沈亚东，侯牧武
(清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084)
提出了一种完整的单向等值的配电网可靠性评估方法。该方法首先将整个网络中相连的断路器/隔离开关之间的所有元件/负荷点等值成一个推广了的负荷点，然后通过不断的由下而上的网络等值将整个配电网逐步等值成一个节点。上述等值过程的等值基准是等值前后的等值部分对外界网络的影响相同，因而整个网络的可靠性指标可能会发生变化。通过这种可靠性指标的变化以及最终等值节点的参数，可反推出整个配电网最初状态的可靠性指标。须指出的是，第一阶段中相连的断路器/隔离开关之间的所有元件/负荷点的等值，可以放到第二阶段消除断路器/刀闸的的等值过程中进行，这样，在整个算法过程中，所有元件/负荷点只需遍历一次，从而避免了冗余计算。通过一算例验证了该算法的正确性和高效性。该方法适用于大规模配电网的可靠性计算。
关键词：配电网络；单向等值；可靠性AUNIDIRECTIONALEQUIVALENTMETHODTOevalUATERELIABILITY
OFDISTRIBUTIONNETWORK
SHENYa-dong，HOUMu-wu
(Dept.ofElectricalEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)
ABSTRACT:Acompleteunidirectionalequivalentmethodtoevaluatethereliabilityofdistributionnetworkispresented.Firstly,thismethodmakesallofthecomponents/loadpointsbetweentheconnectedcircuitbreakers/disconnectinglinksequivalenttoabroadnodeofload,thenbysuccessiveexpunctionofcircuitbreakersanddisconnectinglinksfromthebottomtothetop,thetotalnetworkistransformedintoanodeequivalently.Theequivalentbasisofabovementionedequivalentprocessisthattheinfluencesofequivalentpartsonoutsideloadsbeforeandaftertheequivalentaresame,sothereliabilityindicesofthewholenetworkmayvary.BymeansofthevariationofthereliabilityindicesandtheparametersofthefinalequivalentnodethereliabilityindicesoftheoriginalstateofthewhoLEDistributionnetworkcanbeoppositelydeduced.Itistobepointedoutthattheequivalentofalltheconnectedcomponents/loadpointsbetweenbreakers/disconnectinglinksinthefirststepcanbecarriedoutwithintheequivalentprocessinthesecondstepwhenthecircuitbreakers/disconnectinglinksareexpunged.Thus,allofthecomponents/loadpointsofthenetworkcanbesearchedonlyonceinthealgorithm,sotheredundantcalculationcanbeavoided.Thecorrectnessandefficiencyofthepresentedalgorithm,whichisavailableforthereliabilityevaluationoflargescaledistributionnetwork,isverifiedbyacalculationexample.
KEYWORDS:Distributionnetwork；Unidirectionalequivalent；Reliability
1引言
随着人们对配电网可靠性要求的提高，配电网可靠性的评估方法成了研究热点，尤其是在国内[1-6]。在众多的评估方法中，最基本和最常用的方法是故障模式后果分析方法(FailureModeandEffectAnalysis，FMEA)。该方法的优点是便于考虑各种故障，缺点是当电网规模很大时其计算量太大。为减小计算量，文献[4]提出了用故障扩散方法确定故障隔离范围，文献[6]提出了结合最小割集法的FMEA方法。
采用网络等值是简化计算的另一思路。文献[1]提出了完整的适用于配电网的等值方法。这种方法计算速度快，自下而上和自上而下的等值过程中需要对元件进行多次重复遍历，使算法仍存在一定的冗余计算。文献[2]和[5]对文[1]算法采用的拓扑结构进行了讨论，文[3]将这种等值方法和最小路径法结合使用。
上述方法的共同特点是首先求出每个负荷点的完整的可靠性指标(包括年故障率λ、年平均停运时间r、年故障停运时间U)，然后再通过这些指标求整个网络的可靠性指标。但实际上可以绕开计算每个负荷点的完整的可靠性指标，而直接计算整个电网的可靠性指标[7]。为此，本文提出了一种新的网络等值方法：先将相连断路器/联络开关之间的元件和负荷点根据其对外部的影响等值成一个节点，并推导出等值前后网络可靠性指标的变化；然后通过等值由下而上地逐步消去网络中所有的断路器/联络开关，最终等值成为一个节点，并推导出等值前后网络可靠性指标的变化；通过最终节点的可靠性指标和整个等值过程中网络可靠性指标的变化，反推出网络最初的可靠性指标。需说明的是，对断路器/联络开关内部的网络等值可以放在消去断路器/刀闸的过程中进行，这样，在整个算法中，对所有的元件/节点只需遍历一次，实现了无冗余计算。
2数学模型
在配电网中导致负荷点停电的原因很多，为简化问题，突出重点，本文只研究配电网中同一时刻只有一个元件(不是断路器/刀闸)发生永久性短路故障的情况，忽略断线故障、多重故障等其他工况。当电网中某处发生永久性短路故障时，故障点上游的负荷点的停电时间为故障隔离时间tf，故障点自身和故障点下游没有后备电源的负荷点的停电时间为故障修复时间tp，故障点下游有后备电源的负荷点的停电时间为故障恢复时间ts。在配电网自动化程度较高的今天，tf和ts之间的差异是很小的。
对于负荷点而言，在只考虑一次性永久故障的情况下，其停电有两种可能性：①自身所在区域发生永久性故障，②别的区域发生故障而导致其停运。设λp、rp和Up为由第一种原因引起的年永久性故障率、年平均永久性故障停运时间和年永久性故障停运时间；λ、r和U为通常意义下的年故障率、年平均停运时间和年故障停运时间，包括所有的停运类型。当然，负荷点的基本参数还包括用户数N，有功功率P，无功功率Q等。对于电网而言，有多种可靠性指标，此处采用常用的电网平均断电频率指标(SAIFI)Rsaifi和用户平均断电时间指标(SAIDI)Rsaidi，其定义如下：
数；∑UiNi为用户停电持续时间和。
3网络等值
3.1相连断路器/刀闸内部的等值
为方便计，设配电网的元件/负荷点集合为S，相连的断路器/刀闸的内部元件/负荷点集合为K。集合K具有如下特点：
(1)K是S的一连续子图；
(2)K中不存在隔离开关或断路器；
(3)K与S中补集(S/K)相连的元素为断路器/刀闸。
一般情况下，在总集合S中会存在大量的集合K，如图1(a)中的断路器F0和刀闸S0之间的元件构成一集合K。对每一个集合K，可以根据其对外部网络的影响将其等值成一个节点，如将图1(a)中的集合K等值成图1(b)中的节点Lpequ。该元件兼有普通元件和负荷点的双重特点，即同时拥有客户总数、年永久性故障率和年平均永久性故障停电时间等基本参数。在等值过程中，需要注意的是当熔断器正确动作时，其保护部分发生的故障对熔断器保护之外的范围没有停电影响，因此可以求出等值节点的基本参数以及等值前后电网可靠性指标的变化。为方便计，下文把这些等值之后的节点和电网最初的负荷点统称为负荷点。&nb[1][2][3]下一页
