第一章 绪论
针对高中压配电系统可靠性评估方法进行研究，要着重分析配电系统发生故障后，不同电压等级各环节间的协调配合过程以及各环节内部故障恢复过程，在对配电系统可靠性评估精细度要求逐步提高的实际需求下，该研究成果可以用于配电系统规划以及配电系统日常运行维护工作提供面向可靠性的工作中。本章首先对配电系统可靠性研究的发展历史与发展趋势，以及研究面临的主要问题进行简述；然后对配电系统可靠性评估方法、高压配电系统接线模式的可靠性评估方法、中压配电系统多联络故障恢复以及多电压等级电力系统综合可靠性评估方法等四方面的研究现状进行了综述；最后，简要的说明了本文的主要工作并对各章节内容安排进行了介绍。
1.1 选题背景和意义
二十世纪中期，电力行业中首次应用了可靠性相关技术，这些技术随着电力系统规模的不断壮大而日益成熟，最终促使对电力系统的可靠性研究成为了一门独立的学科。作为电力系统最重要的关注对象，用户在利用电能时希望从电力系统中得到持续可靠的供应，故而需要采用相应的概念来衡量电力系统的这种能力，即采用可靠性这一概念来表示系统的可靠供应能力。IEEE 标准 610-1990 对可靠性的定义为“元件或系统在规定的时间内在所处运行条件下实现其规定的功能的能力”[1]。 配电系统承接输电系统变压点输出的电能，并将电能分配给各个用电用户，是电能在电力系统中传输至用户前的最终一个环节。配电系统包括不同电压等级的配电站、配电变压器、配电线路等电气设施。我国将配电系统称为供电系统，包含 220k V-380V 之间的多个电压等级，其中高压配电系统包括电压等级在 35k V以上的配电系统，中压配电系统包括电压等级为 20k V、10k V 及 6k V 的配电系统，低压配电系统包括电压等级为 380V 及 220V 的配电系统。本文研究的高中压配电系统指从 110k V 高压配电线路出线端至 10k V 中压配电线路间的网络结构，包括 110k V 高压配电线路、110k V 变电站以及 10k V 中压配电系统。 根据电力公司不完全统计得到的用户停电数据显示，所有停电事件中由配电系统造成的事件占相当一部分比例，其中约有 78%-92%的停电事件由配电系统故障造成[2]。在现代化社会，各项技术的广泛应用及电力企业的运行管理都需要供电可靠性达到较高水平来进行有效维持，因此，电网迅猛发展也提高了人们对配电系统可靠性的关注度。 而网络结构日趋复杂、负荷持续增长及电力负荷对可靠性需求越来越高等情况也对配电系统可靠性工作提出了更高的要求，可涵盖多个电压等级不同环节的配电系统可靠性评估模型与方法需要与需求相适应。传统配电系统可靠性分析方法多按不同电压等级对高压配电系统、变电站主接线、中压配电系统分别进行独立的可靠性评估，且评估对象主要集中于中压配电系统。在单独评估某一环节可靠性时，对于上级电网故障的处理方式通常是将其元件退运的停电结果直接等效在馈线的出口母线上，这种对上级结构采取简化或等效的处理忽视了不同电压等级间的相互影响与协调，具有局限性。
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1.2 课题研究的现状
配电系统可靠性评估方法的雏形源自于工程系统的可靠性评估经典法[3]，并
于上世纪中期发展最为迅速。一些计算配电系统的停运率和停运时间的近似方法被提出为以后形成配电系统可靠性评估方法体系提供了条件[4-5]。在接下来的研究历程中，R.Billinton 和他的助理们相继撰写了《电力系统可靠性评估》[6]、《基于蒙特卡洛模拟法的电力系统可靠性评估》[7]等专著，也是在这些专著中有关于配电系统可靠性评估的理论和方法首次得到了详细地阐述。 根据评估模式、复杂程度、分析深度的不同，配电系统所适宜的评估方法也各不相同。模拟法[8-9]和解析法[10]是当前配电系统可靠性评估研究成果中及工程应用中最常使用的方法，其中蒙特卡洛模拟法[11-12]是模拟法中的代表，该方法的基本原理可简述为利用抽样所得的随机数来表示元件的运行状态，模拟系统的失效事件，形成失效事件集合后对系统和负荷点的可靠性指标进行计算[13]。与解析法相比，蒙特卡洛模拟法更加的直观，同时因为其抽样性质，蒙特卡洛模拟法多用于对负荷等随机因素的变化进行模拟。由于采用该方法进行可靠性评估的过程中，评估复杂程度受系统元件规模的影响不大，使得该方法具有显著区别于解析法的优势，故而常被用于评估网络结构形式较为复杂的电力系统的可靠性水平。但是为了得到较为准确的结果，抽样次数需达到一定水平，由此必然导致计算时间较长。
