了得網工業技術_配電繫統綜合評價理論與方法

內容簡介

配電繫統是電力繫統的重要組成部分，其建設和發展近年來受到了廣泛關注。配電繫統的綜合評價是配電繫統精細化規劃、建設、改造和運行的基礎性工作。本書旨在對配電繫統綜合評價工作涉及的理論和方法進行繫統總結，以期推動這一工作的科學化。本書第1章概述了配電繫統評價工作的內容、要求及難點；第2～5章重點介紹了配電繫統綜合技術評價工作涉及的分析計算理論，包括配電繫統潮流計算、短路計算、網損計算、接線模式識別、自動安全性校驗、運行方式優化、供電能力分析、可靠性評估等；第6章闡述了配電繫統經濟評價工作中涉及的各類指標計算方法；第7章介紹了配電繫統綜合評價指標體繫和繫統化的評價方法；第8章介紹了配電繫統計算機輔助綜合評價繫統應具備的功能及繫統框架。

本書適合配電繫統規劃、建設、改造和運行等相關領域的科技工作者閱讀，也可供高等院校電力繫統及其自動化專業的教師、研究生和高年級本科生參考。

前言
第1章緒論
1.1 現代配電繫統
1.2 配電繫統綜合評價的目的及意義
1.3 配電繫統綜合評價的主要內容
1.4 配電繫統綜合評價工作的復雜性
參考文獻
第2章配電繫統基本分析理論
2.1 配電繫統潮流計算
2.2 配電繫統短路計算
2.2.1 短路故障類型及特點
2.2.2 短路故障的分析方法
2.3 配電繫統線損計算
2.3.1 線損電量基本計算方法前言
第1章緒論
1.1 現代配電繫統
1.2 配電繫統綜合評價的目的及意義
1.3 配電繫統綜合評價的主要內容
1.4 配電繫統綜合評價工作的復雜性
參考文獻
第2章配電繫統基本分析理論
2.1 配電繫統潮流計算
2.2 配電繫統短路計算
2.2.1 短路故障類型及特點
2.2.2 短路故障的分析方法
2.3 配電繫統線損計算
2.3.1 線損電量基本計算方法
2.3.2 線損電量區間計算理論
2.4 配電繫統網絡接線模式自動識別
2.4.1 接線模式識別理論基礎
2.4.2 配網接線模式識別方法
2.4.3 接線模式自動識別示例
2.5 配電繫統自動安全校驗
2.5.1 “N-1”安全準則
2.5.2 基於規則的配電繫統“N-m”自動校驗方法
2.5.3 配電繫統自動“N-m”校驗流程
2.5.4 自動“N-1”校驗典型示例
參考文獻
第3章配電繫統運行優化理論
3.1 引言
3.2 配電繫統網絡運行結構優化
3.2.1 問題的提出
3.2.2 問題的數學模型描述
3.2.3 問題求解方法
3.2.4 針對負荷組合序列的供電路徑優化
3.2.5 基於短路遺傳算法的網絡重構全局優化
3.2.6 算例分析
3.3 配電繫統無功電源運行優化
3.3.1 問題的提出
3.3.2 無功優化數學模型
3.3.3 問題求解方法
3.3.4 算例分析
參考文獻
第4章配電繫統供電能力分析
4.1 概述
4.2 配電繫統供電能力分析方法
4.2.1 計及“N-1”準則的供電能力基本概念
4.2.2 供電能力分析的化方法
4.2.3 供電能力分析的解析方法
4.3 供電能力相關評估指標
4.3.1 供電能力指標
4.3.2 供電能力適應性指標
4.4 案例分析
4.4.1 站內主變運行方式分析
4.4.2 中壓配電繫統典型接線模式分析
4.4.3 配電繫統模塊化供電規模分析
4.4.4 配電網絡供電轉移能力分析
4.4.5 配電繫統典型組網方式分析
參考文獻
第5章配電繫統可靠性分析
5.1 概述
5.2件的可靠性分析理論
5.2件可靠性指標
5.2件狀態及狀態轉移
5.2件的故障模式
5.2.4 串並聯繫統的可靠性
5.3 配電繫統可靠性指標
5.3.1 負荷點可靠性指標
5.3.2 繫統可靠性指標
5.4 復雜配電繫統饋線分區及網絡化簡
5.4.1 饋線基本結構
5.4.2 故障過程
5.4.3 開關裝置分類
5.4.4 饋線分區
5.4.5 區域網絡圖
5.5 配電繫統故障影響分析
5.5.1 故障準則
5.5.2 故障影響矩陣
5.5.3 基於故障區域的分析算法
5.5.4 基於負荷區域的分析算法
5.5.5 基於區域網絡的分析算法
5.5.6 自動開關的不可靠性
5.5.7 非破壞性故障的影響
5.5.8 三種區域分析法的比較
5.6 TLOC準則下區域解析法可靠性評估
5.6.1 區域節點可靠性參數計算
5.6.2 基於區域解析法的繫統可靠性指標計算方法
5.6.3 可靠性評估算例
5.7 PLOC準則下的可靠性指標計算
5.7.1 區域節點可靠性參數計算
5.7.2 可靠性評估算例
5.8 配電繫統可靠性評價
參考文獻
第6章配電繫統經濟性評價
6.1 概述
6.2 工程經濟學評價原理與方法
6.2.1 現金流量模型
6.2.2 淨現值(NPV)法
6.2.3 內部收益率(IRR)法
6.2.4 投資回收期(PP)法
6.2.5 敏感性分析
6.3 基於工程經濟學的配電繫統經濟評價
6.3.1 新建項目經濟性評價
6.3.2 改造項目經濟性評價
6.3.3 規劃方案經濟性評價
6.4 計及不確定性的區間經濟評價方法
6.4.1 生命期確定的區間經濟評價
6.4.2 生命期不確定的區間經濟評價
參考文獻
第7章配電繫統評價指標與評價方法
7.1 概述
7.2 綜合評價的繫統學方法
7.2.1 基本評價方法
7.2.2 評價指標體繫
7.2.3 指標權重體繫
7.2.4 指標評價標準體繫
7.2.5 多指標評價結果的綜合方法
7.3 配電繫統評價指標體繫
7.3.1 供電安全性
7.3.2 供電可靠性
7.3.3 經濟性
7.3.4 適應性
7.3.5 協調性
7.4 配電繫統綜合評價實施方法
7.4.1 評價指標設置
7.4.2 評價實施
7.4.3 評價結果分析
7.5 配電繫統綜合評價案例分析
7.5.1 案例簡介
7.5.2 評價指標體繫配置
7.5.3 規劃方案評價
參考文獻
第8章配電繫統計算機輔助評價繫統
8.1 概述
8.2 繫統總體框架設計
8.2.1 業務流及信息流分析
8.2.2 總體功能架構
8.2.3 接口設計
8.3 配電繫統綜合評價基礎平臺
8.3.1 平臺功能結構
8.3.2 平臺功能示例
8.3.3 數據校驗與還原
8.4 輔助評價繫統的高級應用功能
8.4.1 配電網綜合評價子繫統
8.4.2 配電網建設改造方案優化子繫統
參考文獻

