基于配网拓扑矩阵的供电可靠性评估方法研究

基于配网拓扑矩阵的供电可靠性评估方
法研究
摘要：传统的电力系统可靠性算法主要侧重于对电力系统和负载的总体可靠
度进行评价，而未对网架结构对负载点的可靠性产生影响进行深入地探讨。

本文
从负载点主供电通路环节、上下游设备故障的影响、负载点与多个供电点之间的
联系等三个角度，建立了一种新的电力系统可靠性评价模型。

该方法通过建立配
电网拓扑矩阵，对电力系统的可靠性影响进行定量分析，并能迅速计算出“连接、联络、影响”三个方面对供电可靠性的影响，从而判断出配电网网架结构对供电
可靠性产生较大影响的薄弱环节。

本文的研究成果对电力系统可靠性的规划具有
一定的指导意义。

关键词：配网拓扑矩阵；供电可靠性；可靠性评估
引言
电能应用的高度普及令配网可靠性成为电力系统研究领域的新热点。

电能使
用的安全性、稳定性与持续性对社会生产的正常运行有直接影响。

因此，研究一
种有效的方法，评估配网运行的可靠性、分析配网运行过程中不同供电环节中的
缺陷，具有实际意义。

作为影响配网供电可靠性的重要因素，配网的网架结构也
是配网内各供电环节中的薄弱环节。

西南部某县是南方电网公司的扶贫对口帮扶县，近几年在智能配电网规划方面的投入非常大，但面对的问题也较多。

基于此，本文提出基于配网拓扑矩阵的供电可靠性评估方法，最大限度地利用配网的拓扑
矩阵分析配网内各供电环节对配网供电可靠性的影响，从而提高西南部某县配网
供电的可靠性。

1.基于配网拓扑矩阵的供电可靠性评估方法
1.1供电可靠性指标选取
在评估配网供电可靠性的过程中，根据供电可靠性评估相关研究结果，选取
4个普遍使用的可靠性指标进行评估：配网平均故障率、配网总停电时间、配网
故障平均停电修复时间、平均用电有效度指标。

配网平均故障率是指某时间段内
用户停电总次数与用户总数的比值。

配网总停电时间是指某时间段内某段线路出
现的总停电时长。

配网故障平均停电修复时间是指配网出现停电后到恢复正常工
作时平均所需要的时间。

平均用电有效度指标是指用户实际用电小时数与用户需
用电小时数的比值。

其中，配网故障平均停电修复时间是供电可靠性评估中获取
难度最大的指标。

1.2配网拓扑矩阵
配网拓扑矩阵构建过程可分为3个主要环节：配网架构分析、编号与矩阵列写。

其关键在于以某电源为初始点，确定其连接的主干线与分支线间的相关性，
由此准确描述配网拓扑架构。

配网架构分析环节的主要内容是确定并分别列出配
网内各主干线和分支线，即编号。

由于分支线具有不同级别，在编号过程中也需
分别列出分支线级别，即矩阵列写。

各级分支线可理解为串联在主干线节点中的
负荷元件。

2.试验分析
为验证本文所提基于配网拓扑矩阵的供电可靠性评估方法的实际应用性，以
西南部某县为研究对象，采用本文方法对该地区配电供电可靠性进行评估。

评估
结果如下。

2.1试验地区概况
西南部某县既是国家三区三州深度贫困县，又是某省27个深度贫困县之一，同时是南方电网公司对口帮扶贫困县。

截至2019年，西南部某县行政面积为
4661km2，有效供电面积为1864.23km2，供电人口为16.52万人，用户总数为
5.28万户，社会最大负荷为57.69MW，社会用电量为1.35×108kWh，一户一表率
为100%，智能电表覆盖率为100%，低压集抄覆盖率为100%，自动抄表率为98%。

历史年经济发展及电量负荷情况如表1所示。

由表1可知，2014～2018年人口平
均增长率为0.27%、GDP平均增长率为9.63%、电量平均增长率为5.98%、负荷平均增长率为13.15%。

西南部某县供电范围内有水电站20座，总装机353.28MW。

其中：220kV上网的水电站4座，装机容量211MW;110kV上网的水电站12座，装机容量
126.4MW;35kV上网的水电站4座，装机容量15.88MW。

以西南部某县220kV水电站———南河电站为研究对象。

2.2可靠性指标分析结果
设定图2所示的研究对象配网结构内：线路的平均故障率为0.05次/km，平均修复时间为4h/次；断路器的平均故障率为0.0025次/km，平均修复时间为
3h/次；其他分支线内的平均故障率为0.0025次/km，平均修复时间为1h/次；分段开关倒闸操作时间为1h，联络开关倒闸操作时间为1.5h。

利用本文方法对研究对象配网结构的供电可靠性进行评估。

评估结果如下：配网平均故障率为0.394次·（户·a)－1；配网总停电时间为
0.9377h·（户·a)－1；配网故障平均停电修复时间为0.2466h·（户·a)－1；平均用电有效度指标为99.86%；运行总时间为7s。

本文方法利用拓扑矩阵反映配网供电过程中不同供电环节对配网供电可靠性指标的影响，可以有效评估研究对象配网结构的供电可靠性。

由评估结果可知，本文方法运行总时间较短，且与实际匹配程度较高，由此验证了本文方法的可应用性。

针对配网架构，联络对可靠性指标的影响较为稳定，供电可靠性指标主要受联络开关位置的影响。

同时，联络也令部分负荷点至电源点的环节对配网供电可靠性的影响下降。

对此，综合分析整个配网的薄弱环节，在对网络进行优化整改时，可从不同角度提升该节点的供电可靠性。

2.3实际应用效果
本文研究了基于配网拓扑矩阵的供电可靠性评估方法。

在研究地区实际配网工程项目中，利用本文方法评估不同工程项目内配网实际供电的可靠性，并针对
评估结果中可靠性较低的配网区域进行整改，实际应用效果如下。

10kV板吉线工
程中，有效解决10kV板吉线线路超长的问题，缩短供电半径。

将2条新线路的
供电半径均缩短至40km以下，原板吉线上8个低电压台区均无需同步配置无功
补偿设备。

在10kV新化线工程中，本文方法将10kV新化线线路缩短至58km，将
原10kV新化线划分为2回线路供电。

通过配置自动化开关和故障指示器快速定
位故障，缩短了故障查找时间，降低了用户的停电时间。

在10kV白济汛线工程中，本文方法将10kV白济汛线线路总长度缩短至65km。

同样地，通过配置自动
化开关和故障指示器，缩短了用户的停电时间。

本文方法从配网结构矩阵角度出发，分别针对配网结构内的主干线矩阵、分
支线矩阵和联络开关矩阵进行分析，精准评估配网供电的可靠性，从而最大限度
地提升配网工程的供电可靠性。

使用本文方法评估配网，并根据评估结果进行针
对性整改后，研究地区各配网实际工程项目中的缺陷问题均被有效改善，配网工
程供电可靠性均有明显提升。

结语
本文将配网架构与配网供电可靠性相结合，提出基于配网拓扑矩阵的供电可
靠性评估方法。

根据等效网络结构，分层构建拓扑矩阵提升负荷检索效率；依照
配网拓扑矩阵的划分，确定故障率关联矩阵与故障时间关联矩阵，由此计算配网
供电可靠性指标。

试验结果表明，本文方法可方便、准确地进行配网规划与优化，实际应用价值较高。

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