（1国网宁夏电力公司经济技术研究院 宁夏 750011；2国网宁夏电力公司宁东供电公司 宁夏 750411)
摘要：将可靠性和经济性统一考虑并应用到城市配电网规划中，提出了可靠性与经济性协调的配电网规划方法。首先建立年最小收入的数学模型对电网改造方案的可靠性和经济性进行计算，确定年最小收入最低的方案为最佳的电网供电方案；然后以某城市配电网为例计算各种接线模式的年最小收入和确保民生用电情况下的年最小收入，对不同接线模式的年最小收入进行比较后提出符合该地区的最佳可靠性水平的供电方案。该方法为城市配电网规划提供了更宽阔的思路。
关键词：配电网规划；可靠性；经济性；停电损失；年最小收入
0 引言
配电网是电力系统中的重要组成部分，主要作用在于连接用电用户和上级电源，其运行稳定性直接关系到电力企业的进步与发展，而配电网是否满足需求是通过配电网可靠性各项指标进行衡量的。随着配电网重要性的逐步突出，当前配电网的可靠性已无法满足日益增长的负荷需求，因此，还应尽可能满足经济性要求。电网建设可靠性与经济性之间相互制约、相互协调的，过度追求经济投资会导致企业运行成本增加，难以满足经济性要求，过分限制投资则会降低系统的可靠性，不利于保障配电网系统的整体运行，因此，加强对可靠性与经济性相协调的配电网规划方法研究很有必要。
1可靠性与经济性相协调的重要性
在配网运行过程中，若存在危险性因素则会对整个配电网运行造成影响，严重时会出现大面积停电及电能浪费现象，对电网系统发展带来巨大压力。配电网运行可靠性保证的标准是配电网各部分的运行状况均是稳定的、正常的，且对配电网运行过程中可能会出现的问题提前制定防范措施。 配电网规划过程中重视经济性的必要性体现在：配电网运行中各部分运行成本或维修成本均应提前进行预报， 配电网整体规划中，若不能对成本进行合理控制，则对配电网的后期运行及发展产生不利影响，同时也会增加配电网潜在的危险性。而配电网规划中可靠性与经济性相协调的重要性体现在：这二者的结合可对配电网规划进行渗透性分析，减少对配电网规划的重复探究，能够保障配电网规划方案的最优性。
2 可靠性经济性规划方法
2.1 可靠性成本/效益分析
高可靠性与低投资成本是一矛盾体，协调解决该矛盾需要通过可靠性成本/效益分析来进行电网的优化，确定在何种投资下才能获得供电总成本最低的最佳可靠性水平，如图 1 所示，当投资成本曲线与可靠性边际缺电成本曲线形成的总成本最低时(图中的点 Tm)，电网可靠性水平最佳。
2.2 可靠性经济性规划方法
可靠性经济性评估公式可表示为
G = X + fC (1)
式中：G 值为工程项目在投产还贷期年最小收入；X 为变动成本，在电网改造中应包含线损成本和可靠性成本；C 为电网建设项目投资；f 为最小投资回报系数，反映因资金成本、折旧方式、还款时间、工程建设期等引起的资金运作的成本对投资的影响，也包括电网改造新增固定资产年维修费、新增固定资产保险费，这些参数与投资成一定比例关系，统称为资金成本。
1）变动成本 X。在当前体制下，X 为
X = WENSCi + WLlP0 (2)
式中：WENS为系统缺供电量；Ci为停电损失费用；WLl为电网线损电量；P0为电力公司购网电价。
2）最小投资回报系数 f。求银行贷款实际年利率 i，即
i = (1+ R/m)m−1 (3)
式中：i 为银行贷款实际年利率；R 为名义利率；m为计息周期。
当全部资金都采用银行贷款时，资金预期回报率 I 为
I = i(1−Ti) (4)
式中 Ti为所得税税率。
求改造设备的年折旧费 y，即
y = C(1−Y%)/N (5)
式中：N 为直线折旧法的折旧期；Y%为设备残值，%。配电设备采用直线法折旧，即 N 年后保留残值，其余折旧费用在 N 年均摊。
令A为还贷时投资的本利和减去设备帐面价值
在投产还贷期的等年值，即
A = ui/[(1+I)L-J-1] (6)
式中：U 为需要在投产还贷期内分摊的资金费用；L 为银行的贷款年限；J 为工程建设期。
求在投产还贷期内分摊的资金费用 U，即
U = F–D (7)
式中：F 为资金 C 在贷款期末的终值；D 为固定资产在投产还贷期末帐面价值。表达式分别为
F = C(1+I)L+ I (8)
D = C−(L−J)y (9)
求最小投资回报系数 f，即
