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一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究

2018-05-01 15:26阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1453203415

摘要：配电网是连接电力企业与广大终端电力客户的重要输电网络，配电网的可靠性和成本效益与电力企业的经营效益息息相关。研究配电网的可靠性和成本效益有利于促进电力企业提高电力供应质量，从而获锝最优的社会效益。本文首先介绍了目前常用的配电网可靠性和成本效益的评估模型，讨论了将可靠性与成本效益相结合，以实现配电网的最佳投资方案。
关键词：配电网；可靠性；成本效益；评估

 0 引言
目前，对于“一流配电网”并没有完整、确切的定义，一般地，一流配电网是一类具备高度供电可靠性，为电力客户提供优质、高效的服务的配电网。配电网处于电力系统的终端，其可靠性水平是度量电力系统供应电能能力的指标，其主要内容包括统计和分析配电网故障概率，找出电力系统网络中的薄弱环节，从而采取有效的措施加以改善。[1]
美国、加拿大、英国、法国和日本等经济发达国家早在1950年代就开展了对配电网可靠性的研究工作，相继成立了专门的配电网可靠性评估及研究机构，收集、整理了大量的可靠性评估数据，初步建立起指导配电网可靠性评估工作的指标体系。如今，这些研究成果已应用于发达国家配电网设计、建设与运行维护工作的各个环节，取得了较高的经济效益和社会效益。我国对配电网可靠性的研究工作开始于1980年初，随着我国城镇化的发展，国内电力工程领域有关学者已全面展开对配电网可靠性的研究工作，但相比发达国家，差距较大。
配电网的可靠性与成本效益是一对既矛盾又相互依托的关系，一方面，配电网可靠性水平低直接影响着电力客户的正常用电需求，另一方面，只有加大电力成本投入，才能使可靠性水平稳步提高。因此，在进行可靠性评估
的同时，必须充分考虑成本效益的因素，使之相互协调。本文着重讨论了简单辐射状配电网投资运行的成本效益评估模型，可为配电网的投资决策提供相应的理论参考。
1 配电网可靠性评估指标
评估配电网可靠性最根本的依据是配电网可靠性评估指标，管理人员参照配电网可靠性评估指标，可以方便地掌握配电网的供电情况。在我国，评价电力企业是否达到“一流企业”的标准，配电网可靠性评估指标也是重要的考核内容。配电网的可靠性指标根据评估范围的不同，可分为负荷点可靠性指标和系统可靠性指标。[2]
1.1 负荷点可靠性评估指标
负荷点可靠性评估指标的评估原理是首先将整个配电网系统以电源为分界点，分割成若干个独立的负荷点，每个负荷点都可以相应的等效元件进行分析，最后分析出这些负荷点的供电能力，其定量评估标准主要有以下三个指标，它们的计算公式分别是：
公式（1）年故障停运率 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究计算公式：
一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究= 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （1）
公式（2）平均停运持续时r的计算公式：
r= 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （2）
公式（3）年平均停运时间U的计算公式：
U= 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （3）
1.2 系统可靠性指标
系统的可靠性指标强调对整个配电网系统的连续供电能力进行定量评估，目前，常使用以下几个指标进行分析，它们的计算公式分别是：
公式（4）是系统平均停电频率SAIFI的计算公式：
一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 = 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （4）
公式（5）是系统平均停电时间SAIDI的计算公式：
一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 = 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （5）
公式（6）为电力客户平均停电频率CAIFI的计算公式：
一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 = 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （6）
电力客户平均停电持续时间CAIDI的计算公式如下：
一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 = 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （7）
平均供电可用率ASAI的计算公式如下：
一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 = 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （8）
系统缺供电量ENS的计算公式如下：
ENS= 一流配电网建设的可靠性评估模型和成本效益评估模型研究 （9）
2 配电网可靠性评估模型
目前，对配电网的可靠性评估建立的评估模型主要有以下几类：
2.1 故障模式后果分析法
