考虑多种影响因素的配电网运行风险评估

考虑多种影响因素的配电网运行风险评估

摘要：近年来随着智能配电网的迅速发展，多种设备的接入使得系统运行方式

多样化，带来了更多的安全隐患，基于用户负荷对配电系统供电可靠性的要求，

风险评估的重要性逐渐凸显。本文针对配电网发展过程中运行风险影响因素的不

断增加，提出了一种考虑多种影响因素的配电网风险评估模型。

关键词：配电网；风险评估；蒙特卡罗法

一、风险评估算法

1.现有的风险评估算法。对于简单系统，常用的风险评估算法有网络法、故

障树分析法、状态空间法；比较大规模的风险评估一般采用两种方法，分别为状

态枚举法、蒙特卡罗模拟法。（1）状态枚举法。这种算法是以电力系统的元件

故障参数为基础来建立数学模型，其数学公式为：

（1）

式中，P（s）为在状态s下的系统概率；Pi为第i个元件的工作概率；Qi为

失效概率；N为系统的元件数；Nf为状态s下失效的元件数；N-Nf为工作的元件数。状态枚举法采用严格的数学手段，计算结果准确度高，具有较高的可信度，

适用于元件数较少或低失效率元件的系统。（2）蒙特卡罗模拟法。这种方法又

称为随机抽样法，主要以统计学、概率学作为理论基础，通过系统随机生成的方

法来模拟出真实的系统功能，从而揭示出系统运行的规律。蒙特卡罗模拟法的实

质是利用随机变量的实验和模拟，来求解物理、数学、工程技术问题的近似值。

蒙特卡罗模拟法属于直观的统计实验方法，能够发现一些难以预料的事故，并且

系统的规模大小并不影响采样次数，处理运行中的控制策略也很方便。而这种方

法的不足之处在于计算的时间和精度具有较大关系，为了保证风险指标的精确性，需要花费很长的计算时间。

2.适用于配电网的风险评估算法选取。在电网规划方案中，往往对于实际电

力市场的模拟结果不要求过高的精度，而只需要统计结果。同时，规划部门需要

规划几个月甚至几年时间的运行方式，所统计和计算的复杂程度及规模都很大，

因此比较适用蒙特卡罗模拟法来作研究。对于调度上的应用，就决策而做的风险

评估时间跨度短，一般用于预测几分钟或几小时的电网安全性，并做出决策，具

有较强的时效性，涉及的状态和空间比较小，因此本文采用状态枚举法来进行配

电网的运行风险评估。

二、考虑多种影响因素的配电网运行风险评估

1.配电网的风险评估模型。配电网的结构复杂，易受到众多风险因素的影响，如各元件的工作年龄、天气因素、不同的负荷类型、设备污闪、可用修复资源、

环境因素、小动物攀爬、设备陈旧、继电保护措施不完善或误操作等等。本文力

求将配电网中更加广泛的影响因素纳入评估流程中，综合考虑了以下几个不同因

素对风险指标的影响：（l）各种元件的工作年龄；（2）天气因素；（3）可用修

复资源（包括季节的变化、工作日和周末的变化、白天和晚间的变化）。配电网

的风险评估不单单要评估失效事件发生的概率，而且要评估失效事件后果的严重性。本文中，失效事件的概率用元件的故障率来表征，故障率的计算采用了一种

综合考虑多种影响因素的方法。而失效损失则用该故障状态下的停电损失来表示，对此提出了针对不同类型用户分时段停电损失费用的计算方法。配电网运行风险

计算公式为：

（2）

式中fi为第i个失效状态发生的频率；Ci为该状态下的失效损失；n为失效状态的总数。

2.风险指标模型。所有元件均采用两状态模型，故障率与修复率都是随时间

变化的函数，元件的故障和修复时间服从指数分布。（1）考虑元件工作年龄的

风险指标模型。在元件整个寿命周期内，故障率和工作时间的典型关系形似浴盆，在不同的寿命时期元件的故障率分别为：磨合期为：

磨损期为：

式中t为元件的工作年龄；K0是影响因子的最大值（设为10）；λC为常用

的故障率常数；tL为元件的寿命（设为30年）；tBl为元件的磨合期，tWO为元

件的磨损期，本文均取值为2年。（2）考虑天气因素的风险指标模型。本文将

天气分为3类：正常天气、恶劣天气、大灾难天气，天气因素对风险指标的影响

主要有：对故障率的影响。设正常天气时的故障率为平均故障率λ，则受气影响

的故障率为：

λ（t）=ω（t）×λ（8）

式中ω（t）为时变权重因子。本文中，设正常天气时ω（t）=1，恶劣天气时ω（t）=1.2，大灾难天气时ω（t）=2。对修复时间的影响。设正常天气时的修复

时间为r，则受天气影响的修复时间为：

（rt）=ω（t）×r（9）

（3）考虑修复资源的风险指标模型。可用修复资源对元件的修复时间产生影响。因此，元件的修复时间为：

（rt）=ω（wt）×ω（dt）×ω（ht）×r（10）

式中ω（wt）为受季节影响的时变权重因子；ω（dt）为受工作日和周末影响的权重因子；ω（ht）为受夜间和白天影响的权重因子。本文中取ω（wt）=1.2，ω（dt）=1.0，ω（ht）=1.1。

3.考虑多种影响因素的风险指标模型。综合多种影响因素对故障率和修复时

间的影响作用，现得到：

λ（t）=ωweather_（λt）×ωlife（t）×λ（11）

（rt）=ωweather_（rt）×ωsource（t）×r（12）

式中ωweather（t）为天气因素的权重因子；ωlife（t）为元件工作年龄的权

重因子；ωsource（t）为可用修复资源的权重因子。

4.配电网的停电损失。配电网中用户的停电损失主要由用户的类型、生产率

水平、停电时刻、停电次数、停电时间等因素决定。常见的计算停电损失方法有：产电比法和构造函数法，但是它们不能准确反映出停电频率及停电时间和停电损

失之间的关系。因此，本文采用了针对不同类型用户的分时段停电损失的计算方法，且只考虑直接停电损失。（1）停电损失计算方法。如某工业用户的离散停

电时间与停

电损失的统计数据采用直线插值拟合的方法得到停

可用

如下多项式的近似表示：

R（t）=0.0032t3－0.2048t2

+4.8724t+1.38（13）

我们观察到，随着停电时间不断增长，停电损失曲线斜率趋于定值。该值可

近似表示用户消耗1kWh电力的平均生产效益，即：