基于SAIDI指標(biāo)的高壓配電網(wǎng)典型接線模式可靠性分析摘要配電網(wǎng)和系統(tǒng)的可靠性理論是發(fā)展和改進(jìn)配電系統(tǒng)的系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的重要考慮因素。為了盡可能地達(dá)到最小中斷用戶的目標(biāo)，公用事業(yè)必須努力提高可靠性，同時(shí)降低成本。眾所周知，大多數(shù)用戶中斷都是由配電系統(tǒng)故障引起的。然而，有效數(shù)據(jù)不易收集，可靠性性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也不易獲得，配電網(wǎng)可靠性一直存在不確定性。本文詳細(xì)分析了配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的幾種方法，包括連通性分析方法、失負(fù)荷分析方法、近似估算方法和多電壓等級(jí)配電網(wǎng)評(píng)估，為后續(xù)計(jì)算可靠性指標(biāo)做好鋪墊；利用交流潮流法針對(duì)主網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算，得到可靠性指標(biāo)，運(yùn)用python語言對(duì)實(shí)際算例的應(yīng)用驗(yàn)證了本文提出模型的可行性，從而優(yōu)選出最佳主網(wǎng)接線模式。本文分別從線路故障、開關(guān)故障和變壓器故障等角度研究來分析一階故障和二階故障，得到一種簡(jiǎn)易模型；將高壓配電網(wǎng)可靠性評(píng)估分解為各小片區(qū)可靠性指標(biāo)SAIDI的加權(quán)平均，不需要完整網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，得到了電網(wǎng)中評(píng)估多種接線方式的可靠性的簡(jiǎn)化公式，并分析了影響SAIDI指標(biāo)的數(shù)據(jù)：二階故障率和一階故障率，為配電網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)提供定量且可靠的依據(jù)。關(guān)鍵詞：高壓配電網(wǎng)，SAIDI，可靠性，典型接線模式目錄TOC\o"1-3"\u1緒論 11.1引言 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1主網(wǎng)接線可靠性研究現(xiàn)狀 21.2.2配電網(wǎng)接線可靠性研究現(xiàn)狀 31.3本文內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 42可靠性原理 52.1可靠性原理基礎(chǔ) 52.2可靠性指標(biāo) 62.3可靠性評(píng)估的基本方法 82.3.1FMEA法 82.3.2面向負(fù)荷點(diǎn)的方法 92.3.3最小路法 102.3.4最小割集法 112.3.5面向開關(guān)設(shè)備 132.4可靠性參數(shù) 132.5可靠性評(píng)估步驟 142.6本章小結(jié) 153主網(wǎng)典型接線模式及其可靠性計(jì)算 163.1三種接線模式 163.2交流潮流分析算法 173.3算例 213.4本章小結(jié) 234配電網(wǎng)可靠性計(jì)算評(píng)估 244.1簡(jiǎn)化算法 244.2停電過程和模型假設(shè) 244.3模型推導(dǎo) 254.3.1雙T接線 254.3.2鏈?zhǔn)浇泳€ 274.3.3二階故障 304.4公式匯總及算例 324.5本章小結(jié) 345總結(jié) 35參考文獻(xiàn) 361緒論1.1引言電力行業(yè)是關(guān)乎國家蓬勃發(fā)展百姓安居樂業(yè)的一項(xiàng)重要行業(yè)，也與我們的日常生活息息相關(guān)。在現(xiàn)代生活中做任何事情幾乎離不開電，電力行業(yè)也是支撐其他所有行業(yè)的基礎(chǔ)，電力系統(tǒng)的可靠程度也是衡量一個(gè)城市甚至國家的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因此電力系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。配電網(wǎng)系統(tǒng)的建立主要是為了以最大的經(jīng)濟(jì)效益和合理的成本向消費(fèi)者提供足夠的電力。在過去幾年里，分銷網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和技術(shù)呈指數(shù)式增長(zhǎng)。因此，公用事業(yè)公司應(yīng)當(dāng)努力做到這一點(diǎn)：為了滿足客戶的可靠性要求，以最佳的戰(zhàn)略規(guī)劃和最低的成本來滿足。電力的數(shù)量是由可靠性決定的。在電力行業(yè)的分布網(wǎng)絡(luò)的可靠性分析不是一個(gè)新的問題，隨著停電和斷電費(fèi)用的上升，已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究。過去對(duì)系統(tǒng)可靠性的研究較少重視[1]，但是，電力運(yùn)輸和生產(chǎn)系統(tǒng)屬于資本密集類型的，他們的缺陷可能會(huì)造成廣泛的環(huán)境和社會(huì)影響。與之前的分配制度相比，配電網(wǎng)制度要比其他兩種制度便宜一些，因?yàn)樗挠绊懯蔷植康?。大多?shù)電力公司的故障統(tǒng)計(jì)分析表明，配電網(wǎng)系統(tǒng)是消費(fèi)者對(duì)電力供應(yīng)的最大貢獻(xiàn)。隨著人們生活水平的提高和生產(chǎn)生活的需要，一些過去無法實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)需求尤其是電子設(shè)備占據(jù)了我們生活的絕大部分，相對(duì)應(yīng)電網(wǎng)所要承擔(dān)的負(fù)荷也就逐年增加，這也考驗(yàn)著電網(wǎng)的帶動(dòng)負(fù)荷的能力能否滿足逐年上升的用戶需求，因此，制定出良好的用電規(guī)劃才是保障老百姓安居樂業(yè)和保證用電可靠性唯一準(zhǔn)則。若想得到將來電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)，就應(yīng)當(dāng)保證科學(xué)和合理的配電網(wǎng)規(guī)劃。一直以來，通過遵循相應(yīng)技術(shù)準(zhǔn)則來使得電網(wǎng)建設(shè)成本最低是在進(jìn)行配電網(wǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)規(guī)劃時(shí)大多數(shù)電力系統(tǒng)從業(yè)者遵循的基本原則[2-6]。最近一段時(shí)間以來，我國發(fā)展突飛猛進(jìn)，電力行業(yè)方面發(fā)展顯著提高，實(shí)現(xiàn)大量供電可靠性不能只利用過去時(shí)代背景下對(duì)于統(tǒng)計(jì)低用電量結(jié)果的方法，這樣既不現(xiàn)實(shí)，又不合理?，F(xiàn)在存在的關(guān)鍵問題是要轉(zhuǎn)變供電可靠性管理方式，努力實(shí)現(xiàn)從發(fā)生事故后進(jìn)行的結(jié)果分析轉(zhuǎn)向通過預(yù)測(cè)將事故扼殺在搖籃中[7-11]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1主網(wǎng)接線可靠性研究現(xiàn)狀自上世紀(jì)六十年代初期發(fā)表的多篇有關(guān)主網(wǎng)接線可靠性的期刊、雜志和論文以來，在大數(shù)據(jù)分析、模型建立和計(jì)算可實(shí)現(xiàn)性等方面，主網(wǎng)接線可靠性已經(jīng)提出多種主流且高效的模型?，F(xiàn)在解析法和模擬法廣泛應(yīng)用于技術(shù)領(lǐng)域，是主流的評(píng)估方法[12]。相對(duì)來說，解析法對(duì)事件的分析理論更加嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)用性強(qiáng)，計(jì)算量也更大。