陳鵬+配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì)

1、題目：題目：配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì)配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì) 報(bào) 告 人：陳鵬 學(xué) 號(hào)：2014311010120 聯(lián)系方式目錄 1.概述 2.配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 3.放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì) 4.配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析 5.結(jié)語(yǔ) 1.概述概述 配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，直接 關(guān)系著用戶(hù)的供電可靠性。統(tǒng)計(jì)資料表明，用戶(hù) 的停電事故中有80%是由配電網(wǎng)故障引起的。 對(duì)配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的研究不僅指導(dǎo)配電 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃，而且能夠發(fā)現(xiàn)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)中的薄 弱環(huán)節(jié)，從而對(duì)配電系統(tǒng)的運(yùn)行和檢修提供支持。 因此配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的研究對(duì)提高電力系統(tǒng) 供電質(zhì)量和用戶(hù)滿(mǎn)意度有及其

2、重要的意義。 1.概述概述 我國(guó)配電系統(tǒng)可靠性分析是在20世紀(jì)80年代 后才逐漸起步并發(fā)展，隨著配電自動(dòng)化的發(fā)展， 電力工作者越來(lái)越意識(shí)到進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性分 析的重要性，清華大學(xué)和重慶大學(xué)等高等學(xué)校自 行開(kāi)發(fā)的可靠性分析軟件已經(jīng)用于我國(guó)的配電網(wǎng) 改造、三峽等具體工程項(xiàng)目。 配電系統(tǒng)可靠性（distribution system reliability）是指供電點(diǎn)到用戶(hù)，包括變電所高 低壓線(xiàn)路及接戶(hù)線(xiàn)在內(nèi)的整個(gè)配電系統(tǒng)及設(shè)備按 可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量滿(mǎn)足用戶(hù)電力及電能量需 求能力的度量。配電系統(tǒng)可靠性主要包括三方面 的內(nèi)容：（1）設(shè)備本身的可靠性；（2）整個(gè)配 電系統(tǒng)的設(shè)備可靠性；（3）配電系統(tǒng)

3、運(yùn)行的可靠 性 1.概述概述 配電系統(tǒng)可靠性的研究大體包括以下三個(gè)方面： 1.定義配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 2.配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì) 3.配電系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè) 1.概述概述 電力市場(chǎng)條件下對(duì)配電系統(tǒng)可靠性的新要求： 1.發(fā)展電力市場(chǎng)時(shí)，配電系統(tǒng)必須有規(guī)劃和設(shè)計(jì)，必 須有嚴(yán)格的可靠性準(zhǔn)則，責(zé)任單位和責(zé)任人必須遵 守； 2.提高需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性； 1.概述概述 3.配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估要考慮交易形式不同（雙邊 合同交易和雙邊期貨交易）帶來(lái)的不確定因素； 4.可靠性技術(shù)逐漸發(fā)展為實(shí)時(shí)系統(tǒng)； 5.要求提出評(píng)估停電損失的理論模型和開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟 件。 1.概述概述 例子：設(shè)某一配電系統(tǒng)從六段母線(xiàn)引出六條主饋電

4、線(xiàn)，共有55000個(gè)用戶(hù)。 每條饋電線(xiàn)供電的用戶(hù)數(shù)以及某年的用戶(hù)停電數(shù)據(jù)如表1和2所示。 母線(xiàn) 饋電線(xiàn)供 電用戶(hù)數(shù) A5000 B15000 C10000 D10000 E7000 F8000 總計(jì)55000 停電情況用戶(hù)停電次數(shù) 持續(xù)時(shí)間/ 小時(shí) 1 A 5000 D 1000* 1.0 0.2 2C 50002.0 3B 40000.5 4D 2000*1.75 用戶(hù)停電總數(shù)17000 受停電影響用戶(hù)數(shù)16000* 表1 配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)表2 用戶(hù)停電數(shù)據(jù) *在停電情況1和4中，有些用戶(hù)是通過(guò)母線(xiàn)D引出的 饋線(xiàn)供電的。因此在停電情況4中加上1000個(gè)受停 電影響的新用戶(hù)，總停電次數(shù)為17000