F = (+Rc+Ic)/C (10)
式中：RC为固定资产年维修费；IC为固定资产保险费。
2.3 停电损失统计方法
对于每个具体用户的停电损失，在理论上是可以计算的，但实际上做起来却很困难，这不仅由于各个用户的用电性质不同，而且也因停电发生的时间及停电持续时间的长短不同。因此对某个地区不同用电性质进行停电损失统计具有普遍的适用性。
本文针对某个区域不同类型的用户，通过统计数据或调查问卷的方法可求得各自供电中断损失，如图 2 所示。
2.4 供电可靠性评估
2.4.1 配电网可靠性指标
可靠性指标表征了不同的特性，指标越多，反映的特性也越全面，我国目前使用比较广泛的可靠性指标主要有：1）系统平均停电频率指标(systemaverage interruption frequency index ， SAIFI) ，次/(户⋅a)。2）系统平均停电持续时间指标(systemaverage interruption duration index，SAIDI)，h/(户⋅a)。3）平均供电可用率指标(average service availabilityindex，ASAI)。4）电力不足指标(energy not served，ENS)，MW⋅h/a。
2.4.2 评估中的关键问题
在配电系统中，可靠性评估时对全部失去连续性(total loss of continuity，TLOC)和部分失去连续性(partial loss of continuity，PLOC)的情况，应使用不同的算法进行计算。
在实际配电系统中采用的是闭环设计，故障时失效的负荷点可以通过馈线间的联络转移到其他馈线，恢复供电。负荷转移对可靠性也有很大影响，必须加以考虑。
1）全部失去连续性和部分失去连续的情况。对于给定的配电系统，用拓扑分析程序可得到全部失去连续性的事件，分析负荷点到源点的割集，割集的阶数即 TLOC 事件的重数。对于 PLOC 事件，可通过割集中的元件组合进行分析。全部失去连续性事件的后果即负荷点的平均负荷造成的电能损失，也是该负荷点的平均负荷与造成全部失去连续性事件的故障持续时间的乘积。部分失去连续性事件的后果分析较为复杂，必须考虑在发生违反网络约束的情况下，负荷点切负荷的情况。
2）负荷转移对可靠性评估的影响。配电系统中发生负荷转移时，必须建立考虑负荷转移的可靠性评估模型。图 3 为可转移负荷系统的状态空间图。
图3 中状态 1 表示正常运行的系统，状态 2 表示最初的故障已发生且所有受影响的馈电线都已断开(TLOC 情况)，或者为缓解违反网络约束情况而断开了足够的馈电线(PLOC 情况)之后的系统，状态 3 是负荷进行转移后的状态。每个状态下的概率如式(11)—(13)所示：
P1 = μ/(λ+μ) (11)
P2 = (12)
P3 = 1−(P1+P2) (13)
由于线路的载荷能力有一定的限制，因此转移的负荷可能会小于所需的负荷转移量，这时在状态3下的负荷电量不足值可以通过负荷曲线来计算。假定 W2、W3
分别为状态2和状态3的不足电量。则总电量不足为：W=W2P2+W3P3，不足的平均负荷为L=W/U。
结 语：
1）本文提出了可靠性与经济性相协调的配电网规划方法，既解决了目前电网规划中盲目增加投资、无限度追求供电可靠性造成投资浪费的问题，同时反驳了一些过低估计停电损失、认为提高可靠性不能使电力系统得到应有回报的观点，为城市配电网规划提供更宽阔的思路。
2）将可靠性与经济性相协调的配电网规划方法应用到某地区城市配电网规划中后得知：该区域选取电缆线路时，选取“2−1”接线模式和“3−1”接线模式才是可靠性与经济性最为合理的供电方案；对于该城市的新政府、学校等民生负荷聚集度较高的区域选取电缆线路双环网接线模式，是可靠性与经济性最合理的供电方案。
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论文作者:屈高强1,王研2,任凤琴1,宋扬2,赵鹏2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：可靠性论文; 配电网论文; 负荷论文; 电网论文; 成本论文; 经济论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第36期论文;