解析法包括隨機(jī)設(shè)定電力系統(tǒng)內(nèi)元器件的參數(shù)和性能，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型以描述電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，通過窮舉各種不同類型的故障，得到系統(tǒng)在不同類型故障下的響應(yīng)，通過確定的解析解精確得到電力系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。同時(shí)將解析方法劃分成:潮流法以及網(wǎng)流法。潮流法直流法和交流法都屬于潮流法，直流法有誤差，但是優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快；交流法廣泛考慮了約束因素，包括有功功率、無功功率、電壓質(zhì)量，沒有顧及系統(tǒng)電壓和無功功率的作用，從而得出的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況非常相似，具有較高的精度，因此使得整個(gè)可靠性分析的計(jì)算量非常大。網(wǎng)流法網(wǎng)流法包括使用指定故障狀態(tài)下系統(tǒng)組件的最大流，為了取代系統(tǒng)中的功率分配，從而簡(jiǎn)化交流潮流計(jì)算和降負(fù)荷計(jì)算，該方法不考慮元件故障后系統(tǒng)的實(shí)際反應(yīng)過程，但只考慮了系統(tǒng)可能的最高固有可靠性，網(wǎng)絡(luò)流的方法雖然簡(jiǎn)便，但是它不可以計(jì)算系統(tǒng)的無功性能，只能計(jì)算系統(tǒng)的有功性能，可以在早期規(guī)劃階段比較各種可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。模擬方法可以通過蒙特卡羅模擬[13]來提取任意服從隨機(jī)概率分布的隨機(jī)數(shù)，計(jì)算過程中計(jì)算機(jī)的概率分布，計(jì)算量比較少，可以根據(jù)輸電分量和氣候條件選擇負(fù)荷，通過隨機(jī)抽樣選擇其參數(shù)，形成系統(tǒng)狀態(tài)序列，還可以模擬幾個(gè)事件關(guān)聯(lián)失效等復(fù)雜因素，然后分析各生成狀態(tài)的行為，但在分析事件個(gè)性時(shí)有困難。在收集了足夠數(shù)量的樣本狀態(tài)后，這種方法很容易考慮相關(guān)錯(cuò)誤事件的影響，也可以提供電壓質(zhì)量的信息，但更難進(jìn)行有針對(duì)性的元件錯(cuò)誤分析。一般來說，在配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估中廣泛采用的模型中，解析法原則上簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，具有實(shí)用性，模擬法是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估的一種仿真方法，為了產(chǎn)生系統(tǒng)部件的隨機(jī)失效，采用概率統(tǒng)計(jì)方法確定可靠性指標(biāo)的計(jì)算公式，通過模擬部件壽命的實(shí)際情況，根據(jù)概率分布確定系統(tǒng)狀態(tài)仿真方法能考慮關(guān)聯(lián)事件的影響，計(jì)算的復(fù)雜性幾乎不受系統(tǒng)規(guī)模的影響，因此是合適的，要達(dá)到較高的計(jì)算精度，要有充足的計(jì)算時(shí)間，而且仿真方法不適合進(jìn)行有針對(duì)性的分析。1.2.2配電網(wǎng)接線可靠性研究現(xiàn)狀常規(guī)的高壓配電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法一般需要收集完整網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，利用商業(yè)軟件或計(jì)算機(jī)編程對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算[14]，對(duì)工程人員要求較高。因此，在滿足工程計(jì)算精度的條件下，高壓配電網(wǎng)可靠性的簡(jiǎn)化估算公式顯得很有必要。計(jì)算和評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性是非常重要的，電網(wǎng)的可靠性評(píng)價(jià)一般采用歷史評(píng)價(jià)法和預(yù)測(cè)法，大部分公共事業(yè)公司比起預(yù)測(cè)方法更重視歷史評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)方法分為分析方法和模擬方法，配電系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)方法分為兩種：模擬和分析[15]。模擬雖然是最靈活的方法，但是要大量計(jì)算時(shí)間和精密度的不確定性，分析方法還可以分為網(wǎng)絡(luò)建模和馬爾科夫建模，由于網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單性和配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的天然相似性，建模成為配電網(wǎng)可靠性分析中最常用的技術(shù)，模擬方法與分析方法的差異在于系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的評(píng)估方法。為了通過和的概率分布提高決策水平，提出了指標(biāo)獲得的可變性。當(dāng)前針對(duì)高壓配電網(wǎng)的指標(biāo)研究較少，因此沒有確定一套固定指標(biāo)，目前暫用輸電網(wǎng)或中壓配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)，但是對(duì)于選擇使用中壓配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)還是輸電網(wǎng)可靠性指標(biāo)也無定論。目前，電網(wǎng)可靠性評(píng)估算法主要集中在中壓配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)，高壓配電網(wǎng)可靠性評(píng)估算法研究較少。與輸電網(wǎng)相比，高壓配電網(wǎng)使用仿真方法進(jìn)行大量計(jì)算，因此元器件的安全指標(biāo)非?？煽浚瑸榱耸狗治龇椒ǜ眠m用于計(jì)算分析高壓配電網(wǎng)的可靠性，主要考慮因素應(yīng)該是故障條件的數(shù)量和拓展的查找時(shí)間。文獻(xiàn)[31-33]使用常規(guī)方法，給出了各種連接方式的可靠性等級(jí)，檢查了高壓配電網(wǎng)的各種連接方式的可靠性，但是沒有提供計(jì)算每種連接方式的可靠性指標(biāo)的方法。1.3本文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要針對(duì)主網(wǎng)及配電網(wǎng)，研究了不同的可靠性評(píng)估算法，對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行計(jì)算，得到可行的可靠性評(píng)估結(jié)果。本文共分為以下幾個(gè)章節(jié)：第一章主要調(diào)研目前研究現(xiàn)狀，確定研究方向。查閱文獻(xiàn)，包括主網(wǎng)及配電網(wǎng)，全面掌握已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的成果和結(jié)論，同時(shí)包含本文的章節(jié)安排。第二章研究可靠性原理然后確定可靠性指標(biāo)，找到并分析可靠性評(píng)估的方法。第三章和第四章建立模型，分析計(jì)算方法，分別計(jì)算輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的典型接線模式可靠性指標(biāo)。以主網(wǎng)為輔，配電網(wǎng)為主，研究二者的計(jì)算方法，最終得到相應(yīng)的可靠性指標(biāo)簡(jiǎn)化公式，計(jì)算后將結(jié)果匯總，完成接線模式的分析。第五章對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)與回顧。