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第1 章緒論
配電繫統的綜合評價是配電繫統精細化規劃、建設、改造和運行的基礎性工作，是配電繫統發展到精細化管理時代背景下的一個新的研究課題，具有強烈的實際工程需求。本章簡述了配電繫統及其典型特征，對配電繫統綜合評價的研究內容和復雜性進行了闡述。
1.1 現代配電繫統
電力繫統由發電、輸電、配電繫統三部分構成，其典型結構如圖1-1 所示［1］。
配電繫統是電力繫統中直接與用戶相連並向用戶分配電能的環節。
在我國，按電壓等級可將配電繫統劃分為高壓配電繫統、中壓配電繫統和低壓配電繫統三部分［2 ，3］。高壓配電繫統與輸電繫統直接相連，接收來自輸電繫統的電能，直接向大負荷供電或經中、低壓配電繫統向負荷供電。我國目前的高壓配電繫統一般指35kV 、66kV 或110kV 配電繫統，有些大型城市將220kV 也作為高壓配電繫統電壓等級，以適應城市用電規模的增長。高壓配電繫統的電源一般來自不同的220kV 或500kV 中心變電站（或樞紐變電站）。中壓配電繫統一般指10kV 和20kV 配電繫統，通常將高壓配電變電站的每一回中壓出線稱為一條饋線。低壓配電繫統一般指0.4kV 配電繫統。習慣上，配電繫統有時也被簡稱為配電網或配網。
配電繫統在網絡規模、拓撲結構、支路參數、運行狀態、負荷、電源以及各種配電裝置的分布、信息的不確定性等很多方面，都具有不同於輸電繫統的典型特征［1］。
（1）從網絡規模來看，配電繫統具有規模龐大、數據繁雜等特點。對於一個中等規模城市的中壓配電繫統來說，其所包含的配電變壓器數目就可能達到上萬臺，而饋線數則多達數千條。
（2）從拓撲結構來看，輸電網絡一般采用多環路的環網式結構，而配電網絡多采用輻射型、環式或網格式等結構方式，正常情況下多為輻射狀運行。
（3）從支路參數來看，高壓輸電網絡的支路電阻一般遠小於電抗的數值，而配電網絡的支路電阻與電抗的比值較大，除地下電纜和較長的輻射型線路外，配電線路的對地並聯導納大多數情況下可以忽略不計。
（4）從運行狀態來看，輸電繫統通常處於三相對稱運行狀態，而配電繫統往往運行在三相不平衡狀態（配電繫統三相電流及電壓不平衡的程度是衡量配電繫統供電質量的重要指標之一）且運行方式多變。同時，配電繫統的狀態變化比較頻繁。第1 章緒論

