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复杂配电系统可靠性评估的新算法研究

作者及机构
本研究的作者为别朝红、王秀丽、王锡凡，均来自西安交通大学（Xi′an Jiaotong University）。研究成果发表于《西安交通大学学报》（Journal of Xi′an Jiaotong University）2000年第34卷第8期。

学术背景
配电系统可靠性评估是电力系统规划与运行的核心课题。随着城市电网改造的推进和《电力法》的实施，供电可靠性成为电力企业的重要考核指标。传统评估方法如故障模式与后果分析法（FMEA, Failure Mode and Effects Analysis）虽原理清晰，但计算量随系统复杂度呈指数增长，难以应对大规模配电网络。为此，本研究提出了一种结合最小路法（Minimal Path Method）和等值法（Equivalent Approach）的新型算法，旨在高效评估复杂配电系统的可靠性。

研究流程与方法
1. 可靠性建模
- 元件模型：配电变压器、线路等采用三状态模型（正常运行、故障修复、计划检修）；断路器因其复杂性，被简化为包含修复状态（R）和扩大型故障状态（S）的等效模型。
- 指标定义：包括负荷点停运率（λ）、停运时间（r）、系统平均断电频率（SAIFI）、供电可靠率（ASAI）等。

1. 分层等值处理

   • 将复杂配电系统按馈线分层，从最末层开始逐层等值为简单辐射形网络。例如，图3中馈线3通过等效分支线（EL3）表示其故障影响，上层馈线故障影响则通过串联等效元件（SL）传递至下层。
     
   • 关键规则：隔离开关或分段断路器后的元件故障仅计入操作时间（s），前段元件检修不影响后段负荷。
     

2. 最小路法计算

   • 对等值后的辐射形网络，为每个负荷点求取最小路径（Minimal Path），仅计算路径上元件的贡献。非最小路元件的影响通过折算至路径节点实现。
     
   • 配置差异处理：
     
     • 无备用电源时：所有路径元件故障均导致负荷点停运。
       
     • 有备用电源时：分段装置前元件故障的停运时间取操作时间（s）与倒闸时间（t）的最大值，且计划检修不影响负荷。
       

3. 算例验证

   • 以RBTS母线6配电系统（含7条馈线、40个负荷点）为例，测试三种配置：
     
     • 情况1：无备用电源，断路器动作可靠性80%；
       
     • 情况2：无备用电源，断路器动作可靠性100%；
       
     • 情况3：有备用电源，断路器动作可靠性80%。
       
   • 结果对比：新算法与纯最小路法结果一致，但计算时间减少28%（0.0117 ms vs 0.0162 ms）。
     

主要结果与贡献
1. 算法有效性：通过分层等值简化了复杂网络的计算，最小路法的引入进一步提升了效率。例如，等效分支线EL3的故障率λ=0.8625次/年，停运时间r=5小时/次（表1）。
2. 配置敏感性分析：备用电源和断路器可靠性显著影响指标。如SAIFI从1.78933（情况2）升至3.08286次/（户·年）（情况1），ASUI从0.00081%增至0.00154%（表3）。
3. 工程适用性：算法支持局部区域评估，可针对性分析薄弱环节（如断路器拒动对SAIDI的影响）。

结论与价值
1. 科学价值：提出了一种兼顾精度与效率的可靠性评估框架，为复杂配电系统建模提供了新思路。
2. 应用价值：适用于城网改造中的可靠性规划，尤其适合含多馈线、备用电源的现代配电网。
3. 创新点：
- 分层等值：将复杂网络分解为可管理的子问题；
- 最小路优化：通过路径筛选减少冗余计算；
- 多场景适配：兼容不同保护配置和运行方式。

亮点与展望
- 亮点：算法在RBTS系统中验证了其高效性，且可扩展至其他网络结构。
- 未来方向：可结合人工智能进一步优化路径搜索与等值参数动态调整。

此报告完整呈现了研究的背景、方法、结果与意义，可供同行研究者参考。