2可靠性原理2.1可靠性原理基礎(chǔ)不同的操作要求和運(yùn)行環(huán)境下，可靠性會(huì)有不同的定義和標(biāo)準(zhǔn)。普遍接受的可靠性定義將可靠性定義為一個(gè)項(xiàng)目的特征，用它在規(guī)定的條件下在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行規(guī)定功能的概率來表示?？煽啃缘臄?shù)學(xué)定義與概率密度函數(shù)有關(guān)，對(duì)于連續(xù)隨機(jī)變量，相關(guān)方程如下:（2-1）對(duì)于離散隨機(jī)變量，相關(guān)方程如下:（2-2）在處理電力系統(tǒng)時(shí)，術(shù)語可靠性為充分性和安全性。充足性與電力系統(tǒng)是否有足夠的發(fā)電量來滿足消費(fèi)者需求有關(guān)。安全性與電力系統(tǒng)響應(yīng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的瞬變和干擾的能力有關(guān)。可靠性標(biāo)準(zhǔn)常用于輸電系統(tǒng)規(guī)劃。可靠性要求電力系統(tǒng)中任何單個(gè)元件的損耗都不應(yīng)妨礙電力供應(yīng)。即使容量最高的線路是停止服務(wù)的線路，也需要這樣做。即使失去了最大的發(fā)電機(jī)組，這也是必需的。大多數(shù)情況下，最大發(fā)電機(jī)組的損失是一個(gè)限制事件，需要證明電力系統(tǒng)能夠承受，即使它發(fā)生在最糟糕的時(shí)刻。故障發(fā)生后，必須在幾分鐘內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行。必須有足夠的快速和慢速操作儲(chǔ)備。2.2可靠性指標(biāo)隨著電子設(shè)備和自動(dòng)化工藝的普及，電能質(zhì)量問題變得越來越頻繁，隨之而來的就是提升可靠性定性分析以滿足供電要求的問題，可靠性分析的最終目標(biāo)是幫助回答諸如“系統(tǒng)足夠可靠嗎？”、“哪種方案失敗較少？”和“下一筆錢最好花在哪里改進(jìn)系統(tǒng)？”，由于配電系統(tǒng)的負(fù)荷很少接近其極限，可靠性的重點(diǎn)在于系統(tǒng)的安全性，而不是系統(tǒng)的充分性。國家建設(shè)重要項(xiàng)目時(shí)需要獨(dú)立的研究背景和機(jī)密的設(shè)計(jì)理念，以至于建設(shè)這些產(chǎn)品需要一套標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)來細(xì)化衡量，從而體現(xiàn)出我國的科研進(jìn)步；另一方面，這些機(jī)密的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)一旦出現(xiàn)問題將會(huì)帶來嚴(yán)重的事故發(fā)生，這些事故也會(huì)造成難以彌補(bǔ)的損失，包括經(jīng)濟(jì)的動(dòng)蕩和我國國際地位的下降，所以我們?cè)谏a(chǎn)生活中將管理生產(chǎn)的可靠性，并將此設(shè)為重要目標(biāo)之一。為了達(dá)到近乎完美的質(zhì)量，公用事業(yè)公司可以花費(fèi)大量的金錢和空間電能質(zhì)量要求較高的設(shè)備。另一方面，公用事業(yè)公司可能花費(fèi)很少，并要求客戶補(bǔ)償由此產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題。兩種極端都不可取，公用事業(yè)必須在成本和電力之間找到平衡提供給客戶的質(zhì)量。通過將一般系統(tǒng)可靠性計(jì)算中的基本方法和通用原理，經(jīng)過精煉和改造后，同樣可以應(yīng)用于電力建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)中的可靠性計(jì)算，同時(shí)電力系統(tǒng)的可靠性計(jì)算確保了特高壓電網(wǎng)系統(tǒng)、大型電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定工作[21-25]。對(duì)于負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)來說高壓配電網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)直接相連，為考慮其作為等值電源對(duì)中壓配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的影響，應(yīng)計(jì)算高壓變電站低壓母線的可靠性指標(biāo)。在這個(gè)時(shí)候，可將高壓配電網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果作為中壓線路等值電源點(diǎn)參數(shù)傳遞給中壓配電網(wǎng)，相關(guān)高壓配電網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)可采用中壓配電網(wǎng)2個(gè)獨(dú)立指標(biāo)（平均停電率和每次停電的平均持續(xù)時(shí)間），或?yàn)樘岣咴u(píng)估的精度采用4個(gè)相關(guān)獨(dú)立指標(biāo)，涉及平均停電率、負(fù)荷轉(zhuǎn)供時(shí)間、修復(fù)時(shí)間和切符合率。對(duì)于基于負(fù)荷點(diǎn)用戶數(shù)的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，由于作為高壓配電網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)的變電站低壓母線所供的用戶數(shù)不詳，以及在高壓配電網(wǎng)評(píng)估中不便考慮中壓饋線間相互轉(zhuǎn)供的影響，準(zhǔn)確計(jì)算指標(biāo)仍有一定的困難?？刹捎媒铺幚矸椒ǎ焊鶕?jù)可獲取的數(shù)據(jù)情況，采用變電站所供饋線的配變個(gè)數(shù)，或?qū)⒚總€(gè)變電站低壓母線當(dāng)作一個(gè)用戶。因此，輸電網(wǎng)可靠性指標(biāo)種類繁多，既有系統(tǒng)范圍的指標(biāo)，又有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)指標(biāo)；既有概率、頻率和時(shí)間類指標(biāo)，又有概率與后果（切負(fù)荷或失去穩(wěn)定）相結(jié)合的指標(biāo)；既有絕對(duì)性質(zhì)的指標(biāo)，又有經(jīng)過歸一化后的相對(duì)性質(zhì)的指標(biāo)[26]。同時(shí)，由于輸電網(wǎng)用戶符合種類復(fù)雜且大小不一，一般不采用涉及用戶個(gè)數(shù)的可靠性指標(biāo)?？煽啃悦枋鲋笜?biāo)一般包括電力不足概率、電力不足時(shí)間期望、電力不足頻率,、電力不足持續(xù)平均時(shí)間、電力不足期望和電量不足期望，其中電力不足又可以稱之為失負(fù)荷。上述可靠性描述指標(biāo)分別按公式（2-3）、（2-4）、（2-5）、（2-6）、（2-7）和（2-8）進(jìn)行計(jì)算。在下述公式中表示為系統(tǒng)非常態(tài)集合，同理則是集合中第個(gè)非常態(tài)集合。