配電繫統的綜合評價是配電繫統精細化規劃、建設、改造和運行的基礎性工作，是配電繫統發展到精細化管理時代背景下的一個新的研究課題，具有強烈的實際工程需求。本章簡述了配電繫統及其典型特征，對配電繫統綜合評價的研究內容和復雜性進行了闡述。

1.1 現代配電繫統

電力繫統由發電、輸電、配電繫統三部分構成，其典型結構如圖1-1 所示［1］。

配電繫統是電力繫統中直接與用戶相連並向用戶分配電能的環節。

在我國，按電壓等級可將配電繫統劃分為高壓配電繫統、中壓配電繫統和低壓配電繫統三部分［2 ，3］。高壓配電繫統與輸電繫統直接相連，接收來自輸電繫統的電能，直接向大負荷供電或經中、低壓配電繫統向負荷供電。我國目前的高壓配電繫統一般指35kV 、66kV 或110kV 配電繫統，有些大型城市將220kV 也作為高壓配電繫統電壓等級，以適應城市用電規模的增長。高壓配電繫統的電源一般來自不同的220kV 或500kV 中心變電站（或樞紐變電站）。中壓配電繫統一般指10kV 和20kV 配電繫統，通常將高壓配電變電站的每一回中壓出線稱為一條饋線。低壓配電繫統一般指0.4kV 配電繫統。習慣上，配電繫統有時也被簡稱為配電網或配網。

配電繫統在網絡規模、拓撲結構、支路參數、運行狀態、負荷、電源以及各種配電裝置的分布、信息的不確定性等很多方面，都具有不同於輸電繫統的典型特征［1］。

（1）從網絡規模來看，配電繫統具有規模龐大、數據繁雜等特點。對於一個中等規模城市的中壓配電繫統來說，其所包含的配電變壓器數目就可能達到上萬臺，而饋線數則多達數千條。

（2）從拓撲結構來看，輸電網絡一般采用多環路的環網式結構，而配電網絡多采用輻射型、環式或網格式等結構方式，正常情況下多為輻射狀運行。

（3）從支路參數來看，高壓輸電網絡的支路電阻一般遠小於電抗的數值，而配電網絡的支路電阻與電抗的比值較大，除地下電纜和較長的輻射型線路外，配電線路的對地並聯導納大多數情況下可以忽略不計。

（4）從運行狀態來看，輸電繫統通常處於三相對稱運行狀態，而配電繫統往往運行在三相不平衡狀態（配電繫統三相電流及電壓不平衡的程度是衡量配電繫統供電質量的重要指標之一）且運行方式多變。同時，配電繫統的狀態變化比較頻繁。

（5）件及分布來看，配電線路分支多，負荷和電源以及各種配電裝置（如開關、電容器等）沿饋線和饋線分支線不均勻分散分布。其中，分散式發電設備對配電繫統的保護裝置和安全穩定性將會產生很大的影響。

（6）從信息的不確定性來看，由於配電繫統直接面向廣大用戶，不可避免地受到用戶端各種不確定性因素的影響，各種設備或人為因素造成的停電事故遠遠多於輸電繫統。同時，由於配電網的節點數目眾多，因投資等方面的原因，現實中不可能在每個設備和每個負荷點上都進行實時量測，大量的數據需要人工補足，這樣采集到的網絡數據和運行數據將不完整也不精確，即包含很多不確定性的信息。

總之，配電繫統規模龐大、結構復雜、不確定性信息較多，相比輸電繫統的性能評價，配電繫統評價涉及的內容更為廣泛和繁雜，需要更加強調海量數據的快速分析和診斷。

1.2 配電繫統綜合評價的目的及意義

科學的評價工作是指依據明確的目標，按照一定的標準，采用科學的方法，測量評價對像的功能、品質和屬性，並對評價對像作出價值性的判斷。它是人類社會中一項經常性的、極為重要的認識活動。配電繫統綜合評價的目的就是對所研究的配電繫統從宏觀及微觀角度作出科學的評判。

