实时故障变化的配电网络可靠性评估网络等值模型的建模

【摘要】本文探讨的是电力设备实时故障率的变化规律，研究建立考虑设备实时故障变化的复杂配电网络可靠性评估网络等值模型及其算法。其主要方法为：首先对复杂的配电系统进行网络等值的简化，将复杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网；然后基于电力设备实时故障率研究，建立考虑电力设备不同运行时段实时故障率的配电网络可靠性评估网络等值模型，利用该模型分析考虑设备不同运行年限对配电系统可靠性评估的影响。

【关键词】配电网络；建模

【中图分类号】TK 【文献标识码】A

【文章编号】1007-4309（2012）06-0121-1.5

一、建模思想与存在问题分析

复杂的配电网络是指具有多条分支馈线的配电网络，如图1所示。和简单辐射状配电网不同的是某些负荷点接的不是负荷支路，而是分支馈线，而分支馈线仍然可带下一级分支馈线。对于带有复杂分支馈线的配电系统，由于故障模式太多，直接应用故障模式影响分析法有一定的困难，本文利用Billiton R and Jonnavithula提出的网络等值法对复杂的配电网络进行等效简化。

网络等值法的基本思想是利用一个等效元件来代替复杂馈线网络，经此法简化处理就可将复杂结构的配电网络逐步简化成简单辐射状配电网络。通过对复杂配电网络的简化等值处理，极大的节省故障枚举时间及重复的开关元件搜索时间，大大提高了评估算法的效率。为了更方便的利用网络等值法，本文首先利用广度优先搜索对带分支馈线的复杂配电网络进行分层（每一条馈线及其上所连接的隔离开关，分段断路器，熔断器等元件均属同一层），分层结果如图1所示。

对配电网络分层后，根据配电网络可靠性评估的特点可知：下层馈线发生故障的时候不仅会影响本层负荷节点的可靠性评估指标，而且还会影响其上层节点的可靠性评估指标，把下层馈线对其上层馈线的影响用一个串在上级馈线中的等效元件来代替；另外，上层馈线上所连的负荷节点发生故障也会影响下层馈线负荷节点的可靠性，用一个串在下级馈线中的等效节点来代替上层馈线对其下层馈线的影响。以图1为例，说明上述复杂配电网络的简化等值过程。图1中，虚线框X3用等效元件X3来代替，虚线框X2用等效元件X2来代替，分别代表着第三层配电网络馈线发生故障是对第二层配电网络的可靠性影响和第二层配电网络馈线发生故障是对第一层配电网络的可靠性评估影响。图1中的等效节点G2和G3分别代表代表着第一层配电网络馈线发生故障是对第二层配电网络的可靠性评估影响和第二层配电网络馈线发生故障是对第三层配电网络的可靠性评估影响。

万国成已证实由于馈线上分段断路器位置的不同和配电网的结构也不同，所以故障对配电网络的可靠性评估指标的影响也不同，尤其在计算下层馈线对其上层馈线的影响等效元件可靠性指标时，要考虑其不同的影响，其主要差别在于其等效元件的停运时间。馈线上一般都装有分段断路器，那么分段断路器后的元件发生故障所引起的等效元件的停运时间为分段断路器的操作时间，并且后段元件的检修不会引起等效元件的停运，分段断路器前的元件发生故障所引起的等效元件停运时间仍然为元件故障的修复时间。

为了更加准确的计算配电网络的可靠性指标，将分段断路器的可靠断开的概率Pd考虑进等效元件可靠性指标中，等效元件的可靠性指标：

式中：λi为等效元件中第i个节点的故障率，λavg为等效元件的故障率的平均值，Pd为断路器可靠断开的概率；Us为年故障时间，λiq为分段断路器前第i元件的故障率，λjh为分段断路器后第j元件的故障率，tq和th分别为为等效元件的停运时间和等效元件分段断路器的操作时间；re为故障修复时间。

在计算上层馈线对其下层馈线的影响等效节点可靠性评估指标时，为了描述上层馈线元件故障对下层负荷点可靠性评估指标的影响，一般在下一层的主馈线上增加了一个等值的等效节点，这样在计算下一层负荷点的可靠性指标时，该等效节点的可靠性指标可按简单的辐射状配电网络可靠性评估的计算方法进行计算。

通过上述简化等值算法对复杂的配电网络进行简化等值后，对简化后的配电网络按照故障模式影响分析法进行可靠性评估，先对其进行故障枚举，确定故障的影响范围，再计算故障下潮流和进行可靠性的评估。在以往的配电网络可靠性评估中，元件在其整个运行期内的故障率一般都当作常数处理，这是不准确的。

二、元件实时故障率的时间变化特征

R·E·Brown研究表明：元件在整个运行期内发生故障率是不同的，元件故障率一般都遵循浴盆曲线的规律，如图2所示。为了更加准确的对配电网络进行可靠性评估，在可靠性的评估模型中把故障率的变化性考虑进来，对原有的可靠性评估模型做了改进。

从图2可见，浴盆曲线分为三个阶段：初始故障阶段，稳定工作阶段和耗损故障阶段。其中初始故障阶段（由于制造上的缺陷或者安装不当等原因）和耗损故障阶段（设备运行较长时间后开始老化），设备比较容易出现故障，都具有较高的故障率；而稳定工作阶段，由于设备运行一段时间以后，状况较稳定，元件的故障率可以当成一个常数，故障率不高。为了更加准确的对配电网络进行可靠性评估，应该把三个阶段不同的故障率体现在配电网络可靠性评估的模型中，为此引入一个实时故障系数α（t）（P·Wang andR.Billinton 2002），来体现不同阶段故障率与平均故障率的差异，形成了实时故障率。

实时故障率表述如下：

？姿（t）=？琢（t）？姿■（4）

式中：λ（t）为实时故障率，λavg为故障率的平均值，α（t）为实时故障系数。下面给出不同阶段的实时故障系数：

初始故障阶段实时故障系数：？茁=（lnK0）/t1（5）

稳定工作阶段实时故障系数：？琢（t）=1（6）

耗损故障阶段实时故障系数：？琢（t）=e■（7）

？茁=（lnK2）/t3（8）

式中：K0和K2分别代表元件初始故障阶段和耗损故障阶段系数的最大值；t为元件的投运年限，t1、t2和t3分别代表元件的初始故障阶段、稳定工作阶段、和耗损故障阶段的时间。

【参考文献】

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【作者简介】关武臣：武陟县电业总公司。