電力不足概率代表平均每年發(fā)電系統(tǒng)的可用電量不能滿足系統(tǒng)需求的概率，計(jì)算方法如式（2-3）所示：（2-3）電力不足時(shí)間期望代表每年發(fā)電系統(tǒng)的可用電量缺少的時(shí)間，單位為小時(shí)，計(jì)算方法如式（2-4）所示：（2-4）電力不足頻率代表每年發(fā)電系統(tǒng)的平均停電次數(shù)，單位為次/年，計(jì)算方法如式（2-5）所示：（2-5）電力不足平均持續(xù)時(shí)間代表每次發(fā)電系統(tǒng)停電的平均時(shí)長(zhǎng)，單位為小時(shí)/次，計(jì)算方法如式（2-6）所示：（2-6）電力不足期望代表發(fā)電系統(tǒng)可用電力的平均缺少量，單位為兆瓦，計(jì)算方法如式（2-7）所示：（2-7）電量不足期望代表每年發(fā)電系統(tǒng)可用電量的平均缺少量，單位為兆瓦小時(shí)/年，計(jì)算方法如式（2-8）所示：（2-8）上述公式中表示事件發(fā)生的概率，表示事件發(fā)生的頻率。2.3可靠性評(píng)估的基本方法配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)計(jì)算的主流方法主要包括近似估算方法、連通性分析方法、失負(fù)荷分析方法和多電壓等級(jí)配電網(wǎng)評(píng)估。其中，連通性分析方法主要分類為面向元件、面向負(fù)荷點(diǎn)和面向開關(guān)設(shè)備。面向元件的方法通常采用故障模式及其影響分析法[15]，其常用于配電網(wǎng)的可靠性參數(shù)計(jì)算和評(píng)價(jià)。2.3.1FMEA法通過識(shí)別每個(gè)故障及其對(duì)系統(tǒng)的影響，并計(jì)算負(fù)載和可靠性度量，生成故障所產(chǎn)生的結(jié)果的對(duì)應(yīng)解釋。但是，故障所產(chǎn)生的結(jié)果的對(duì)應(yīng)解釋不是自動(dòng)生成的，而是人工標(biāo)注的，所以標(biāo)準(zhǔn)化過程很困難；此外由于模型存在很多故障，因此故障所產(chǎn)生的結(jié)果的對(duì)應(yīng)解釋的建立可能非常困難，這使應(yīng)用變得困難。法計(jì)算步驟如下：窮舉所有器件，隨機(jī)使得某個(gè)器件停止工作，同時(shí)考慮到停電至重新供電時(shí)的時(shí)間間隔，確定器件停止工作對(duì)負(fù)載故障率和故障時(shí)間的影響。分別關(guān)閉所有元器件后，創(chuàng)建每個(gè)負(fù)載點(diǎn)的故障率和故障時(shí)間的列表，形成故障所產(chǎn)生的結(jié)果的對(duì)應(yīng)解釋，匯總每個(gè)負(fù)載點(diǎn)的故障率和故障時(shí)間，以表明其可靠性指標(biāo)。系統(tǒng)可靠性指標(biāo)可以根據(jù)所有不同負(fù)載的可靠性指標(biāo)及其貢獻(xiàn)率計(jì)算得出。2.3.2面向負(fù)荷點(diǎn)的方法目前大多數(shù)電力線路的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)輻射狀，基本都可等效轉(zhuǎn)變成串聯(lián)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)。其中，串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)如圖2-1和圖2-2所示。、、和（或、、和）分別為器件（或系統(tǒng)）的平均失效概率、平均每年停止通電時(shí)長(zhǎng)、平均每次失效時(shí)間所導(dǎo)致的停止通電時(shí)長(zhǎng)和平均恢復(fù)通電概率。圖2-1串聯(lián)系統(tǒng)對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)有計(jì)算公式，如（式2-9）所示：，，（2-9）圖2-2并聯(lián)系統(tǒng)對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)，根據(jù)概率計(jì)算規(guī)則可知計(jì)算公式，如（式2-10）所示：，，（2-10）雖然上述串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)公式僅適合使用在只由元件串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)或元件并聯(lián)構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)，但是上述公式是計(jì)算串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。在混聯(lián)系統(tǒng)中，通過依次合并串聯(lián)分支和并聯(lián)分支，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)雜性逐漸降低，最終化簡(jiǎn)系統(tǒng)到只包含一個(gè)元器件。此元器件的可靠性等價(jià)于原混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，上述思路一般稱之為網(wǎng)絡(luò)等效化簡(jiǎn)方法。2.3.3最小路法最小路是從負(fù)載出發(fā)至電源的最短路徑。最小路法[16]的基本思路是：首先確定每個(gè)負(fù)載點(diǎn)的最短路徑，然后首先計(jì)算最短路徑上元器件的可靠性指標(biāo)，其次計(jì)算其他路徑上元器件的可靠性指標(biāo)，然后通過計(jì)算最小路及其他路徑對(duì)負(fù)載可靠性指標(biāo)的權(quán)重，加權(quán)得到最終的可靠性指標(biāo)。如圖2-3所示，負(fù)載LP1的最短路徑是由主路1連接分支a。其他路徑包括主路2連接分支b、主路3連接分支c和主路4連接分支d，以及其排列組合。圖2-3簡(jiǎn)單輻射型網(wǎng)絡(luò)最小路法本質(zhì)是基于法的大體思路上，對(duì)其故障貢獻(xiàn)率計(jì)算上進(jìn)行重構(gòu)，其適用于非閉環(huán)工作的配電網(wǎng)，計(jì)算步驟如圖2-4所示:圖2-4最小路法計(jì)算步驟2.3.4最小割集法最小割集是指可能引發(fā)系統(tǒng)故障的所有元件的最小的不可分集合，即如果最小割集中所有的元器件全部停止工作，系統(tǒng)才會(huì)發(fā)生故障，只要最小割集中的任意一個(gè)元器件沒有發(fā)生故障，系統(tǒng)也會(huì)正常運(yùn)行，不會(huì)停止工作[17]。最小割集的基本思想是通過搜索系統(tǒng)回路中所有負(fù)載，確定各個(gè)負(fù)載的對(duì)應(yīng)的備用以及最小連集，然后通過邏輯推理獲得上述兩個(gè)連集中對(duì)應(yīng)的最小不可分的集合：割集。對(duì)于地區(qū)級(jí)的配電網(wǎng)而言，由于其體量過大，負(fù)載點(diǎn)過多，不建議使用最小割集法，計(jì)算量過大，且可能無法有效找到最小割集。圖2-5橋型網(wǎng)絡(luò)如圖2-5所示，網(wǎng)絡(luò)中所有負(fù)載的最小割集分別是：（M,K）、（J,N）、（M,I,N）、（J,I,K）。于是得到該網(wǎng)絡(luò)等效重構(gòu)為如圖2-6所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖2-6橋型網(wǎng)絡(luò)等效可靠性框圖圖2-6所展示的結(jié)構(gòu)中各最小不可分集合中的器件呈現(xiàn)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，而不同的最小不可分集合呈現(xiàn)串聯(lián)機(jī)構(gòu)，則可通過式(2-11)、式(2-12)和式(2-13)計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載所對(duì)應(yīng)的三個(gè)基礎(chǔ)可靠性參數(shù)。負(fù)荷點(diǎn)每年的平均停電次數(shù)，即平均停電率，記作（次/年），公式為：（2-11）上式中，是器件的停止運(yùn)行概率，包括計(jì)劃外（意外：線路斷裂、變壓器故障）停止運(yùn)行概率和計(jì)劃內(nèi)（檢修）停止運(yùn)行概率；是使得負(fù)載停止通電的器件的最小割集。負(fù)載的暫時(shí)停止通電（意外、計(jì)劃均包含）平均時(shí)長(zhǎng)（年），記作（h/年），如式（2-12）所示：（2-12）式（2-12）中，是因?yàn)槠骷Ｖ雇?