5、次，實(shí)際影 響用戶(hù)為16000個(gè)。 2.配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 1.系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)（System Average Interruption Frequency Index,縮寫(xiě)為SAIFI)：指每個(gè) 由系統(tǒng)供電的用戶(hù)在每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的平均停電次 數(shù)。 SAIFI17000/550000.31 次/用戶(hù)年 2.用戶(hù)平均停電頻率指標(biāo)（Customer Average Interruption Frequency Index,縮寫(xiě)為CAIFI）：指每 個(gè)受停電影響的用戶(hù)在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)受的平均停電 次數(shù)。 CAIFI17000/160001.06 次/停電用戶(hù)年 2.配電系統(tǒng)的

6、可靠性指標(biāo)配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 3.系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)(System Average Interruption Duration Index,縮寫(xiě)為SAIDI)：每個(gè)由系 統(tǒng)供電的用戶(hù)一年內(nèi)經(jīng)受的平均停電持續(xù)時(shí)間。 t5000601000125000120400030 2000105 1242000 分 SAIDI1242000/5500022.58 分/用戶(hù)年 4.用戶(hù)平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)(Customer Average Interruption Duration Index,縮寫(xiě)為CAIDI)：一年中被 停電的用戶(hù)平均停電持續(xù)時(shí)間。 CAIFI1242000/1600077.63分

7、/停電用戶(hù)年 2.配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 2.配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 5.平均供電可用率指標(biāo)(Average Service Availability Index,縮寫(xiě)為ASAI）：一年中用戶(hù)經(jīng)受不停電小 時(shí)總數(shù)與用戶(hù)要求的總供電小時(shí)數(shù)之比。 ASAI11242000/(55000876060)0.999957 6.平均供電不可用率指標(biāo)（Average Service Unavailability Index,縮寫(xiě)為ASUI）：一年中用戶(hù) 的累積停電小時(shí)總數(shù)與用戶(hù)要求的總供電小時(shí)數(shù) 之比。 ASUI1242000/(55000876060)0.000043

8、顯然，有：ASUI1ASAI 3.放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì)放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì) 分析方法 基本方法是建立故障模式及后果分析表，即查清每個(gè)基 本故障事件及其后果，然后加以綜合。進(jìn)行故障分析的3個(gè) 指標(biāo)： 1.負(fù)荷點(diǎn)故障率：l（次/年）； 2.負(fù)荷點(diǎn)每次故障平均停電持續(xù)時(shí)間：r（小時(shí)/次）； 3.負(fù)荷點(diǎn)的年平均停電時(shí)間：U（小時(shí)/年） 1 11 1 n i ii n i i n i ii n i i rU rr l ll ll / 2121 2121 rU rrrrr rr l lll 對(duì)n個(gè)串聯(lián)元件對(duì)2個(gè)并聯(lián)元件 典型放射狀配電系統(tǒng)： （ F1 F2 F3 DS1 DS2K 2km 2k

9、m 3km 3km 1km 1km A B C 圖1 放射狀配電系統(tǒng) K配電干線(xiàn)斷路器； F熔斷器 DS隔離開(kāi)關(guān)； A，B，C負(fù)荷點(diǎn) 名稱(chēng) 故障率l (次/km小 時(shí)) 平均故障修復(fù) 時(shí)間r/小時(shí) 供電干線(xiàn)0.13.0 分支線(xiàn)0.251.0 DS1，DS2 操作時(shí)間/小時(shí)0.5 負(fù)荷點(diǎn)供電 用戶(hù)數(shù) A250 B100 C50 表3 元件的可靠性指標(biāo) 3.放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì)放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì) 表4 故障模式及后果分析 元 件 負(fù)荷點(diǎn)A負(fù)荷點(diǎn)B負(fù)荷點(diǎn)C l /(次/年) r /小時(shí) U (小時(shí)/ 年) l /(次/年) r /小時(shí) U (小時(shí)/ 年) l /(次/年） r /小時(shí)

