供配电系统可靠性分析

【摘 要】电力系统中，“供配电系统”存在于发电厂与受电用户之间，是一个不可或缺的部分。供配电系统可靠性直接影响到整个电力系统的稳定性和安全性。本文首先概述了供配电系统在电能传输过程中的作用及其在整个电力系统中所处的地位，进而介绍了供配电系统可靠性分析的主要内容，并在此基础上对供配电系统可靠性的常用分析方法展开研究。

【关键词】供配电系统 可靠性 分析方法

电力系统是由发、供、配、用四大部分构成，而供配电系统涉及电力系统的供和配两大部分。要想电能在电力系统中正常输配，供配电系统可靠性是基本保证。供配电系统故障就必将导致电能不能连续有效地传输。随着社会发展、经济快速增长，以及科技的不断进步，人们对供配电系统运行提出了可靠、稳定、安全的高要求。

一、供配电系统概述

电力系统是由发电厂、供配电系统和用户组成的统一整体。由于燃料或者水资源等材料的限制，从经济的角度考虑，发电厂一般多建在偏远的地区，职能主要是生产电能供给用户使用，然而用户显著的特点却是离发电厂较远且分布较为分散。在当前科技形式下，电能具有不能大量存储的特点，其发出、传输、配送以及消耗整个过程都是同时进行的。因此，要实现用户能用上发电厂发出的电能，就需要供配电系统来完成输配电的工作。供配电系统就是由变电所和不同电压等级的电力线路所组成。输电线路和配电线路组成供配电系统的线路。其中输电线路的电压等级一般定义在35kV及以，是从升压变到降压变之间的部分，它的作用主要是实现电能的输送；而配电线路存在于降压变和各用户之间，电压等级一般为10kV及以下，它实现各类用电户的电能配送。

由此可知，供配电系统在电能传输过程中的作用和在电力系统中的地位是十分重要的。通过供配电系统，不仅能实现电能在发电厂与用户之间的传输、配送，还能实现对该过程进行控制和计量，并通过在线监测方式对在系统中随时可能出现的各种故障进行快速而且有效的检测和保护，供配电系统可靠运行能基本保证电力系统正常运行。

二、供配电系统可靠性分析的主要内容：

电力系统可靠性指的是电力系统能够在任何时候都能满足用户的用电需求并能在随时可能发生的事故中起到检测保护作用避免大面积停电。电力系统可靠性包括两方面的内容：即充裕度和安全性。供配电系统可靠性在电力系统可靠性中占有十分重要的地位。相关数据显示， 80%以上用户停电故障是由供配电系统故障引起的，研究供配电系统的可靠性的具有一定的必要性。

供配电系统的可靠性主要由其属性决定。供配电系统的属性是由系统的接地方式，系统的主接线方式，系统的运行方式以及系统的测量、监控及保护方式组成，通过四种方式配合运行决定了供配电系统的安全性、可靠性、整体性和合理性。供配电系统是由供电系统和配电系统组成的一个有机统一体，供电系统关系到电能传输的安全性和可靠性。而电力系统投资建设的整体性和合理性，以及建成后系统运行的经济性受到配电系统的影响。由此，供配电系统可靠性分析就是研究这四种方式的配合和优化，其中系统的主接线方式在四种方式起到主要作用，如果主接线方式确定了那么其他三种方式对可靠性的影响就相对削弱。

三、 供配电系统可靠性的常用分析方法：

模拟法和解析法两类分析方法是供配电系统可靠性分析中常用的。其中模拟法主要是指蒙特卡罗模拟法，该方法的使用不受系统规模限制，有灵活的特点，但同时也存在精度不足、耗时较长的缺点，在发、输电组合系统的可靠性分析中使用广泛。而解析法可进一步分为最小割集法和网络法也就是故障模式影响后果分析法（FMEA），其中FMEA在配电系统可靠性分析中最为常用，也是可靠性分析中传统的方法。随着电力行业的发展，综合模拟法和解析法两者优点的混合法得到了越来越多的应用。

