配電網安全性評價指標與方法研究

謝紅卉 毛建林

（浙江省蕭山供電局，浙江 蕭山 311220）

近年來，國內外歷次大停電[1-3]都造成了嚴重的經濟損失，給人民的生產和生活帶來了極大的影響。安全性評價屬于風險管理范疇，是預防和控制企業(yè)事故行之有效的方法。如何評估電力系統(tǒng)的安全水平，并以此為依據制定合理的調度決策和應急預案，是防止大面積停電的重要手段。

配電網是電力系統(tǒng)的重要組成部分，配電網其電壓等級較低，元件居多，元件設備的可靠性水平參差不齊，配電網的網架堅強性相對于主網來說要脆落得多。近年來隨著城市經濟建設的發(fā)展，用電量不斷增長，負荷密度不斷增加，配電網的安全越來越受到電網企業(yè)和國內外學者的廣泛關注[4-7]。

目前配電網安全性的分析主要是從反映城市電網運行狀況的各個因素（包括N-1分析、電壓偏移、變壓器負載率、線路負載率）出發(fā)，對每個因素用配網運行的約束進行檢驗。滿足約束條件越多，則安全性越好，但不能給出—個量的評價標準。本文提出一種基于模糊綜合評價的配電網安全性定量評估方法，該方法首先基于n-1+1準則提出一套反映饋線轉供能力的配電網安全性評級指標，用于定量的刻畫配電網網架結構變化之后的安全程度，基于提出的配電網安全性評價指標，建立了配電網安全性評估的模糊綜合評價模型。最后通過輻射狀的16母線測試系統(tǒng)對提出的評級指標和評估模型進行了驗證，評估結果論證了方法的可行性。

1 電網安全性評價指標體系

配電網具有許多不同于輸電網的特征，例如：通常采用閉環(huán)的網絡結構，但是具有開環(huán)運行的特點，一般呈輻射型樹狀。配電網的饋線中，包含很多常開和常閉的開關，在饋線發(fā)生故障的情況下，這些開關用來隔離故障區(qū)域和恢復未故障區(qū)域，當故障排除后，這些開關又恢復到正常的位置；在正常運行情況下，運行人員周期性地通過開合這些開關來提高網絡的可靠性和降低網絡損耗，但是最后的網絡結構必須保證輻射狀。

n-1+1準則就是當一條線路發(fā)生故障而被切除時，需要閉合一個開關以恢復供電，即“斷一合一”。n-1+1準則充分考慮了配電網的運行特性，是配電網安全性分析的基本準則。目前的安全性指標只能在兩個網架之間進行比較，進而評價系統(tǒng)是否“相對安全”，這樣在評價兩個不同的系統(tǒng)時就沒有一個確定的標準。因此本文在n-1+1準則的基礎上提出一套反映饋線轉供能力的配電網安全性評級指標[8]，通過評價饋線的轉供能力對配電網的網架進行全面的評估。

1.1 饋線運行率

配電網饋線運行率是配電網饋線承載負荷能力的指標，是判別饋線在鄰接饋線發(fā)生故障時，衡量分擔相應區(qū)段負荷并有效地進行切換的能力的指標。

設正常時饋線的負荷電流為IFL，所聯絡的干線區(qū)段最大負荷電流為ICL，短時間容許電流為IM。則配電網饋線運行率為

由上式可知配電網饋線運行率就是包含鄰接饋線故障時切換的負荷在內的饋線負荷電流與饋線容許電流之比。若λR≤1，即切換后沒有超過短時間容許電流，此區(qū)段就是可以切換的區(qū)段，能夠由鄰接饋線轉移負荷。若λR＞1，此區(qū)段為不能切換的區(qū)段。

1.2 饋線切換率

饋線切換率表示發(fā)生故障時，由配電線路與相鄰饋線的聯絡而發(fā)生的可以切換的負荷側區(qū)段數與發(fā)生故障的饋線區(qū)段數之比，即

式中，λs表示饋線切換率，AST表示故障時由于配電線路與相鄰饋線的聯絡而發(fā)生的可以切換的負荷側區(qū)段數，AS表示發(fā)生故障的饋線區(qū)段數。

1.3 負荷轉移率

由于饋線本身的容量、所要轉移的饋線容量以及新連接的負荷點容量的限制，在轉移狀態(tài)期間能夠恢復的負荷量可能小于饋線需要轉移的最大負荷量。根據轉移負荷后的系統(tǒng)潮流，可計算出每條饋線能夠轉移的最大負荷。設故障后能夠轉移的最大負荷為LPT，不能轉移的最大負荷為LPD，必須采用鄰接饋線倒送電的方式供電的區(qū)段的最大負荷為LP，即不能由電源側直接送電的區(qū)段的最大負荷，其中LPD=LP-LPT。

設NST為能夠轉移負荷的區(qū)段數，NSP為必須采用鄰接饋線倒送電的方式供電的區(qū)段數，定義配電網的負荷轉移率為

2 模糊綜合評價模型

模糊綜合評價法[9-10]可以對難以直接用準確的數字進行量化的問題進行評價，是一種較科學和很有價值的方法。此方法的基本原理是對原本僅具有模糊和非定量化特征的因素，經過數學處理，使其具有某種量化的表達形式，為決策者提供可以進行比較和判別的依據，提高決策的科學性。影響企業(yè)競爭力的因素沒有明確的外延邊界，因而具有很大的“模糊性”，故可用模糊綜合評價法來建立評價模型。具體評價模型包括以下5個步驟。