，從而?dǎo)致的負(fù)載的停止通電平均時(shí)長(zhǎng)（h）。負(fù)載的暫時(shí)停止通電（意外、計(jì)劃均包含）平均時(shí)長(zhǎng)（次），記作（h/次），如式（2-13）所示：（2-13）2.3.5面向開關(guān)設(shè)備基于開關(guān)設(shè)備的算法的主體思想是以故障傳播為基礎(chǔ)，以評(píng)估的方式代替計(jì)算，實(shí)現(xiàn)可靠性計(jì)算。其基本步驟是第一步窮舉系統(tǒng)故障狀態(tài)，為特定故障狀態(tài)查找控制開關(guān)，得到該特定故障所影響的系統(tǒng)區(qū)域。第二步根據(jù)上述故障狀態(tài)的擴(kuò)散路徑，查找故障所傳播的最遠(yuǎn)途徑，從而確定系統(tǒng)中未受影響的區(qū)域（即隔離區(qū)域），最后一步按照故障類型的不同，將系統(tǒng)器件分類到不同的集合當(dāng)中，按照不同集合故障時(shí)間的不同，計(jì)算出系統(tǒng)器件平均故障時(shí)間，最終得到系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，具體內(nèi)容可參考文獻(xiàn)[18]。系統(tǒng)全部失負(fù)荷指當(dāng)最小割集中的全部器件失效，負(fù)載的供能路徑全部失效，負(fù)載停止工作。系統(tǒng)部分失負(fù)荷指當(dāng)最小割集中的部分器件失效，負(fù)載的部分供能路徑失效，而且剩余器件過度負(fù)荷，有可能發(fā)生超出容量限制，導(dǎo)致系統(tǒng)失衡。同時(shí)分布式發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，使得低污染、高可靠和效率的分布式電源廣泛應(yīng)用在供電系統(tǒng)中，以取代傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)，同時(shí)打破了傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中只存在單一發(fā)電源的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可靠性的計(jì)算方式也隨之發(fā)生改變[19-20]。2.4可靠性參數(shù)可靠性參數(shù)包括不同設(shè)備的停運(yùn)率（故障停電和計(jì)劃停電）和相關(guān)的停電和開關(guān)切換時(shí)間[35]。對(duì)于可靠性參數(shù)收集統(tǒng)計(jì)的一般原則如下：可靠性參數(shù)統(tǒng)計(jì)的地域應(yīng)隨評(píng)估區(qū)域大小而定，且范圍要合理適當(dāng)，不能過大或過小?？煽啃詤?shù)的統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍一般為1~5年，時(shí)間類參數(shù)應(yīng)采用1~3年的統(tǒng)計(jì)值，故障停運(yùn)率應(yīng)采用1~5年的統(tǒng)計(jì)值，確定時(shí)應(yīng)考慮資金等經(jīng)濟(jì)因素。按照設(shè)備類型分類收集，必要時(shí)可細(xì)致到生產(chǎn)廠家、運(yùn)行年限等分類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。對(duì)于無法直接獲取的或者非常困難才可以獲取的數(shù)據(jù)采取抽樣的方式模擬獲得類似的結(jié)果，必要時(shí)還可將產(chǎn)生異常的數(shù)據(jù)及時(shí)清除，以保證可靠性評(píng)估的準(zhǔn)確性。2.5可靠性評(píng)估步驟眾所周知，系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)是負(fù)載的可靠性指標(biāo)為基礎(chǔ)得到的，而各負(fù)載的可靠性指標(biāo)是通過列舉發(fā)生停電故障的元器件并仔細(xì)分析發(fā)生故障的元器件的狀態(tài)所得。如圖2-7所示，其大體思路及一般步驟如圖所示：圖2-7配電網(wǎng)可靠性評(píng)估一般步驟2.6本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了可靠性的相關(guān)概念，分析如何建立可靠性原理基礎(chǔ)和如何確定可靠性指標(biāo)，并且研究了面向元件的法、面向負(fù)荷點(diǎn)、面向開關(guān)設(shè)備、最小路、最小割集法等可靠性評(píng)估的基本方法，最后匯總了可靠性參數(shù)統(tǒng)計(jì)的原則和可靠性評(píng)估的一般步驟，為后續(xù)具體連接方式的可靠性計(jì)算做準(zhǔn)備。

3主網(wǎng)典型接線模式及其可靠性計(jì)算3.1三種接線模式為了得到可替換電源點(diǎn)，在雙雙聯(lián)絡(luò)（圖3-1）和雙雙線路（圖3-2）中分別有型節(jié)點(diǎn)，本節(jié)將利用串并行可靠性等效原理[5]，將圖中的變壓器和斷路器替換成為一個(gè)元器件，從而計(jì)算出它們可靠性的不同之處。如圖3-1和圖3-3所示，和,和是高壓側(cè)總線互連開關(guān)，可以替代斷路器以及所在支路。下面是三種典型接線模式的線路圖。圖中白色代表連接，黑色代表失去連接。圖3-1雙T雙聯(lián)絡(luò)圖3-2雙T雙線路圖3-3無T單聯(lián)絡(luò)3.2交流潮流分析算法潮流分析方法是規(guī)劃和設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)及其未來擴(kuò)展的先決條件。它們對(duì)于確定現(xiàn)有系統(tǒng)的最佳運(yùn)行非常重要。一般來說，潮流分析方法可以分為直流方法和交流方法。如果與交流方法比較，直流方法僅處理有功功率，并考慮某些額外的簡(jiǎn)化，并且是線性方法。交流法處理有功和無功功率，是非線性方法。潮流分析方法的主要目標(biāo)包括該方法對(duì)大型復(fù)雜實(shí)際電力系統(tǒng)的適用性和迭代的收斂性。每條網(wǎng)絡(luò)中浮現(xiàn)的有功功率和無功功率以及每條總線上對(duì)應(yīng)的電壓的大小和相位是通過使用上述算法得到的基本內(nèi)容。這些方法可以使用導(dǎo)納矩陣，它包括組成總線的自總線和互導(dǎo)納，也可以使用阻抗矩陣，它包括驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和傳輸阻抗。Gauss–Seidel方法，是一種迭代方法。Gauss–Seidel方法與雅可比迭代過程十分相似。未知變量的第次迭代，即，僅使用已經(jīng)被計(jì)算的中的元素，并且尚未被推進(jìn)到迭代的的元素。這意味著，與雅可比方法不同，只需要一個(gè)存儲(chǔ)向量，因?yàn)樵卦谟?jì)算時(shí)可以被覆蓋，這對(duì)于非常龐大的計(jì)算量的問題是有利的。考慮一個(gè)有條總線的配電網(wǎng)。松弛總線用索引表示。在總線注入網(wǎng)絡(luò)的電流的復(fù)數(shù)值，如式（3-1）所示：（3-1）然后假設(shè)關(guān)于未知母線電壓初始值的平起動(dòng)條件已知，可推導(dǎo)出以下表達(dá)式，并用于計(jì)算迭代，如式（3-2）所示：（3-2）在每次迭代結(jié)束時(shí)，對(duì)迭代過程是否可以終止進(jìn)行控制檢查。為此，其中一個(gè)選項(xiàng)是用最高模塊檢查復(fù)合電壓校正值，如式（3-3）所示：（3-3）如果該模塊小于規(guī)定的公差，即在開始迭代程序之前預(yù)先定義的公差，迭代程序可以停止，并且在最后一次正在進(jìn)行的迭代中母線電壓的計(jì)算值被認(rèn)為足夠精確，以表示搜索的解。假設(shè)總線是電壓控制總線之一，其電壓幅度應(yīng)為，考慮到電壓控制總線上的無功功率，如式（3-4）所示：（3-4）然后，進(jìn)行控制檢查，以確定總線上注入的無功功率是否在不等式給出的限定范圍內(nèi)，如式（3-5）所示：（3-5）式中其中是最小值，是在指定的電壓控制總線上施加在發(fā)電機(jī)無功功率輸出上的最大值。