故障模式后果分析法的原理是首先依次对电力系统中的所有元件分别进行可靠性指标评估，然后对这些元件的故障模式进行归纳和分类，最后集中计算出整个配电网系统的可靠性指标。对于简单辐射型主馈线配电网，使用这种可靠性评估方法效率较高，但对于元件数量多、结构复杂的配电系统，采用故障模式后果分析法则由于计算量太大，严重影响工作效率的提升。如图1。
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图1 复杂辐射状配电网
2.2 故障扩散法
为了提高对元件数量多、结构复杂的配电系统可靠性评估效率，故障扩散法是从故障模式后果分析法改进而来，这种方法首先将整个配电系统分割成若干节点，若系统中某一个元件发生故障，则仍然采用遍历技术判断其故障影响范围，对各节点分别进行负荷点可靠性评估，最后再将结果集合起来，形成系统的可靠性指标。需要指出的是，使用这种方法仍然需要进行大量的计算工作，负荷点故障类型确定流程如图2。
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图2 负荷点故障类型确定流程
2.3 网络等值法
网络等值法的原理是将配电网中的若干部分采用相应等效元件替换，使配电网的结构简化成简单的辐射型主馈线系统，如图3、图4，再采用故障后果分析法对系统的可靠性指标进行计算。使用这种方法大大提高了效率，但对于馈线分支较多的配电网，建立配电网的简化等效模型需要花费大量的时间，计算量仍然十分庞大。
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图3 辐射状主馈线配电网
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图4 配电网的网络等值法等效模型
2.4 时序蒙特卡罗模拟法[3]
目前，对于结构复杂、规模庞大的配电网系统，应用较多的模拟法评估模型主要是时序蒙特卡罗模拟法，其原理是首先确定故障元件对配电网系统的影响范围，对这些受影响的负荷点分别进行可靠性指标分析和计算，最后汇总计算出系统的可靠性指标。时序蒙特卡罗模拟法可靠性评估效率较高，但评估精度较低。
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图5 时序蒙特卡罗模拟法分析流程
3 配电网成本效益分析
电力成本是指电力企业和电力客户在发电、输电、配电和用电等生产经营过程中的全部生产耗费成本，这些费用既包括原材料和设备的损耗费用，也包括所投入的管理成本和人力资源费用等。配电网的成本效益主要来自于以下几个方面[4]：
1）优化、合理配置配电网系统内的各类型储能装置、清洁能源、测控系统、通信装置等设备，提高设备的性价比和通用化程度，使配电网系统的基础设施投资达到最佳效果。
2）引进先进的信息和监控技术，对电力系统设备状态进行实时监测，及时协调设备、资源、人员等各方关系，提高设备使用效率，大幅度提高设备使用寿命，稳步促进管理水平提升。
3）提高配电网运行过程中的可靠性指标，使其线路损失和故障率降低到最佳状况，从而大幅度降低电力系统运行和维护成本。
4）健全配电网的信息发布体系，创造良好的电力交易和消费环境，从而提升电力企业的品牌价值，增强电力用户的消费信心，促进电力消费需求的稳步提升。
4 配电网成本效益评估模型
为取得配电网的最佳成本效益，既要考虑到配电网的规划与设计阶段，也要考虑到配电网的建设与运行阶段，分析配电网的总体投入与全过程的所有收益。常见的配电网成本效益的评估模型主要有以下几种：[5]
1）可靠性指标评价法
这种方法是将可靠性指标列为评价成本效益的唯一依据，根据系统平均停电频率、电力不足概率等指标的数据结果，适当调整设计方案，使设计方案与可靠性指标相适应。
2）可靠性排列法
这种方法首先对配电网所有设计方案的可靠性进行分析，根据分析的可靠性指标结果进行排序，从而选择可靠性指标最佳的成本效益方案。
3）成本效益效率分析法
这种方法的基本原理是分析和比较配电网的数个投资方案，从中找出使用最低的成本，而能够获得最优的可靠性指标的投资方案，即选择成本效益最优的方案。
4）可靠性指标改善效果分析法
这种方法根据所提出的可靠性指标要求计算出要达到该指标所需要投入的经济成本，然后将可靠性指标改善效果与对应的投入成本相比，从中选择效益最高的方案。
5）函数关系法
这种方法的原理是采用数学方法建立投资与可靠性效益之间的函数关系式，再对函数关系式进行分析，从中选出最佳的方案。
例如，针对某10kV配电网系统，分别采用了三种可靠性成本效益分析方法，得出如下系统可靠性和成本投资结果，如表1：
表1 某10kV配电网系统可靠性和成本投资结果
序号
 平均供电
可用率
 平均停电频率
 平均停电持续时间
 投资成本
1
 0.999686
 0.2127
 2.7403
 1468.2万元
2
 0.999687
 0.1501
 2.7225
 1475.6万元
3
 0.999692
 0.1753
 2.6914
 1474万元

由上表可以看出，尽管采用三种成本效益评估方法，但整个配电网系统的可靠性指标和成本效益是基本相近的。
5 结束语
随着人们对电力供应质量的要求越来越高，配电网的投资结构和形式日趋复杂，地域覆盖面日益广泛，管理也越来越分散，投资形式呈现出多样性的发展趋势。配电网的可靠性和成本效益的评估是配电网规划和运行过程中重要的两个方面，关系着电力企业的投资收益和发展方向。如何使配电网在规划、建设和运行过程中，同时满足可靠性指标和成本效益指标的要求，优化资源配置，是电力工程领域工作者需要长期着重研究的关键问题，有利于保障电力系统的稳定运行。

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