树型数据结构形式，然后通过对树的递归遍历将配电网的子馈线进行合理的可靠性等效，简化为一个形式简单的网络，在遍历过程中递归调用可靠性计算公式，最终得到整个配电网的负荷点可靠性指标和系统可靠性指标。这种算法利用了树型结构与配电网结构的相似性，首先将配电网的馈线作为树的结点，将配电网存储为树型结构；通过对树的后序遍历逐层将下层馈线对上层馈线的影响等效成等效分支线，直至将包含主馈线和多条子馈线的复杂的配电网简化为简单的馈线连接负荷点的，可以直接利用可靠性计算公式计算的简单结构配电网。然后，通过对树的前序遍历，逐层计算连接在不同层馈线上的负荷点可靠性指标，找到表示上层馈线上的元件对下层馈线上负荷点可靠性影响的等效串联元件，这样递归遍历下去，直到求出整个系统的负荷点可靠性指标，进而求出整个系统的可靠性指标。采用树的递归遍历程序的编制比较简洁，虽然递归函数调用需要系统额外的开销，但配电网的结构层次不会很深，一般3-6层的调用即可。与一般的FMEA算法相比，这种通过等效和递归遍历实现的算法效率更高，程序编制更简洁，无需重复搜索和计算每一馈线上的元件可靠性参数，节约了计算时间。
5 结语
本文对我国的电力系统可靠性的重要性进行简要的阐述，指出我国在可靠性的现状与国外的差距，对传统方法和改进的方法进行综述，通过比较之间的优缺点，为我国今后电力系统可靠性的发展提供理论支持。
参考文献
[1]卢川英.供电企业安全性评价系统的设计与实现[J].吉林大学，2004-09-01.
论文作者:孟松松
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/7/9
标签：可靠性论文; 系统论文; 小路论文; 负荷论文; 故障论文; 递归论文; 元件论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;