在潮流計(jì)算過程中，如果的計(jì)算值超出任一極限，則被設(shè)置為等于違反的極限。即，如果在計(jì)算的過程中確定，如式（3-6）所示：（3-6）則在實(shí)際正在進(jìn)行的迭代的后續(xù)計(jì)算中，被設(shè)置為，如式（3-7）所示：（3-7）類似地，如果確定，如式(3-8)所示：（3-8）則在實(shí)際正在進(jìn)行的迭代的后續(xù)計(jì)算中，被設(shè)置為，如式（3-9）所示：（3-9）本節(jié)對(duì)雙雙聯(lián)絡(luò)、雙雙線路和無單聯(lián)絡(luò)的可靠性進(jìn)行了分析和計(jì)算，并使用交流法來評(píng)估高壓配電網(wǎng)的可靠性。通過計(jì)算負(fù)載及的可靠性指標(biāo)，并利用線路的左右對(duì)稱的特點(diǎn)，就可以得到負(fù)載和的可靠性指標(biāo)。負(fù)載的可能出現(xiàn)的故障情況如表3-1所示：表3-1負(fù)荷La故障事件表元件失負(fù)荷概率失負(fù)荷頻率1571，21，31，41，51，61，71，82，52，73，53，74，54，75，65，75，8續(xù)表3-1元件失負(fù)荷概率失負(fù)荷頻率6，77，8表3-1中：,,,,、和分別為一米內(nèi)線路、變壓器及斷路器停止工作的次數(shù)，,和分別為線路、變壓器及斷路器停止工作后的修整時(shí)長(zhǎng)。設(shè)型線路節(jié)點(diǎn)距離等價(jià)powerpoint長(zhǎng)度為，型線路節(jié)點(diǎn)距離變壓器高壓側(cè)長(zhǎng)度為，則線路全長(zhǎng);聯(lián)絡(luò)線路長(zhǎng)度為。3.3算例本節(jié)以某一地區(qū)供電系統(tǒng)為實(shí)際案例進(jìn)行可靠性計(jì)算。本案例中線路長(zhǎng)度=15千米,=6千米,=8千米，=10千米。變壓器每年發(fā)生故障的次數(shù)為0.01次，每次故障的修整時(shí)長(zhǎng)為18小時(shí)，斷路器每年發(fā)生故障的次數(shù)為0.06，每次故障的修整時(shí)長(zhǎng)為7h，每千米供電線路發(fā)生故障的次數(shù)為0.0128，每次故障的修整時(shí)長(zhǎng)為6h。運(yùn)用上節(jié)中得出的公式，分別將元器件的單獨(dú)停止工作時(shí)對(duì)應(yīng)的可靠性指標(biāo)全部相加即可得到總所求元件的總可靠性指標(biāo)。計(jì)算流程如圖3-4所示，本文使用python語言進(jìn)行編程計(jì)算和手算兩種方式完成了三種典型接線模式的可靠性評(píng)估工作，計(jì)算結(jié)果與算例給出結(jié)果的總體趨勢(shì)一致。圖3-4計(jì)算流程圖表3-2各種接線方式負(fù)荷的可靠性指標(biāo)（計(jì)算結(jié)果）負(fù)荷點(diǎn)雙雙聯(lián)負(fù)荷0.00030.30582.2981負(fù)荷0.00020.25591.8983雙雙線負(fù)荷0.00054.3000負(fù)荷0.00054.4900無單聯(lián)負(fù)荷0.00020.39931.4700負(fù)荷0.00020.44931.8700表3-3各種接線方式負(fù)荷的可靠性指標(biāo)(已知結(jié)果)負(fù)荷點(diǎn)雙雙聯(lián)負(fù)荷0.00040..449373.7490負(fù)荷0.00040.39933.3490雙雙線負(fù)荷0.00050.51924.3042負(fù)荷0.00050.51924.3042無單聯(lián)負(fù)荷0.00040.39933.3490負(fù)荷0.00040.44933.74903.4本章小結(jié)在觀察已知結(jié)果的階段下，通過觀察相同負(fù)載的電力不足概率指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)雙雙聯(lián)絡(luò)和無單聯(lián)絡(luò)的電力不足概率電力不足概率指標(biāo)相同，因此無法根據(jù)電力不足概率指標(biāo)來判斷哪種接線方式更可靠；接下來比較三種接線方式的電力不足頻率指標(biāo)發(fā)現(xiàn)針對(duì)負(fù)荷來說無單聯(lián)絡(luò)的數(shù)值最小，但是針對(duì)負(fù)載來說雙雙聯(lián)絡(luò)的數(shù)值最小。在比較實(shí)際計(jì)算結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn)得到的結(jié)論也與上述類似，無法根據(jù)單一指標(biāo)判斷出唯一絕對(duì)的完美接線方式，三種接線模式各有利弊，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合下不同的接線方式可能會(huì)帶來不一樣的經(jīng)濟(jì)效益以及安全性能。綜上所述，得出結(jié)論要具體問題具體分析，根據(jù)實(shí)際要求來確定最為恰當(dāng)?shù)慕泳€方式。

4配電網(wǎng)可靠性計(jì)算評(píng)估4.1簡(jiǎn)化算法目前學(xué)術(shù)界對(duì)于中壓（）配電網(wǎng)的分析較為全面，并相繼匯總出一系列用來計(jì)算可靠性的公式，使得研究中壓線路的可靠性時(shí)更加簡(jiǎn)便[36-38]。但是在研究高壓（）配電系統(tǒng)可靠性時(shí)，因?yàn)殡妷旱燃?jí)的更改、配電系統(tǒng)中器件的不同和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，則需要重新研究出一套適用于高壓配電系統(tǒng)的簡(jiǎn)化公式，不可以直接使用已知中壓配電系統(tǒng)的計(jì)算公式，本章將致力于分析簡(jiǎn)化算法的研究過程，最終得到簡(jiǎn)化公式，并用之進(jìn)行可靠性指標(biāo)的計(jì)算。高壓配電網(wǎng)通常分片運(yùn)行，在近似估算情況下，各分片運(yùn)行高壓配電網(wǎng)可看成相互獨(dú)立并簡(jiǎn)化為某一典型接線模式。因此，本章的總體思路是將規(guī)模龐大的高壓配電網(wǎng)的計(jì)算轉(zhuǎn)化為各分片區(qū)域典型接線總體的算術(shù)平均值，繼而將得到高壓配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)的計(jì)算簡(jiǎn)化公式，使得計(jì)算過程更加簡(jiǎn)便。4.2停電過程和模型假設(shè)停電過程就是當(dāng)某一元器件停止工作時(shí)，開環(huán)操作系統(tǒng)中，在其控制作用下，使得最靠近停止工作的元器件的高位斷路器同時(shí)停止工作，閉環(huán)操作系統(tǒng)則使得最靠近停止工作的元器件的全部斷路器同時(shí)也停止工作。為了便于計(jì)算典型接線可靠性指標(biāo)，本文考慮簡(jiǎn)化可靠性指標(biāo)的公式，為此做出如下假設(shè)：假設(shè)一：變電站母聯(lián)開關(guān)均為斷開狀態(tài)，斷路器分布在變壓器和線路周圍，斷路器均正常工作，可以有效保護(hù)線路和變壓器。假設(shè)二：同一類型的元器件可靠性參數(shù)相同。假設(shè)三：在一個(gè)變電站內(nèi)，雖然變壓器的類型和結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)應(yīng)的等效使用次數(shù)是一致且不變的。假設(shè)四：不考慮電壓變化對(duì)可靠性指標(biāo)的影響。假設(shè)五：不考慮配電系統(tǒng)容量對(duì)可靠性指標(biāo)的影響。假設(shè)六：忽略變電站高壓側(cè)母線故障引起的負(fù)荷轉(zhuǎn)供時(shí)間（但要考慮高壓?jiǎn)文妇€不分段情況下的母線停電時(shí)間），不考慮低壓側(cè)母線故障的影響。假設(shè)七：不考慮計(jì)劃停運(yùn)的轉(zhuǎn)供時(shí)間（但要考慮輻射型線路和變壓器計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間），多重故障中僅考慮Ⅰ類二次故障。