农村电网可靠性评估方法研究

2023-02-08

我国的农网供电可靠性工作起步较晚, 1998年国家电力公司颁发了《供电系统用户可靠性评价规程 (暂行) 》。随后中电联、国电公司联合研制了《供电系统用户供电可靠性管理信息系统》, 给农电企业规划了供电可靠性的统计办法和评价指标体系, 从此农电企业开始了对用户可靠性进行统计、计算、分析和评价工作。但是农村电网供电可靠性工作仅仅是在离线状态下对用户供电可靠性的统计, 其分析评价不能进行在线的、实时的数据分析, 更不能做到根据分析结果进行提前预防。近年来, 为了向用户提供高质量的电能, 加强电网的标准化管理, 为了加强计划用电、调度、检修, 提高供电可靠率, 对农村配电网可靠性研究越来越受到人们的重视。

据2001年电力可靠性管理中心公布的数字, 在286个城市供电企业中, 10k V用户的供电可靠率在99.96%于99.98%之间, 即每户平均一年停电3.33h。农村电网的实际供电可靠性更低, 2003年国家电网公司公布所属各省市农村电网可靠率计划指标平均水平为99.3%, 即每户年平均停电时间为61.32h, 这与发达国家相比差距甚远。据1995年发达国家供电可靠性统计资料表明:日本每户每年停电时间为6min;法国每户每年停电时间为69min;英国每户每年停电时间为80min;美国每户每年停电时间为98min。造成这些差距的原因有很多, 但是故障停电是最主要的原因。

农村电网可靠性的研究起步比较晚, 国内外学者提出了不少关于配电网可靠性评估方面的模型和方法, 极大地推动了配电网可靠性的理论研究和实际应用。目前, 用于配电网可靠性评估的方法可分为解析法、模拟法、混合法和人工智能算法。

1 解析法

解析法的基本思想是根据系统的结构和元件的功能以及两者之间的逻辑关系, 建立系统的可靠性概率模型, 然后通过递推或迭代等过程精确地求解此模型, 从而计算出系统的可靠性指标。解析法的物理概念清晰、模型精度高, 但计算量随系统的增大而急剧增加, 不易处理相关事件, 只能考虑一个或有限个负荷水平, 不能模拟实际的控制策略。

在解析法中, 故障状态的选择是通过故障枚举法来实现的, 即通过故障枚举法首先选择一个停运状态, 对此停运状态进行评价 (通过潮流计算来实现) , 采用相应的优化补救措施;然后进行再判断, 并根据其可能引起的后果进行适当的切负荷;最后计算该状态对可靠性指标的影响。枚举所有的故障状态, 就能得到所求的可靠性指标。一般情况下, 系统故障停运状态的选择是按某种逻辑逐个地选择, 例如:可以首先检验所有单重偶发事件, 继而是双重偶发事件, 直至所有状态检验完毕。由于解析法采用的是严格的数学手段, 计算可信度高在给定的简化假设条件下, 一般可求得准确的结果。但是, 由于系统状态的数目随着系统元件数目的增加而呈指数增长, 所以当系统很大时, 要枚举和检验所有的故障状态, 计算量是很大的。

因此, 应用解析法来分析复杂农村电网可靠性指标时所面临的主要困难就是在不失计算精度的前提下如何减少计算量以提高计算速度。国内外学者在这方面做了大量的研究工作, 并提出了许多具体的方法, 它们有各自的优点, 但都具有一定的局限性, 缺乏通用性和推广性。

2 模拟法

蒙特卡洛模拟法属于统计试验类方法, 比较直观, 易于被工程技术人员掌握和理解, 易于处理系统按时间顺序进行的操作, 容易处理各种实际运行控制策略, 而且计算量 (抽样次数) 几乎不受系统规模和复杂程度的影响。蒙特卡洛模拟法是以配电网各元件的可靠性原始数据为前提, 通过计算机模拟随机出现的各种系统运行状态, 从大量的模拟实验结果中统计出系统的可靠性指标的方法。需先找到故障元件影响的所有负荷点, 形成它们的工作/恢复的历史数据表。通过对负荷点历史记录的采样、分析和计算, 便可求出系统和负荷点的可靠性指标, 包括其均值和概率分布。模拟法所要求的模拟次数与系统的规模无关, 算法和程序结构较简单, 可以求出可靠性指标的概率分布, 适合于复杂系统的可靠性评估, 在处理故障相关性、节点负荷相关性及按时序进行的操作方面有很好的效果, 并可反映负荷的随机变化特性。

3 混合法

解析法和蒙特卡洛法各有所长, 且其各自的优缺点相互补充。如果有一种方法, 能将这两种方法有机地结合起来, 充分发挥各自优缺点则是最理想的评估方法。混合法正是基于这一考虑才应运而生的, 而且近年来一直是可靠性评估研究中的热点。

混合法的主要思想是:由于解析法模型精确, 物理概念清楚, 在能用解析法的地方充分利用解析法, 在求解规模超过解析法的求解能力时, 应用蒙特卡洛法, 也就是说在蒙特卡洛法的模拟过程中, 尽可能地利用解析法所能提供的信息, 以降低模拟统计量的方差, 从而显著地减少蒙特卡洛法所消耗的CPU时间。

混合法首先由clancy DP应用于多区域电力系统的可靠性评估, 其后被用于发输电组合系统的可靠性评估, 这时的混合法只是蒙特卡洛法和解析法的很直观的推广。它根据解析法比较适合用于输电系统的特点, 在发输电组合系统的可靠性评估中, 对于输电线路的故障采用解析法处理, 然后在输电线路发生各种故障的条件下, 对发电系统的故障进行采样, 应用模拟法进行评估。这种方法的优点是将系统中适于用解析法处理的部分 (输电系统的故障) 用解析法处理, 减少了蒙特卡洛法的采样, 从而提高了运算速度。

4 人工智能方法

近年来, 人们尝试将人工智能的方法引入并应用于电力系统可靠性评估的研究中, 是基于目前的评估算法 (解析法和模拟法) 对于复杂多变的系统进行可靠性评估存在着建模困难和计算量大的问题而提出的, 出现了所谓的人工神经网络评价可靠性的方法以及模糊可靠性评估方法。

在电力系统中, 不仅涉及到随机性、不确定性问题, 而且还涉及到许多模糊性不确定问题;电网规划时目标年的负荷预测值及用户对系统供电满意度等具有模糊性;因统计资料不足或统计误差以及设备运行条件、运行环境难以确切估计, 使得电气设备的故障率、修复率产也具有模糊性, 这就使得模糊性的可靠性评价指标具有相当的现实意义。

模糊可靠性评估方法的实质, 就是应用模糊集合论里的模糊数表示设备的故障率、修复率、设备状态概率等数值上的模糊不确定性, 并通过相应的模糊集合运算得出电网的模糊可靠性指标。用模糊度隶属函数描述可靠性指标的可能性分布, 为规划人员提供更多的科学决策信息。

摘要：本文基于笔者从事的农村电网可靠性评估研究课题, 对国内外农村电网可靠性评估方法进行了系统的研究, 相信分析阐述了当前国内外主要采纳的四种方法:解析法、模拟法、混合法、人工智能法, 尤其对解析法进行了较为深入的研究探讨, 新方法的提出离不开对传统方法的继承, 相信本文的研究对于农村电网可靠性评估新方法的提出有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：农村电网,可靠性,评估方法,解析法