配網供電可靠性多維度大數據分析方法研究

李 輝 保 富 陸光前 閔 侯 何 磊

1(云南電網有限責任公司信息中心 昆明 650500)2(云南云電同方科技有限公司 昆明 650500)

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隨著經濟的迅速發展，能源缺口逐步增大，在能源枯竭背景下能源危機問題日益嚴重.為了應對能源危機問題，需對配網的供電方式進行改進，在配網中接入分布式電源，提高能源利用率，減少能源損耗.因此，提升配網供電可靠性成為研究的重點[1-2].

趙旭陽等人[3]對配網結構進行分析，并考慮配網供電受網架結構的影響，針對配網在運行過程中的可靠性，建立評估模型，實現配網供電的可靠性分析.該方法沒有對配網供電數據進行分析，因而無法準確獲取用戶平均停電時間和平均停電戶數.林圣等人[4]對配網的運行方式和拓撲結構進行分析，根據配網運行和結構特點對配網供電系統進行區域化處理，構建可靠性評估指標體系，建立可靠性評估模型，完成配網供電的可靠性分析.該方法的分析結果的誤差較大，方法的整體有效性差.

為了解決上述方法中存在的問題，本文提出配網供電可靠性多維度大數據分析方法.

1 配網供電可靠性指標

在進行可靠性分析時，往往通過可靠性指標將系統可靠性水平量化，且采用多個指標從多個側面來描述.配網供電系統可靠性指標可分為3大類：持續停電(指在規定時間內無法恢復正常供電)指標；基于負荷量的指標；瞬時停電(指在規定時間內能恢復正常供電)指標.可靠性指標是人為定義的，考慮到關注重點、統計手段等因素的差異，世界各國都按各自的國情采用數目、形式不同的可靠性指標體系[5-6].我國電力公司目前常用的配網供電系統可靠性指標主要有用戶平均停電時間(AIHC)、供電可靠率(RS)、用戶平均停電次數(AITC)、平均故障停電時間(AID)、(用戶)平均停電缺供電量(AENS)、用戶平均故障停電次數(AICA)等，下面分別予以介紹.首先給出部分符號定義：i表示負荷點；R表示總負荷點數；λ表示負荷點的年故障停電概率；U表示負荷點平均停電時間，單位為h/年；D表示配網有效供電量；N表示平均停電次數；M表示故障停電用戶數.

1) 用戶平均停電時間(AIHC)

AIHC指用戶在給定時間區間內的平均停電小時數，如式(1)所示.通常給定時間區間為1年，單位為h/(戶·年).該指標為所有因素導致的停電，如故障引起的停電、工程需要造成的停電等.

(1)

2) 供電可靠率(RS)

RS又稱供電可用率，指在給定時間區間內滿足用戶用電需求的百分比，如式(2)所示：

(2)

3) 用戶平均停電次數(AITC)

AITC指用戶在給定時間區間內的平均停電次數，如式(3)所示.通常給定時間區間為1年，單位為次/(戶·年).該指標為所有因素導致的停電，如故障引起的停電、工程需要造成的停電等.

(3)

4) 平均故障停電時間(AID)

AID指因故障導致的平均停電時間，單位為h/次或min/次，如式(4)所示：

(4)

5) (用戶)平均停電缺供電量(AENS)

AENS指每個用戶在給定時間區間內因停電平均缺供的電量，如式(5)所示.通常給定時間區間為1年，單位為kW/(戶·年).

(5)

6) 用戶平均故障停電次數(AICA)

AICA指在給定時間區間內因故障導致的平均停電次數，如式(6)所示.通常給定時間區間為1年，單位為次/(戶·年).計算該指標時需注意，不管1年中某用戶的故障停電次數是多少，對該用戶只計數1次.

(6)

2 配網供電可靠性分析

配網供電可靠性主要受負荷和元件2類因素影響，具體介紹如下：

1) 類型1.在元件正常情況下，配網供電系統電路中出現電路過載導致配網供電系統負荷過大，使得配網供電可靠性受到影響.此問題統一稱為配網供電系統負荷過載問題，該問題與指標AIHC，RS，AITC有關.