（一）模拟法即蒙特卡罗法

蒙特卡罗法的基本思想是：元件的出厂参数具有较高的可靠性，蒙特卡罗法就是以此为基础建立概率模型，在通过抽样实验的方式随机模拟可能出现的状态，然后再利用数理统计的方法进行求解，得到配电系统的可靠性指标。由于这种方法方法需要计算的只是模拟元件对配电系统中各个负荷点的影响，因此系统的规模通常不会影响蒙特卡罗法的计算量，蒙特卡罗法也就常常被用于一些规模较大的、复杂的供配电系统的可靠性分析当中。在使用时该方法还能给出可靠性指标的概率分布。但该方法有唯一的缺点就是需要消耗较长的时间。

（二）解析法

现阶段供配电系统可靠性研究中使用最广泛的一种方法就是解析法。解析法的优点是原理简单、模型准确等，在比较简单的供配电系统可靠性分析中使用较多。而对于较为复杂的供配电网络必须要简化配电网络才能够使用解析法进行分析。该方法分析在使用时首先建立分析模型，该模型符合系统的具体情况，然后借助数学分析的方法对所建立模型求解出可靠性指标。典型的解析法有如下这两种：

1.最小割集法。该方法是在最小路法的基础上形成基本最小路和辅助最小路的概念。其基本思想是一个最小割集在切断所有基本最小路的同时也必将切断所有的辅助最小路。也就是说在只要通过切断基本最小路的故障元件对网络元件进行重新组合，就能充分地导出网络的全部最小割集。最小割集发的步骤大致为：当配电网络具有多个电源点及负荷点时，首先把它生成配电系统的网络拓扑结构形成最小路树，然后通过最小路树导出基本最小路，进而得到最小割集。该方法的优点是缩短了导出最小割集花费的时间，同时该方法也具有容易实现编程的优点，且计算效率较高。

2.网络法即FMEA，该方法在供配电系统可靠性分析中是最为流行的原因是配电网的拓扑结构与网络模型较为相似，而且模型较为简单。FMEA是通过枚举的方法先确定出配电系统中负荷点的失效事件，根据其对系统可靠性产生的影响，形成一个系统的事故影响表，进而归类分析得出整个系统的可靠性指标。该方法主要步骤是通过逐步组合串并联设备而得出等效网络。虽然简便快捷，但在分析非简单串并联系统的时候比较困难，同时如果简化次数较多，不可靠部分对系统可靠性的影响将变得难以鉴别。因此该方法不太适合复杂网络。

（三）解析法和模拟法综合分析

目前供配电系统可靠性分析方法的发展趋势是将模拟法和解析法综合起来。它的优点即是综合了前述两种常用方法的所有优点，该方法优越之处在于通过模拟法来模拟系统可能出现的状况时，在解析法中使用的平均持续时间代替了随机抽样值的持续时间。由于在解析法中所构建的模型参数可靠性较高，因此在随机模拟的时候，尽可能多的利用解析法来提供较精确的信息，在减少计算所花时间的同时也能较好解决分析复杂网络的供配电系统可靠性分析问题。相信未来混合法必会得到较好的发展，变得越来越成熟。

四、结语

随着社会的不断进步，经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，电力用户对供配电系统可靠性要求也越来越高。通过以上对供配电系统在传输电能过程中的作用，以及在整个电力系统中所处的地位的分析，供配电系统的可靠性直接关系到电力系统对用户的供电能力和质量。如果供配电系统出现故障必将给用户造成巨大的经济损失。所以研究供配电系统可靠性分析有利于保证电力系统正常运行，较少故障带来的损失，同时并对未来电网的建设和改造具有指导意义。

参考文献：

[1]张小辰，李更丰，袁晶.蒙特卡罗法在含分布式电源的配电系统可靠性评估中的应用[A]中国电机工程学会电力系统专业委员会2010年年会论文集[C]，2010（10）

[2]石磊，肖运勤.谈供配电系统[A].山西建筑，2012（5）

[3]刘健，毕鹏翔，董海鹏.复杂配电网简化分析与优化[M] 中国电力出版社，2003.

作者简介：

李能胜（1976-），男，重庆开县人，工程师，研究方向：电力企业供配电管理。