1）建立評價模型的評價指標體系

假設影響學報質量的因素集為U，記為：U=（U1，U2，…Un），其中Ui為影響評判對象的各種因素。

本文中，i=3，U1為饋線運行率，U2為饋線轉移率，U3為負荷轉移率。

2）確定評語集

本文采用高中低三個等級對被測對象進行評判，則可得到評語集為V=（v1，v2，v3）。

3）構造評判矩陣

分別確定評價對象隸屬于評價的等級的隸屬度yij，yij表示評價因素Ui屬于等級vj的隸屬度，據此可以建立評價對象的隸屬度矩陣Y。

4）確定各評價指標的重要程度，即指標權重

根據各因素在指標體系中的重要程度，依據一定的方法確定各因素相對評價目標的權重，得到權重集W=（W1，W2，…，Wn｝，其中權重滿足歸一化條件。

5）評價并分析結果

模糊綜合評價結果即模糊集S由下式給出。

式中，W是權重向量，Y為評判矩陣。

3 算例分析

輻射狀的16母線測試系統(tǒng)的網架結構如圖所示，將本文提出的評價指標體系和綜合評價模型用于該小型配電網的安全性評估，其中實線表示干線，虛線表示聯絡線，分段開關和聯絡開關分別位于干線和聯絡線上。

圖1 配電網16母線測試系統(tǒng)

假設母線4、5 之間的線路發(fā)生故障，存在多種負荷轉移方案。配電網安全指標是評價網架對于故障的承受能力的指標，對同一網架的負荷轉移方案進行計算，選擇安全指標最高的。

本文采用負荷轉移方案為：斷開母線線4、5的分段開關，隔離故障；斷開母線6、7的分段開關，閉合母線6、15間的聯絡開關，恢復母線5、6間線路供電；斷開母線8、9的分段開關，閉合母線8、16和母線9、12間的聯絡開關，恢復母線7下游線路供電。如圖2所示。

圖2 切除故障后線路供電路徑

1）首先通過對評價指標內的因素進行比較， 結合專家的判斷， 確定綜合配電網安全性評價要素的權重，見表1。

表1 評價指標權重

2）基于前文中提到的負荷轉移方案，計算故障所在饋線的配電網安全指標，通過模糊三角隸屬函數，建立各評級指標相對于三個等級的隸屬度，計算結果如表2所示。

3）進行綜合評判，根據模糊運算法則，模糊綜合評價結果為

進行歸一化處理得該負荷轉移方案下的配電網安全等級的評估結果如表3所示。

表3 各安全性等級評估結果

由表3可知該轉移方案下的配電網各等級評估結果為：高占42.41%；中占25.20%；低占32.39%。根據最大隸屬度原則，該負荷轉移方案下的配電網安全性為高。

4 結論

1）本文通過考慮不同因素對配電網安全性的影響，本文在n-1+1準則的基礎上提出一套反映饋線轉供能力的配電網安全性評級指標，通過評價饋線的轉供能力對配電網的網架進行全面的評估。

2）基于提出的配電網安全性評價指標的基礎上，建立了配電網安全性評估的模糊綜合評價模型。通過輻射狀的16母線測試系統(tǒng)對提出的評級指標和評估模型進行了驗證，評估結果論證了方法的可行性。

[1]韓禎祥,曹一家.電力系統(tǒng)的安全性及防治措施[J].電網技術,2004,28(9):1-6.

[2]楊以涵,張東英,馬騫,等.大電網安全防御體系的基礎研究[J].電網技術,2004,28(9):23-27.

[3]藍毓俊.2003年世界上幾起大停電事件的經驗、教訓和啟示[C].中國城市供電學術年會論文集,2004,江蘇宜興,1-6.

[4]陳偉,鮑慧.電力系統(tǒng)網絡安全體系研究[J].電力系統(tǒng)通信,2008,29(183):31-34.

[5]趙姍姍,魯順清,徐小賢.電網安全風險管理[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2009,35(3):57-59.

[6]M. A. Abido. Environmental/Economic Power Dispatch Using Multi-objective Evolutionary Algorithms [A].IEEE Transactions on Power Systems[C]. 2003, 18(4): 1529-1537.

[7]肖輝耀,姚建剛,章建,蔣毅,孫廣強.電網安全評估體系分析[J].電網技術,2009,33(12):77-82.

[8]穆鋼,邢釗,肖白,等. 一種計及結構變化的配電網安全指標的研究[C]. 2008中國國際供電會議,2008:1-3.

[9]付麗萍.模糊綜合評價法在企業(yè)競爭力分析中的應用[J].集團經濟研究,2006(9):45-48.

[10]周廷剛,等.模糊綜合法在城市綠地系統(tǒng)景觀生態(tài)綜臺評價中的應用[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),1999.12(4):23-25.