4.3模型推導(dǎo)基于前文對(duì)高壓配電網(wǎng)可靠性合理指標(biāo)的選擇，采用法，本節(jié)分別以型接線和鏈?zhǔn)浇泳€為例分元件推導(dǎo)其故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的貢獻(xiàn)。4.3.1雙T接線在實(shí)際應(yīng)用中，型接線被廣泛應(yīng)用的有兩種結(jié)構(gòu)，第一種：配電系統(tǒng)中變電站中每個(gè)子系統(tǒng)中包含兩個(gè)用于配電的變壓器（升壓、降壓）一般稱之為雙接線，第二種：變電站中每個(gè)子系統(tǒng)中包含3個(gè)用于配電的變壓器的（升壓、降壓）稱之為3接線。本章以雙接線為例，如圖4-1和圖4-2所示。圖4-1線路接線圖圖4-2變電站接線(1)線路故障：當(dāng)配電系統(tǒng)中發(fā)生故障在雙型結(jié)構(gòu)的隨機(jī)一條線路上，因?yàn)殡p結(jié)構(gòu)中的線路為并行結(jié)構(gòu)，只要還有線路正常運(yùn)行，負(fù)荷均可以轉(zhuǎn)移至未故障的線路，因此實(shí)際的故障時(shí)間也就是轉(zhuǎn)移到另外的線路上的時(shí)長(zhǎng)，則上述情況對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的影響的計(jì)算公式如式（4-1）所示：（4-1）式（4-1）中，和分別為變電站1和2的用戶數(shù)；為線路故障停運(yùn)率；為單條線路總長(zhǎng)度；表示設(shè)備故障時(shí)負(fù)荷的轉(zhuǎn)供時(shí)間。(2)開關(guān)故障：此處開關(guān)一般意義是用于關(guān)合正常或異常情況下線路的高壓斷路器。以下斷路器等同于開關(guān)，按照變電站中配電線路的層次結(jié)構(gòu)，將斷路器分為三種類型：前級(jí)出站保護(hù)高壓斷路器，進(jìn)站保護(hù)斷路器以及低壓保護(hù)斷路器。前級(jí)出站保護(hù)斷路器發(fā)生開關(guān)故障，使得其對(duì)應(yīng)送電線路發(fā)生停運(yùn)，其后的負(fù)荷停止供電，不會(huì)影響當(dāng)前變電站的其他送電線路。如果進(jìn)站保護(hù)斷路器發(fā)生開關(guān)故障，受影響的范圍最大，不僅使得其對(duì)應(yīng)送電線路發(fā)生停運(yùn)，同時(shí)導(dǎo)致變電站直接停運(yùn)，則變電站對(duì)應(yīng)的所有出站線路均發(fā)生停運(yùn)，全部負(fù)荷均停止供電。其中低壓保護(hù)斷路器發(fā)生故障時(shí)，受影響的范圍最小，僅僅影響變壓器低壓側(cè)用戶用電。則上述情況下的開關(guān)故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的影響的計(jì)算公式如式（4-2）所示：（4-2）式中，為開關(guān)故障停運(yùn)率。(3)變壓器故障：如果變壓器故障不影響其后的開關(guān)，而是變壓器供電線路上的開關(guān)斷開，則實(shí)際的故障時(shí)間也就是變壓器負(fù)荷轉(zhuǎn)移到另外的線路上的時(shí)長(zhǎng)，則上述情況下的變壓器故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的影響的計(jì)算公式如式（4-3）所示：（4-3）式（4-3）中，為變壓器故障率。(4)單重故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的貢獻(xiàn)：綜上，對(duì)于圖4-1和圖4-2的雙接線，各元件一階故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的影響計(jì)算公式如式（4-4）所示：（4-4）4.3.2鏈?zhǔn)浇泳€雙鏈典型接線的單線圖和電氣接線圖分別如圖4-3和圖4-4所示：圖4-3單線圖圖4-4電氣接線圖(1)線路故障：與T型結(jié)構(gòu)的區(qū)別是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，只要線路上某一元器件發(fā)生故障時(shí)，線路上的所有負(fù)載都將受到影響，需要轉(zhuǎn)移到另外的線路上。具體到某一實(shí)例而言，如圖4-3和圖4-4所示，第一種情況：當(dāng)圖上發(fā)生不可控故障時(shí)，由于和變電站之間是鏈?zhǔn)浇泳€結(jié)構(gòu)，變電站受其故障影響，同時(shí)停運(yùn)，同理可得，變電站同樣受其前的影響，也伴隨故障而停運(yùn)；第二種情況：當(dāng)產(chǎn)生不可控故障時(shí)，同上述，變電站同樣會(huì)受其影響，伴隨故障而發(fā)生停運(yùn)；第三種情況：當(dāng)產(chǎn)生不可控故障時(shí)，由于其與變電站之間是并行結(jié)構(gòu)，所以的一階線路故障對(duì)于變電站不會(huì)有影響，同樣也不影響變電站；第四種情況：當(dāng)產(chǎn)生不可控故障時(shí)，由于變電站是線路末端，且同樣是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以只影響變電站。綜上所述：圖4-3和圖4-4中各線段一階線路故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的影響計(jì)算公式如式（4-5）所示：（4-5）(2)開關(guān)故障：前級(jí)出站保護(hù)斷路器，高壓側(cè)保護(hù)斷路器發(fā)生一階故障時(shí)，當(dāng)前變電站所連接線路上的負(fù)載以及其后變電站上的負(fù)載將受到影響，發(fā)生轉(zhuǎn)移。低壓保護(hù)斷路器發(fā)生故障時(shí)，受影響的范圍最小，僅僅影響變壓器低壓側(cè)用戶用電。開關(guān)故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間的影響計(jì)算公式如式（4-6）所示：（4-6）式（4-6）中每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)圖中虛線圈住開關(guān)的影響。(3)對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，同式（4-3）。(4)單重故障對(duì)的貢獻(xiàn)：綜上，對(duì)于圖4-3和圖4-4雙鏈接線，各元件一階故障對(duì)的貢獻(xiàn)如式（4-7）所示：（4-7）高壓配電系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行要求通常要符合：電力系統(tǒng)中任何單個(gè)元件的故障都不應(yīng)妨礙電力供應(yīng)，主要系統(tǒng)設(shè)備(如發(fā)電機(jī)組、輸電線路或變壓器)故障后，應(yīng)存在可接受的系統(tǒng)狀態(tài)。但是故障發(fā)生的大多數(shù)狀態(tài)為二階故障，即多個(gè)元器件或多條線路同時(shí)發(fā)生故障（包含計(jì)劃外同時(shí)故障或計(jì)劃內(nèi)同時(shí)故障）。所以不能忽視二階故障對(duì)于配電系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響。與輸電網(wǎng)不同，高壓配電網(wǎng)通常分片運(yùn)行，同時(shí)每個(gè)片區(qū)的元件數(shù)量不多，因此可以將網(wǎng)絡(luò)等效成串并聯(lián)系統(tǒng)計(jì)算二階故障停電時(shí)間。其中串聯(lián)系統(tǒng)常用停電時(shí)間計(jì)算公式已經(jīng)將多階故障考慮在內(nèi)，無須單獨(dú)考慮二階故障；并聯(lián)系統(tǒng)二階故障停電時(shí)間需要單獨(dú)考慮。一般情況下，配電網(wǎng)元件的平均故障率遠(yuǎn)小于其平均修復(fù)率，兩元件并聯(lián)系統(tǒng)某一元件故障修復(fù)期間另一元件故障停電時(shí)間如式（4-8）所示：（4-8）式（4-8）中，和分別為元件1和元件1的故障率；和分別為元件1和元件2的故障修復(fù)時(shí)間。