作為電力繫統中直接與用戶連接的一環，配電繫統對用戶供電靠性的影響為直接，據統計絕大多數用戶停電故障是由配電繫統故障引起的［4 ～ 6］。在電力繫統“發電― 輸電― 配電”環節中，配電繫統處於相當重要的位置，是城市與農村現代化建設的重要基礎設施，其性能優劣關繫到國民經濟各部門的發展。

近年來，隨著國民經濟的飛速增長，我國電力工業也隨之高速發展。目前，我國的裝機容量和發電量僅次於美國，居世界第2 位，基本上進入大電網、大電廠、大機組、高電壓輸電、高度自動控制的新時代。但同發達國家相比，我國配電繫統的水平還有待進一步提升，諸如可靠性、供電質量、線損率等技術指標與發達國家相比都還存在一定的差距［ 7］。

配電繫統投資巨大，發達國家配電繫統投資占整個電力繫統投資的50 % 以上［8］，在城市中配電繫統投資通常可達到60 % 以上［9］。與發電、輸電繫統相比，我國配電繫統建設相對滯後，配電繫統建設的差距還很大。近年來，我國配電繫統投資已有大幅增加［10］。1998 ～ 2000 年國家投資了3000進行配電繫統建設與改造，“十一五”期間的建設投資更是達到了上萬億，而今後配電繫統的建設改造還將繼續擴大和深化。

面對配電繫統建設的巨大資金投入，采用科學手段對配電繫統進行綜合技術評價，有助於總結經驗和挖掘已建成繫統的發展潛力，為配電繫統的可持續發展提供科學的參考依據。科學的綜合技術評價是配電繫統精細化規劃、建設、改造和運行工作的基礎，對於在資源日趨緊張環境下發現繫統薄弱環節，通過優化建設大幅提升繫統供電可靠性和供電質量，全面提高繫統抗大面積停電能力，保障要害區域供電安全和社會穩定，具有重大意義。

此外，作為發、輸電繫統與用戶間的紐帶，配電繫統也是下一代以數字化電網、分布式能源繫統、信息化家電和蓄能式混合動力交通工具等為核心特征的智能電網的核心和關鍵。未來的配電繫統將通過應用和融合先進的測量和傳感技術、控制技術、計算機和網絡技術、信息與通信技術等，集成各種具有高級應用功能的信息繫統，利用智能化的開關設備、配電終端設備等，實現配電網在正常運行狀態下可靠的監測、保護、控制和優化，並在非正常運行狀態下具備自愈控制功能，終為電力用戶提供安全、可靠、優質、經濟、環保的電力供應和其他附加服務［11 ～ 13］。

通過對配電繫統實施科學的綜合評價，將有助於將傳統的配電繫統發展為智能化的配電繫統，使配電繫統具有更高的供電可靠性、更優質的電能質量、更好的兼容性、更強的互動能力、更高的電網資產利用率。

1.3 配電繫統綜合評價的主要內容

配電繫統綜合評價工作就是通過對歷史的、現狀的及規劃的配電繫統進行全面的量化評價，來判斷所評價的配電繫統是否滿足相關各方面的要求並衡量其滿足的具體程度，進而以技術評價結果指導配電繫統的規劃、建設、改造和運行。

配電繫統綜合評價工作主要涉及配電繫統評價綜合指標體繫、綜合評價策略、各專項指標（如供電能力、經濟性等）評價方法等，評價工作的綜合框架如圖1-2所示。

評價指標（也稱屬性）、指標權重、指標判據和評價標準是評價的核心要素。評價指標就是指對評價對像需要度量的各個方面，每個評價指標都從不同側面刻畫評價對像所具有的某種特征。對配電繫統而言，安全性、可靠性、經濟性、發展適應性、供電協調性等是需要關注的典型評價指標。指標權重是對各評價指標間相對重要性的度量，權重的大小反映了該指標相對於其他指標重要性的高低；指標判據是滿足評價值為“合格”的指標閾值；評價標準則是衡量評價對像某一評價指標尺度取值的規範。評價指標體繫是上述評價要素的集中體現，是指由一繫列相互聯繫的評價指標所構成的有機整體，能夠綜合反映被評價對像各個方面的情況。一套科學合理的評價指標體繫是衡量配電繫統現有水平和規劃成效的基礎，是保證配電繫統建設和運行安全性、可靠性和經濟性的重要判據。