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第二章 高中压配电系统可靠性评估方法基础
配电系统可靠性评估用于预估及评价系统中设备的各项状态及性能能否达到一定可靠性水平要求，是配电系统的规划设计阶段及运行阶段必不可少的环节，主要包括确定元件停运模型、选择系统状态并评估该状态所带来的后果以及进行配电系统可靠性指标的计算等方面内容。本章首先概述高压配电线路、变电站主接线以及中压配电线路等高中压配电系统不同电压等级各环节的基本结构，然后对传统配电系统可靠性评估方法从上述四个环节进行简要介绍，本章内容是后续文章中配电系统可靠性协同评估方法的基础和框架。
2.1 高中压配电系统基本结构
本文研究的高中压配电系统指从 110k V 高压配电线路至 10k V 中压配电线路间的连通网络，根据城市配电系统规划设计的规范要求[35]，可将该结构描述为包括 110k V 高压配电线路及 110k V 变电站的高压配电系统，以及包括 10k V 配电线路的中压配电系统。高压配电系统是城市电网的骨干，110k V 的高压线路故障对中压部分有着较大的影响，高压配电系统的接线模式影响着中压配电系统的电能供应情况。对110k V 高压配电线路的网络结构进行研究，可明确其在发生故障情况下的故障处理过程，进而分析高压配电线路对中压负荷点可靠性的影响。在高压配电线路设计及建设的实际过程中，采用多种典型接线模式以实现电力的有效供应及网架设计的规范化，主要包括 T 型接线、直供接线以及链式接线等形式，也可将不同类型的典型接线形式进行组合得到混合式接线。
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2.2 高中压配电系统可靠性评估指标
现有研究成果主要从充裕度角度构建可靠性指标对配电系统进行评价，配电系统的可靠性指标主要从两个层级对系统的可靠性进行描述，一是系统层的，二是用户层的[36]，系统层的为系统可靠性指标，包含停电时间指标、停电频率指标和停电电量三类指标，用户层的为负荷点可靠性指标，针对单个负荷点的停电情况进行描述，以表达用户所得供电的可靠性程度。两个层级的指标在计算过程中依照先负荷点后系统的顺序，一般先采用相应方法获得负荷点可靠性指标，而后通过综合该结果获得系统可靠性指标。 系统可靠性指标用以统计系统可靠性的整体水平，描述了系统中元件发生故障对网络总体停电影响的严重程度。常用系统平均停电频率作为系统停电频率类指标，用系统平均停电持续时间作为停电时间类指标，用系统总电量不足作为停电电量类指标，上述指标具体计算方式如式（2-2）至式（2-4）所示：
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第三章 高中压配电系统可靠性多层次协同评估模型 .......... 16
3.1 区域网络图 ...... 16
3.1.1 开关装置分类 ......... 16
3.1.2 馈线分区 ........ 17
3.1.3 区域网络图 .... 18
3.1.4 基于区域网络图的故障影响分析 .... 21
3.2 高中压配电系统可靠性多层次协同评估模型 .... 25
3.3 本章小结 .......... 28
第四章 高中压配电系统故障影响协同分析模型 ......... 30
4.1 高压配电系统递进式故障影响分析模型 ............ 30