兩元件并聯(lián)系統(tǒng)某一元件計(jì)劃?rùn)z修期間另一元件故障停電時(shí)間如式（4-9）所示：（4-9）式（4-9）中，和分別為元件1和元件2的計(jì)劃?rùn)z修率；和分別為元件1和元件2的計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間。4.3.3二階故障根據(jù)停運(yùn)時(shí)長(zhǎng)的長(zhǎng)短，可以將二階故障分成：修復(fù)負(fù)載（RL）、轉(zhuǎn)移負(fù)載（TL）。其中RL所用的時(shí)間通常遠(yuǎn)長(zhǎng)于TL所用時(shí)間，而且由于二階故障，通常不存在轉(zhuǎn)移路徑，所以RL發(fā)生頻率同樣遠(yuǎn)大于TL發(fā)生的頻率。因此本文忽略TL故障類型，只考慮RL故障。常見二階故障產(chǎn)生結(jié)構(gòu)：①線路并聯(lián)，如圖4-5（a）所示，②變壓器并聯(lián)，如圖4-5（b）所示，其中開關(guān)簡(jiǎn)記為開，線路簡(jiǎn)記為線，斷路器簡(jiǎn)記斷。（a）線路并聯(lián)（b）變壓器并聯(lián)圖4-5涉及二階故障的常見接線形式（1）一階故障修復(fù)時(shí)并聯(lián)器件同時(shí)故障：在某器件發(fā)生某一階故障后，檢修該器件時(shí)發(fā)生另一器件同時(shí)故障。①線路并聯(lián)結(jié)構(gòu)上的二階故障主要類型分為：線并聯(lián)線、線并聯(lián)開及開并聯(lián)開。其對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，如式（4-10）所示：（4-10）式（4-10）中，開關(guān)的修整時(shí)長(zhǎng)記為，線路修整時(shí)長(zhǎng)記為。②變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)上的二階故障主要類型分為：開并聯(lián)變、開并聯(lián)開及斷并聯(lián)斷，其對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，如式（4-11）所示：（4-11）式（4-11）中，變壓器修整時(shí)長(zhǎng)記為。（2）計(jì)劃?rùn)z修時(shí)并聯(lián)器件同時(shí)故障：在某器件計(jì)劃?rùn)z修而停運(yùn)后，發(fā)生另一器件同時(shí)故障。①線路并聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)生二階故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，如式（4-12）所示：（4-12）式（4-12）中，計(jì)劃內(nèi)開關(guān)檢查頻率記為，持續(xù)平均時(shí)長(zhǎng)記為；計(jì)劃內(nèi)線路檢查頻率記為，持續(xù)平均時(shí)長(zhǎng)記為。②變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)生二階故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，如式（4-13）所示：（4-13）式（4-13）中，計(jì)劃內(nèi)變壓器檢查頻率記為，持續(xù)平均時(shí)長(zhǎng)記為。對(duì)安裝有不同頻率或電壓的兩頭回路的線路而言，發(fā)生二階故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，如式（4-14）所示：（4-14）對(duì)并聯(lián)結(jié)構(gòu)運(yùn)行的變壓器而言，發(fā)生二階故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，如式（4-15）所示。（4-15）對(duì)上述兩種結(jié)構(gòu)同時(shí)存在的結(jié)構(gòu)而言，發(fā)生二階故障對(duì)系統(tǒng)平均停電時(shí)間影響的計(jì)算公式，如式（4-16）所示。（4-16）4.4公式匯總及算例根據(jù)上述故障發(fā)生時(shí)的分析計(jì)算，不同配電（高壓）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性（以系統(tǒng)平均停電時(shí)間為代表）計(jì)算公式如表4-1所示。表4-1典型結(jié)構(gòu)可靠性（系統(tǒng)平均停電時(shí)間）計(jì)算結(jié)果典型接線平均停電時(shí)長(zhǎng)平均停電時(shí)長(zhǎng)3T+3站+3變——3T+2站+3變——雙T+3站+2變雙T+2站+2變雙輻射+1站+2變表4-2典型元件可靠性參數(shù)元器件故障頻率（次/月）修復(fù)時(shí)長(zhǎng)（小時(shí)/次）檢查頻率（次/月）檢查時(shí)長(zhǎng)（小時(shí)/次）線路0.002230.01334變壓器0.01900.5757斷路器0.01430.5825母線0.0016370.511假設(shè)器件發(fā)生故障而停止運(yùn)行的負(fù)載轉(zhuǎn)移時(shí)長(zhǎng)為10分鐘，計(jì)劃?rùn)z查而停止運(yùn)行的負(fù)載轉(zhuǎn)移時(shí)長(zhǎng)也為10分鐘，典型元件可靠性參數(shù)已知。將典型元件可靠性參數(shù)表中的數(shù)據(jù)代入公式得到對(duì)應(yīng)的結(jié)果，如表4-3所示：表4-3常見結(jié)構(gòu)可靠性（系統(tǒng)平均停電時(shí)間）計(jì)算結(jié)果接線模式線路長(zhǎng)度一階故障/[min/(戶·年)]二階故障/[min/(戶·年)]合計(jì)/[min/(戶·年)]3T+3站+3變51030800.700.801.202.2000000.700.801.202.203T+2站+3變51030800.600.701.102.1000000.600.701.102.10雙T+3站+2變51030800.700.801.202.200.800.871.262.871.501.672.465.07雙T+2站+2變51030800.600.701.102.100.800.871.262.871.401.572.364.97雙輻射+1站+2變51030800.600.701.102.100.800.871.262.871.401.572.364.974.5本章小結(jié)從可靠性指標(biāo)結(jié)果表中可以看出，當(dāng)接線模式一致時(shí)，線路長(zhǎng)度變長(zhǎng)，數(shù)值也變大；當(dāng)線路長(zhǎng)度相同，接線模式不一致時(shí)，3T+2站+3變的接線方式的數(shù)值最小。所以，在本章所研究的幾種接線方式中，3T+2站+3變的接線方式收到故障的影響最小，從而更加可靠。5總結(jié)本文從分析高壓輸電網(wǎng)典型接線模式可靠性評(píng)估著手，研究了高壓配電網(wǎng)典型接線模式及其可靠性評(píng)估的方法，主要工作體現(xiàn)在以下方面：1. 學(xué)習(xí)并討論了目前有關(guān)可靠性的知識(shí)，包括可靠性基本概念、可靠性指標(biāo)、可靠性參數(shù)、可靠性評(píng)估步驟等研究現(xiàn)狀。2. 著手計(jì)算了配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)，從而發(fā)現(xiàn)效果最佳的接線方式，為進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。3. 充分儲(chǔ)備針對(duì)高壓配電網(wǎng)可靠性評(píng)估這一課題要建立的模型，分析比較不同的算法，最終得到簡(jiǎn)化公式。4. 本文從高壓配電網(wǎng)接線方式和可靠性計(jì)算兩個(gè)方面分析討論了這一課題，并未分析經(jīng)濟(jì)因素、管理因素等全方位多角度解決工程問題。

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