丁明，张静，李生虎
（合肥工业大学电气工程学院，安徽省合肥市230009）
ASEQUENTIALMONTE-CARLOSIMULATIONbaseDRELIABILITYevalUATION
MODELFORDISTRIBUTIONNETWORK
DINGMing，ZHANGJing，LISheng-hu
（SchoolofElectricalEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，AnhuiProvince，China）ABSTRACT:Consideringthepowerlinetransmissioncapacityandpowerflowdistribution,areliabilityevaluationsystembasedonsequentialMonte-Carlosimulationandtime-varyingloadmodelisestablishedandusedtoevaluatethereliabilityofdistributionnetwork.Intheloadsheddingstrategythecostforthecompensationcausedbypowersupplyinterruption,thecostofquantityofelectricitycausedbypowersupplyinterruption,thenetworklossesandthetimeintervalofpowersupplyinterruptionarecomprehensivelyconsidered,thereforethismodelwillbemoreactualinthesimulationsofthefaultsindistributionnetworkandthatofthesituationofthepowersupplyinterruptioninloadpoints,inadditionthismodelcanbeusedtoevaluatetheriskindicesandeffectindicesofreliabilityunderdifferentdispatchingstrategy.ThetestresultbyIEEERBTSshowsthatthismodelisrationalandeffective.
KEYWORDS:SequentialMonteCarlosimulation；Distributionnetwork；Reliability；Transmissioncapacity；Optimalloadshedding
摘 要：提出了考虑线路容量约束和潮流分布的基于序贯蒙特卡罗仿真和时变负荷模型的评估配电网可靠性的模型。模型中切负荷策略综合考虑了停电损失费用、停电电量、网损和停电时间，因而该模型在模拟配电网的故障和负荷点停电情况方面更加符合实际运行情况，并可以评估不同调度策略下的可靠性风险指标和可靠性效益指标的影响。经采用IEEERBTS配电系统测试，结果表明该模型是合理的、有效的。
关键词：序贯蒙特卡罗；配电网；可靠性；线路容量；最优切负荷
1引言
配电网可靠性评估有两类方法：解析法和基于蒙特卡罗抽样的概率模拟法。在第一类方法中有：①故障模式与后果分析法（FMEA）。它原理简单、清晰，模型准确，已广泛用于辐射型配电网的可靠性评估[1]，但其计算量随元件数的增长而成指数增长，所以当配电网的结构比较复杂，元件数及操作方式增多时，计算将变得冗余繁琐。②最小割集法[2]。从网络拓扑角度分析系统连通性，考虑了影响可靠性的诸多因素，但没有考虑线路的传输容量限制，因此可靠性评估结果与实际情况有一定差距。③加入潮流的最小割集法[3]。④故障遍历算法[4]。方法③和④考虑了线路容量约束，但是没有考虑用户负荷随时间的变化，因而也不能真实地模拟配电网故障后网络重构的复杂情况。第二类方法可以对系统各种故障模式和故障后的切换操作序列、网络重构过程进行比较真实的模拟，可计算停电功率、停电电量、停电频率、停电持续时间等有价值的可靠性指标。在配电系统的结构、功能、调度方式日益复杂化的今天，该类方法更具有适应性。