4.1.1 基于变电站保护策略的负荷转供 .... 30
4.1.2 基于馈线选切的负荷削减策略 ........ 31
4.2 中压配电系统多联络故障恢复 .......... 33
4.2.1 传统配电系统故障恢复模型 ............ 33
4.2.2 故障恢复区根树模型 ...... 33
4.2.3 多联络故障恢复目标函数与约束条件 ..... 35
4.2.4 基于负荷均衡的单联络故障恢复区划分 .......... 36
4.2.5 最优联络树生成 ..... 37
4.3 本章小结 .......... 37
第五章 算例分析 ....... 39
5.1 算例系统说明 ........... 39
5.2 高中压配电系统可靠性评估结果 ...... 42
5.3 本章小结 .......... 44
第五章 算例分析
5.1 算例系统说明
采用等效上级电源的方法[34]，对高压配电线路以及变电站两个环节故障影响均进行等效计算，包含高压配电线路及 110k V 变电站在内的高压配电系统故障对各系统可靠性指标影响明显，所占比例均达到 10%以上。可见，虽然高压配电系统中元件故障率相对较低，但元件的故障修复时间较长，其故障同样对负荷点造成较大的停电影响，因此仅计算中压配电系统故障影响不能全面反映配电系统整体的可靠性水平。 由表 5-7 及表 5-8 可以看出，采用上级电源等效的方法计算得到系统可靠性指标与采用基于多层次协同分析的高中压配电系统可靠性评估方法计算所得结果具有明显差异，采用上级电源等效方法得到系统可靠性水平较低。主要原因是采用上级电源等效方法计算系统可靠性时，将所有上级所有故障影响结果等效为一个故障率为λ等效及故障修复时间 r 等效的元件，未考虑某一元件故障处理过程中下游结构对上游故障的配合与响应，没有该故障造成负荷削减量的传递。可见，基于上级电源等效的故障影响分析过程无法反应配电系统故障处理的实际情况，可靠性评估结果不能精确体现系统可靠性水平。
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总结
近年来，电力相关行业对电力系统可靠性的关注逐渐从发输电可靠性向配电系统可靠性进行转移，尤其是供电企业在进行电网规划时更加注重分析配电系统的可靠性水平对电力系统整体的影响。随着配电系统结构日趋复杂，对配电系统可靠性分析方法也提出了更高的要求，欲对配电系统可靠性进行全面综合的评估，需要分析不同电压等级配电系统典型接线模式及相应运行特点，尤其是中压配电系统多联络结构的故障恢复过程，同时需要计及各环节在故障发生后的协调配合过程，以实现配电系统可靠性的准确评估。 针对上述问题，本课题基于高中压配电系统的结构与特点，根据高中压配电系统层次间的协调配合关系，提出配电系统多层次间故障协同处理过程，提出一种高中压配电系统可靠性协同评估方法；同时针对高压配电系统的典型接线模式以及中压配电系统多联络结构，提出高中压配电系统故障影响协同分析方法，分别构建高压配电系统递进式故障影响分析模型以及中压配电系统多联络故障恢复模型。论文主要工作如下：
（1）结合配电系统区域网络图，提出了基于区域网络图的高中压配电网故障影响分析方法。计及配电系统不同环节对负荷点可靠性的影响，构建了基于配电系统各环节间故障协同处理过程的高中压配电系统可靠性评估方法，评估结果可更加准确全面地反映配电系统可靠性水平。
（2）针对中压配电系统多联络结构建立高配电自动化水平下的中压配电系统多联络故障恢复模型，模型求解过程及准确程度适用于对配电系统可靠性进行快速分析。
（3）考虑高压配电系统的典型接线模式构成及运行特点，建立了高压配电系统递进式故障影响分析模型，结合中压配电系统多联络故障恢复模型，提出了高中压配电系统故障影响协同分析方法，故障影响分析过程符合配电系统运行实际，具有实用性。
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参考文献（略）