中高壓配電網(wǎng)絡可靠性評估算法綜述

江歸安

（新余學院，江西新余338000）

0 引言

配電網(wǎng)絡可靠性是指對從電源點輸送電力到供電點按可接受標準及期望數(shù)量滿足供電負荷電力和電能需求之能力的度量。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，85%以上的用戶停電的原因是配電網(wǎng)故障，因此提高配電網(wǎng)可靠性水平可以很好地改善供電質量。另外，配電網(wǎng)絡可靠性研究可運用于配電網(wǎng)絡設計、運行、維護和改造等工程實踐，這對目前電網(wǎng)公司實現(xiàn)堅強電網(wǎng)建設的目標具有重要意義。同時，通過研究可靠性評估，努力改善配電網(wǎng)可靠性水平，不但可使用戶享受高質量的電能供應，也對整個電力系統(tǒng)可靠性水平的提高有著至關重要的作用。因為配電網(wǎng)絡處于電力系統(tǒng)末端，直接與用戶相連，擁有大量設備器件，其發(fā)生故障的概率也相對來說比較大。因此，電力系統(tǒng)對用戶的供電能力和質量很大一部分是由配電網(wǎng)絡的可靠性來體現(xiàn)的。

1 配電網(wǎng)絡可靠性研究特點

必須立足于整個電力系統(tǒng)，全面和全方位地去考慮配電網(wǎng)絡可靠性指標的評估計算、分析、評價，以及改善可靠性水平的對策和措施。因為電力從生產到使用都是同時進行的，配電網(wǎng)絡直接連接著用戶，配電網(wǎng)絡的可靠性水平綜合反映了整個電力系統(tǒng)的可靠性水平。

研究配電網(wǎng)絡可靠性必須著眼于整個電力系統(tǒng)，全面、全方位展開研究。配電網(wǎng)絡設備眾多，而且比較分散，容易受氣候條件和外界環(huán)境影響?？赡芤驗榘惭b和使用的位置和地區(qū)不同，或者負荷的性質和大小不同，造成同一種設備的特性和狀態(tài)發(fā)生變化。

需要較長的時間和數(shù)據(jù)積累。因為設備的型號、規(guī)格、容量大小和數(shù)量多少隨用戶負荷的變化而不斷改變，統(tǒng)計設備的可靠性參數(shù)和變化規(guī)律需要做大量測試，這是一個長期過程。

研究配電網(wǎng)絡可靠性必須考慮配電網(wǎng)絡的結構和運行方式。因為配電網(wǎng)絡有多種結構和運行方式，如輻射型、環(huán)形、網(wǎng)狀等，配電網(wǎng)絡可靠性指標與其有著密切的關系。

2 配電網(wǎng)絡可靠性評估算法概述

配電網(wǎng)絡可靠性研究工作開始于20世紀60年代，由于統(tǒng)計工作的不斷完善和可靠性資料的不斷積累，配電網(wǎng)絡可靠性研究迎來了快速發(fā)展階段，逐漸形成了相對比較完善的理論體系。據(jù)資料顯示，可靠性算法主要有解析法和模擬法這兩種根本方法，我國在配電網(wǎng)絡可靠性研究方面正處于深入運用解析法和探索使用模擬法的階段。一般來說，進行可靠性評估通常分三個階段：狀態(tài)選擇、狀態(tài)估計和指標計算。解析法和模擬法的區(qū)別在于狀態(tài)選擇和指標計算這兩個階段中。

解析法將元件或系統(tǒng)的壽命過程加以合理的理想化，通過網(wǎng)絡的結構和元件的功能及兩者之間的邏輯關系來建立數(shù)學模型，再利用遞推和迭代過程對該模型進行精確求解，求解過程通常需要計算機運算程序，才能得出所要求的可靠性指標。解析法采用嚴格的數(shù)學模型和算法，其物理概念清晰，模型精度高，得到的結果也很理想。缺點是網(wǎng)絡規(guī)模達到一定程度，計算十分復雜，且不宜處理相關事件。

解析法還可進一步分為馬爾可夫法和網(wǎng)絡法兩種方法，其中網(wǎng)絡法也叫做故障模式影響分析法（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA），它是最常用的方法，也是其他方法的基礎。FMEA法通過搜索網(wǎng)絡中各元件的狀態(tài)，列出全部可能的系統(tǒng)狀態(tài)，然后根據(jù)所規(guī)定的可靠性判據(jù)對系統(tǒng)所有的狀態(tài)進行檢驗分析，找出系統(tǒng)的故障模式集合，再求解可靠性指標。FMEA法適用于簡單的配電網(wǎng)絡，不適合帶有復雜分支饋線的網(wǎng)絡，因為復雜網(wǎng)絡故障模式眾多，計算量急劇上升。