10、U (小時(shí)/ 年) 供 電 干 線(xiàn) 2km段0.23.00.60.23.00.60.23.00.6 3km段0.30.50.150.33.00.90.33.00.9 1km段0.10.50.050.10.50.050.13.00.3 分 支 線(xiàn) 3km段0.751.00.75 2km段0.51.00.5 1km段0.251.00.25 總 計(jì)1.351.151.551.11.862.050.852.412.05 3.放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì)放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì) 3.放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì)放射狀配電系統(tǒng)的可靠性估計(jì) 根據(jù)表3和表4數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出其他可靠性指標(biāo)： v年用戶(hù)停電次數(shù)：A

11、CI2501.351001.1 500.85490次/年 v用戶(hù)停電持續(xù)時(shí)間：CID2501.551002.05 502.05695小時(shí)/年 vSAIFI490/4001.225 次/用戶(hù)年 vSAIDI695/4001.7375 小時(shí)/用戶(hù)年 vCAIDI695/4901.4184 小時(shí)/停電用戶(hù)年 vASUI695/(4008760)0.000198 vASAI1ASUI0.999802 配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu): 1. a. 單回路放射式結(jié)構(gòu)：采用簡(jiǎn)單的放射狀網(wǎng)絡(luò)向用 戶(hù)供電是配電系統(tǒng)最基本的典型結(jié)構(gòu)。這種簡(jiǎn)單放 射狀結(jié)構(gòu)的特征是從電源開(kāi)始，所有元件均采用串 聯(lián)，典型接線(xiàn)如圖2所示。 4.配電系

12、統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析 圖2 單回路放射結(jié)構(gòu)圖 (結(jié)構(gòu)A) 4.配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分 析析 b. 有備用電源的單回路放射式結(jié)構(gòu)：如圖3所示，它 是在單回路放射式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了提高可靠性而 發(fā)展起來(lái)的。備用電源通過(guò)正常斷開(kāi)的隔離開(kāi)關(guān)或斷 路器與主饋線(xiàn)連接。當(dāng)主饋線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，可閉合隔 離開(kāi)關(guān)或斷路器恢復(fù)供電。 圖3 有備用電源的放射結(jié)構(gòu)圖 (結(jié)構(gòu)B) 4.配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析 圖4 環(huán)式結(jié)構(gòu)圖 (結(jié)構(gòu)C) c. 環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)：如圖4所示，一般兩回電源同時(shí)工作 開(kāi)環(huán)運(yùn)行，也可以閉環(huán)運(yùn)行。供電可靠性較高，電力線(xiàn)

13、路檢修時(shí)可以切換電源，故障時(shí)間可切換故障點(diǎn)，縮短 停電時(shí)間。 4.配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析 d.雙電源供電結(jié)構(gòu)：為并聯(lián)系統(tǒng)，如圖5所示，每一負(fù) 荷同時(shí)可以從兩個(gè)電源獲取電源，當(dāng)一回電源失效時(shí)， 另一回電源可以向負(fù)荷繼續(xù)供電，提高了供電可靠性。 圖5 并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖（結(jié)構(gòu)D） 4.配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析 各類(lèi)元件對(duì)電網(wǎng)可靠性有不同的影響，一般將元件按 操作設(shè)備和非操作設(shè)備分類(lèi)。為了便于比較，設(shè)定了如下 統(tǒng)一的計(jì)算參數(shù)。 非操作設(shè)備：主要考慮持續(xù)性強(qiáng)迫停運(yùn)，用元件的故 障率和修復(fù)時(shí)間r表示。 1.線(xiàn)路長(zhǎng)度均為3km，對(duì)應(yīng)設(shè)備相同， 0.1次/k

14、m年， r3 小時(shí)/次； 2.負(fù)荷大小均為1000kW，每一負(fù)荷點(diǎn)用戶(hù)數(shù)相等，且 均為1個(gè)負(fù)荷； 3.暫不考慮預(yù)安排停電。 操作設(shè)備： 1.隔離開(kāi)關(guān)操作時(shí)間：t0.5小時(shí)； 2.短路故障：0.01次/年，r5小時(shí)/次； 3.誤分閘事故率：0.01次/年； 4.拒分閘概率：PS0.001； 5.拒合閘概率：PC0.001； 6.保護(hù)越級(jí)誤分閘概率：P00.01； 7.手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)操作時(shí)間：t10.5小時(shí)； 8.自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)操作時(shí)間：t20.05小時(shí)。 4.配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析 在以上假設(shè)情況下，計(jì)算各種結(jié)構(gòu)的可靠性指標(biāo)見(jiàn)表5 和表6 表5 各種結(jié)構(gòu)用戶(hù)可靠性指標(biāo)