本文采用序贯蒙特卡罗仿真法，建立了全年负荷的时变模型，考虑了线路容量约束，可进行逐小时的可靠性指标评估。当主馈线发生故障且故障被隔离后，采用启发式推导算法对非故障区恢复供电，每次操作开关或开关对时都要进行线路电流和节点电压校验，如果仍存在安全越限而需要停运一些负荷时，则采用综合考虑系统停电费用、停电电量、网损和系统停电时间的目标函数，以决定停运负荷点。对负荷较重的馈线故障，本文采用了由两条主馈线同时供电的模型。
2原理及模型
2.1序贯蒙特卡罗抽样模型
元件模型:认为所有元件的故障和修复时间服从于指数分布。
负荷模型：计及用户负荷随季节而变化，以小时为单位模拟一年8760h的负荷。
抽样条件：
（1）计及配电线路的故障和11/0.415kV变压器的故障，不考虑断路器、母线、分段开关和熔断器的故障。
（2）抽样时考虑联络开关计划检修下的一重故障。当网络中有元件发生故障时，不检修，推迟到无故障状态时再进行计划检修。
（3）当某条主馈线上有线路故障，进行网络重构时则认为其他馈线正常运行。
（4）若主馈线故障引起分支线故障的事件的恢复时间与此分支线的上一次故障恢复时间相重叠，则修改上一次故障事件累加的停电时间、停电电量和停电损失费用。
（5）若主馈线故障引起分支线故障的事件的恢复时间与此分支线下一次故障恢复时间相重叠，则修改下一次分支线的故障时间和修复时间。
抽样过程中用公式(1)和(2)统计负荷点每次停运（本身故障或主馈线故障引起的停运）的停电损失费用ECOSTi和停电电量EENSi。
式中B为抽样时间里引起负荷点停电的故障事件集合；t1为元件开始故障的时刻；t2为元件故障结束的时刻；Ci(△t)为负荷点i停电△t的停电损失费用，△t=t-t1；Li(t)为负荷点i在时刻t的负荷。
2.2配电网潮流算法
由于配电网是闭环设计、开环运行的，所以一般呈辐射状运行，在进行联络开关操作时会出现短暂的环网。配电网络的线路参数R/X的比值较大，本文采用前推回代法可以处理简单的环网（联络开关闭合形成独立的环网）情况，计算速度较快。
对计算因联络开关的操作而形成简单环网的潮流时，采用单环分步潮流法[5]。此方法也可计算因闭合联络开关而形成不相关的环路的潮流。
计算步骤：
（1）网络各节点电压赋初值，取节点所在馈线的根节点电压。
（2）固定环网节点电压，调用辐射网络的潮流程序计算各环网节点下游的辐射分支等值到环网节点上的注入电流。
（3）固定环网节点上的等值注入电流，用公式(3)和(4)递推求解环网支路电流。
式中i1为环网上第一条支路流过的电流；ik为环网上第k条支路流过的电流，k=2,3,…,n；Zk,l为第k条支路的正序阻抗；Ij为环网上第j个节点的等值注入电流；△U=U1-Un 1两条馈线两端引起的电压差。
（4）递推求解环网节点电压
（5）若相邻两次迭代中，环网节点电压差值的模的最大值小于给定的收敛标准，则潮流收敛，停止计算，否则转步骤（2）。
2.3电网故障后供电恢复方法
2.3.1方法及步骤
本文采用启发式推导算法[6~8]进行故障后网络重构，恢复对无故障失电区的供电，并在此基础上做了一些改进。
故障重构中的几个概念。支持馈线，系指通过联络开关与非故障失电区直接相连的馈线；有效联络开关，系指一端接在正常的供电馈线上、另一端连在等待恢复供电区上的联络开关；主支持馈线，系指闭合有效联络开关的首先对等待恢复供电区进行供电的支持馈线。
算法步骤：
（1）计算闭合有效联络开关冗余载流量最大的支持馈线的潮流并进行安全校验，若电流越限则继续步骤（2）；否则检验电压是否越限。若电压越限，则选择联络开关冗余载流量次之的联络开关闭合，以消除电压越限。若能消除电压越限，则全部恢复供电成功，结束流程；否则仍然闭合联络开关冗余量最大的联络开关，然后继续步骤（2）。
（2）按照有效联络冗余载流量从大到小的顺序，逐个寻找相匹配的分段开关并进行操作，将部分等待恢复供电区的负荷转移给其它支持馈线。每操作一次开关对，对操作开关对的支持馈线要进行一次安全校验。若安全越限，则提取下一个有效联络开关；否则对主支持馈线进行安全校验。若越限则提取下一个有效联络开关，否则结束流程。若有效联络开关循环完毕，主支持馈线仍存在安全越限，则进入步骤（3）。
（3）取消步骤（2）的操作。将支持馈线的负荷转移到下一级支持馈线，以增大支持馈线上有效联络开关的冗余载流量。然后再重新操作有效联络开关和分段开关，分担等待恢复供电[1][2][3]下一页