Monte Carlo模擬法在國外運用得比較多，用Monte Carlo法可以模擬配電網(wǎng)實際運行情況，它是以抽樣統(tǒng)計方法進行狀態(tài)選擇，而不是故障枚舉法來得到元件的可靠性參數(shù)。配電網(wǎng)絡中的每個元件有可用和不可用兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)有一定的概率分布。系統(tǒng)的狀態(tài)是從元件概率分布函數(shù)中抽樣確定，然后對產生狀態(tài)進行狀態(tài)估計，一個模擬序列表示一個實際樣本，系統(tǒng)的可靠性指標是在累積了足夠數(shù)目的樣本后，對每次狀態(tài)估計的結果進行統(tǒng)計而得到的。

模擬法適合計算規(guī)模非常龐大的配電網(wǎng)絡，因為所要求的模擬次數(shù)與網(wǎng)絡的大小無關，在處理故障相關性、節(jié)點負荷相關性及按時序進行的操作方面有很好的效果，而且還可反映負荷的隨機變化特性，不需對實際問題做過多的簡化和假設，處理實際問題更加全面。但是模擬法有兩個缺點，一是估計量的方差系數(shù)隨樣本容量的增大按平方根的關系下降；二是系統(tǒng)的可靠性水平越高，在同樣的樣本容量下模擬估計量的精度越差。

混合法是將兩種或多種方法結合起來，或者利用原方法某些思想經(jīng)過改進得到一種新的方法?？梢允菍⒔馕龇ê湍M法結合起來，也可以是解析法與解析法相互結合。

混合法最大的特點就是它能做到優(yōu)勢互補，彌補對方的缺陷，使新方法能解決單一方法不能解決的問題。如將解析法和Monte Carlo模擬法有機結合起來，新方法既可以考慮配電網(wǎng)實際運行情況，且不受網(wǎng)絡的復雜程度限制，又可以提高模擬效率和評估精度。

3 配電網(wǎng)絡可靠性評估算法比較

到目前為止，配電網(wǎng)絡可靠性評估算法達到了十幾種之多，可大致將這些方法分成三類：

第一類是一些比較基本的評估算法，這些方法包括最小路法、網(wǎng)絡等值法、故障遍歷法等。

最小路法是根據(jù)最小路原理，對每個負荷點求取它的最小路，然后根據(jù)網(wǎng)絡的實際情況，將非最小路上的元件故障對負荷點可靠性的影響，折算到相應的最小路的節(jié)點上，從而只需對其最小路上的節(jié)點進行計算，就可得到負荷點相應的可靠性指標。最小路法的優(yōu)點是考慮了配電網(wǎng)絡的各種實際情況，能準確計算輻射型線路的可靠性指標。但當網(wǎng)絡復雜時，求取最小路需要大量時間，也比較復雜。

網(wǎng)絡等值法是利用一個等效元件來代替一部分配電網(wǎng)絡，從而將結構復雜的配電網(wǎng)絡逐步簡化成簡單輻射狀的主饋線系統(tǒng)。這種等效方法能夠化繁為簡，對輻射型配電網(wǎng)具有良好的適應性，能夠避免FMEA法中故障模式太多的困難。但當分支饋線及其元件較多時，網(wǎng)絡等值法等效需要很大計算量，發(fā)揮不出它的核心優(yōu)勢。

故障遍歷法是一種基于故障枚舉的思想，利用遍歷技術的評估算法。先根據(jù)配電網(wǎng)結構建立故障樹，找出每種可能出現(xiàn)的故障，然后分析每種故障下各用戶的停電情況，最后疊加各種故障下負荷點可靠性指標。故障遍歷法能有效考慮系統(tǒng)的容量約束，對帶子饋線的復雜配電網(wǎng)具有很強的處理能力。

第二類是在基本評估方法基礎上通過改進和優(yōu)化，或結合幾種基本評估算法而產生的評估算法，如最小割集法、單向等值法、區(qū)間評估法、向量法、分層評估算法、故障擴散法等。

第三類是考慮工程實際，利用模擬法中的概率統(tǒng)計理論，使評估更貼近實際配電網(wǎng)運行情況的評估算法，如基于敏感度分析的可靠性算法、基于貝葉斯網(wǎng)絡的評估算法、考慮容量約束的評估法等。

這些算法各有特點，有利有弊，在解決某一方面問題上可能具有優(yōu)勢，但在另一方面就可能存在不足。在選擇使用哪種配電網(wǎng)絡可靠性評估算法問題上，理想的辦法就是根據(jù)實際配電網(wǎng)絡的特點來選擇相應的評估算法。

4 結語

本文闡述了可靠性及電力系統(tǒng)可靠性的基本概念，較詳細地介紹了配電網(wǎng)絡可靠性分析的基本內容和基礎知識；總結了國內學者提出的各類可靠性計算方法并進行分類，并指出了各類算法的特點和適合運用的情況。