15、各種結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)C節(jié)點(diǎn)D節(jié)點(diǎn)E 次/年 U 小時(shí)/ 年 次/年 U 小時(shí)/ 年 次/年 U 小時(shí)/ 年 次/年 U 小時(shí)/ 年 次/年 U 小時(shí)/ 年 結(jié)構(gòu)A：?jiǎn)位芈贩派涫?.812.451.813.21.813.951.814.71.812.45 結(jié)構(gòu)B：手動(dòng)切換0.5小時(shí)1.811.851.812.001.812.151.812.301.812.45 結(jié)構(gòu)C：正常開(kāi)環(huán)，手動(dòng)切換0.5小 時(shí) 0.3460.3970.6680.5120.3580.4030.658 0.5530.9480.651 結(jié)構(gòu)C：正常開(kāi)環(huán)，自動(dòng)投入0.05 小時(shí) 0.3460.2620.6680.2270.3

16、580.2620.659 0.2770.9480.241 結(jié)構(gòu)C：正常閉環(huán)0.0360.1970.0360.1950.0360.1970.036 0.1970.0360.195 結(jié)構(gòu)D：雙電源結(jié)構(gòu)0.0460.2230.0450.2250.0460.2250.046 0.1960.0360.196 表6 各種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性指標(biāo) 各種結(jié)構(gòu) SAIFI 次/用戶(hù)年 SAIDI 小時(shí)/用 戶(hù)年 ASAI % ENS kW.小時(shí)/年 AENS kW.小時(shí)/用 戶(hù)年 結(jié)構(gòu)A：?jiǎn)位芈贩派涫?.813.9599.954917950.03950.00 結(jié)構(gòu)B：手動(dòng)切換0.5小時(shí)1.812.1599.97551

17、0750.02150.00 結(jié)構(gòu)B：自動(dòng)投入0.05小時(shí)1.810.89799.98985350.03891.67 結(jié)構(gòu)C：正常開(kāi)環(huán)，手動(dòng)切換0.5小時(shí)0.5960.50399.99422516.02503.204 結(jié)構(gòu)C：正常開(kāi)環(huán)，自動(dòng)投入0.05小時(shí)0.5860.25499.99711269.85253.97 結(jié)構(gòu)C：正常閉環(huán)0.0360.19699.9977981.64196.33 結(jié)構(gòu)D：雙電源結(jié)構(gòu)0.0420.21399.99751065.86213.172 配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)的可靠性分析結(jié)論： 1.單電源供電的放射式配電系統(tǒng)，在元件可用率 確定的條件下，系統(tǒng)串聯(lián)的元件越多，失效的概率

18、就 越大，系統(tǒng)可用率就越低。 2.有備用電源的放射狀系統(tǒng)，不論備用電源的投 入方式如何，其負(fù)荷點(diǎn)的故障率均與單回路放射式結(jié) 構(gòu)相同。但負(fù)荷點(diǎn)的每次故障平均停電持續(xù)時(shí)間及平 均停電時(shí)間將會(huì)縮短，其縮短時(shí)間取決于備用電源倒 閘操作的時(shí)間。自動(dòng)投入方式會(huì)大大縮短用戶(hù)停電時(shí) 間。 4.配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)可靠性分析 3.配電系統(tǒng)接入備用電源后，對(duì)改善干線(xiàn)某端用 戶(hù)的供電質(zhì)量效果明顯。其效果與備用電源的載荷能 力有關(guān)。 4.配電系統(tǒng)因限制短路電流和簡(jiǎn)化繼電保護(hù)的需 要，常為開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式，負(fù)荷在某一時(shí)刻只能從一個(gè) 電源獲取電源。當(dāng)開(kāi)環(huán)的兩個(gè)系統(tǒng)之一方式故障時(shí)， 切除故障部分，并以此作為新的斷開(kāi)點(diǎn)恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn) 行。 5.環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)負(fù)荷的可用率，隨著其與電源點(diǎn)