配電繫統綜合評價工作的關鍵是如何建立完整的配電繫統評價指標體繫，使之能夠適應不同地域、不同類型、不同發展階段的配電繫統，並給出具體的評價指標計算方法。評價指標體繫需根據配電繫統所在地域的特點和實際負荷特性進行靈活選取和配置；在評價策略中需選擇繫統、科學化的評價方法，合理設定適合的指標權重體繫、指標評價判據和評分標準體繫，並對各項指標建立相應模型進行計算評價。

依據被評價配電繫統所處的時間斷面不同，可將一個配電繫統劃分為歷史態、現狀態以及規劃態三種形態，配電繫統綜合評價工作將貫穿於這三種形態。對不同形態、不同配電繫統實施綜合評價，將有助於配電繫統的科學化和可持續發展。例如：

（1）對特定時間斷面上的電網進行評價，能夠衡量電網在供電安全性、供電靠性及經濟性等方面的滿足程度，標記電網的薄弱環節和供電瓶頸，從而引導規劃工程師修改規劃方案以促使電網向理想目標發展。

（2）基於歷史態、現狀態、規劃態等多時間斷面電網的量化評價結果，將多個配電繫統的評價結果進行橫向對比，可以衡量它們之間的差距，以促進配電繫統向更加科學合理的方向發展，這有助於不同配電繫統的建設和運行者相互學習、相互借鋻。

（3）對特定時間區間內、一定時間間隔點上、快速發展中的配電繫統進行持續性評價，有助於把握配電繫統的發展趨勢，衡量配電繫統規劃方案的實施效果，提高電網規劃的針對性［14 ～ 16］。

配電繫統綜合評價工作是對歷史、現狀及規劃態配電繫統的狀態、方案及各階段建設效果的總體描述和優劣判斷，貫穿於配電繫統發展過程中的各個環節，如圖1-3所示。

1.4 配電繫統綜合評價工作的復雜性

要解決配電繫統的綜合評價問題，面臨著很多難題。配電繫統結構復雜，設備數量龐大，改造更新頻繁，評價所涉及的因素眾多，既要從整體上得到技術評價結果，又要在關鍵點上得到細致的量化指標，難度很大。由於技術手段和工作量的原因，傳統方法通常隻能得到有關設備規模、設備負載率等單方面指標的統計結果，分析結論以定性分析為主，缺少定量的分析數據支持，很難得到一個對繫統整體水平的評價，且可操作性差，不能給下一步的改造和建設提供充分科學的建設性意見。配電繫統綜合評價工作是一項數據量大、工作量大、技術要求高的復雜工作，如何依據實際配電繫統中的常規數據，獲取科學的評價指標，挖掘出有價值的信息，完成對被評價繫統的診斷，需要具有一定智能化的計算機輔助綜合評價繫統做支撐，隻有這樣纔能在保證評價理論和方法科學性的同時，使評價工作具備實際可操作性。

目前，依據管理工作的需要，配電繫統的相關數據由多個信息繫統參與管理和維護，如配電GIS 繫統、配電SCADA 繫統、負荷控制繫統、客戶服務繫統、電力營銷繫統等。這些繫統具有一定的相對獨立性，分別按照不同的功能定位設計，數據共享程度低且存儲分散。配電繫統綜合評價繫統實際上是構築於這些繫統之上的配電高級應用繫統，這就決定了這一評價繫統必須具備數據整合、數據轉換、數據挖掘等功能，必須有強大的數據平臺做支撐。同時，考慮到評價工作的復雜性，還必須以科學的算法為基礎，並配備有完善的圖形支撐繫統。開發適宜於大型復雜配電繫統的綜合評價繫統是一項具有挑戰性的工作。

總之，配電繫統的綜合評價工作是一件非常復雜的工作，需要強有力的分析決策工具做支持，需要從技術評價指標體繫、建模理論、評價方法、軟件開發等多方面研究配電繫統的綜合評價問題。

參考文獻

［1］王守相，王成山.現代配電繫統分析［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［2］中華人民共和國國家電網公司.城市電力網規劃設計導則（Q/GDW 156-2006）［S］.北京：中國電力出版社，2006.

［3］中國南方電網有限責任公司.中國南方電網城市配電網技術導則（ Q/CSG 1 0012-2005）

［S］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［4］郭永基.電力繫統可靠性分析［M］.北京：清華大學出版社，2003.

［5］陳文高.配電繫統可靠性實用基礎［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［6］ Brown R E.Electric Power Distribution Reliability［M］.New York ： Marcel Dekker ，2002.

［7］中國電力企業聯合會.2008 年全國電力工業統計快報［J］.電業政策研究，2009 ，1 ：45-48.

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