2) 類型2.在負荷正常情況下，配網供電系統內的元件出現故障，導致供電設備受損影響配網供電可靠性.該問題與指標AID，AENS，AICA有關.

2.1 類型1可靠性分析

1) 計算γi.

γi可通過負荷點i的停電概率pi進行計算，如式(7)所示：

γi=piLk，

(7)

其中，Lk表示元件正常情況下配網供電線路k的運行時間.pi可通過式(8)進行計算，即

(8)

其中，θ表示配網供電系統因負荷大導致的停電次數.

2) 計算ηk.

配網供電系統中存在R個負荷點，所有負荷點在配網供電系統中的變化情況可通過圖1進行描述[9-10].圖1中，pi(i=1～4)表示負荷點i的停電概率.

圖1 配網供電系統負荷點變化情況

由圖1可知，當負荷點i發生變化時，可通過抽樣法獲取該狀態下配網供電線路k的停電概率ηk[11-12]，如式(9)所示：

(9)

(10)

(11)

2.2 類型2可靠性分析

1) 元件擊穿故障.

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

2) 元件短路故障.

若元件A存在短路故障，設λxJ表示在短路故障下元件A的停電概率，如式(17)所示：

(17)

設UxJ表示在短路故障下元件A的平均停電時間，如式(18)所示：

UxJ=λxJγxJ，

(18)

其中，γxJ表示在短路故障下元件A的年平均停電修復時間.

(19)

其中，UZT表示元件A的總停電時間，UZS表示故障停電時間.此處，UZT和UZS由系統直接給出.

3 實驗與分析

將配網供電可靠性多維度大數據分析方法(本文方法)與綜合考慮中性點接地方式和網架結構的配網供電可靠性評估方法(中性點接地方法)和地鐵中壓環網供電系統可靠性評估方法(中壓環網供電方法)進行對比實驗，驗證本文方法的整體有效性.

1) 用戶平均停電時間(AIHC)

圖2給出了本文方法、中性點接地方法和中壓環網供電方法在1～5月不同轉電情況下的AIHC.

圖2 不同轉電情況下的AIHC

由圖2可知，不同轉電情況下，本文方法獲取的AIHC與用戶實際停電時間基本相符，中性點接地方法獲取的AIHC均高于用戶實際停電時間，中壓環網供電方法獲取的AIHC均低于用戶實際停電時間，本文方法可準確分析用戶在配網供電系統中的平均停電時間.本文方法通過多維度大數據分析配網供電可靠性，提高了方法的有效性.中性點接地方法和中壓環網供電方法在分析過程中對供電數據的維度分析不準確，甚至存在遺漏分析的情況，可靠性分析準確性要低于本文方法.

2) 平均停電概率

圖3給出了本文方法、中性點接地方法和中壓環網供電方法在1～5月不同轉電情況下測得的平均停電概率：

圖3 不同方法的平均停電概率

由圖3可知，本文方法獲取的平均停電概率與實際平均停電概率相符，中性點接地方法和中壓環網供電方法獲取的平均停電概率與實際平均停電概率均存在偏差.本文方法可準確獲取配網供電系統中的停電概率，提高配網供電的可靠性.

3) 配網供電可靠性

分別采用本文方法、中性點接地方法和中壓環網供電方法對配網供電可靠性進行分析.不同方法利用式(2)獲得的可靠率結果與實際可靠率的對比情況如表1所示：

表1 不同方法的可靠率結果

由表1可知，采用本文方法對配網供電可靠性進行分析時，獲得結果與實際結果的誤差在1.0內，可見本文方法對配網供電可靠性分析結果產生的影響較低，可忽略不計.采用中性點接地方法和中壓環網供電方法對配網供電可靠性進行分析時，獲得結果與實際結果的誤差較大，因此這2種方法可對配網供電可靠性分析結果產生影響.

4 結束語

配網供電可靠性屬于經濟指標，在供電企業中，配網供電可靠性可用來衡量企業服務質量、配網結構、企業供電水平以及企業配網供電管理水平.當前配網供電可靠性分析方法的整體有效性較差，本文提出的配網供電可靠性多維度大數據分析方法解決了當前方法中存在的問題，為實現配網安全、穩定供電提供了技術支撐.