基于停電損失評(píng)價(jià)的固原市配網(wǎng)投資效益研究

引言

配網(wǎng)是連接輸電網(wǎng)絡(luò)與用戶(hù)的紐帶,加快配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)可有效提高供電可靠性和供電質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)通過(guò)靈活切換開(kāi)關(guān)狀態(tài),調(diào)控配網(wǎng)潮流:網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)損耗,改善電能質(zhì)量,故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)功能。故障隔離和恢復(fù)可減少停電時(shí)長(zhǎng),降低停電損失。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要側(cè)重于研究配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)理和算法改善,然而設(shè)備成本是配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)主要制約因素之一。電網(wǎng)的投資效益評(píng)估是電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行重要的一環(huán),文獻(xiàn)以電力改革為前提,分析了微網(wǎng)、增量配網(wǎng)的投資效益。

本文分別從源、荷視角詳述了配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估指標(biāo),并根據(jù)固原市用戶(hù)調(diào)研結(jié)果,建立了固原市工業(yè)、商業(yè)、居民用戶(hù)停電損失模型,評(píng)估了基于停電損失的固原市配網(wǎng)投資效益。

1配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估指標(biāo)

1.1發(fā)電電源經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

1)單個(gè)電源經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估:

式中,A為節(jié)點(diǎn)邊界電價(jià),Ai為第i個(gè)發(fā)電單元售電電價(jià):NG表示系統(tǒng)發(fā)電電源總數(shù):Ci為第i個(gè)發(fā)電單元投資單價(jià):Pgi為第i個(gè)發(fā)電單元發(fā)電量。

2)節(jié)點(diǎn)發(fā)電電源經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估。即連接于同一節(jié)點(diǎn)的所有發(fā)電電源經(jīng)濟(jì)效益總和:

3)系統(tǒng)發(fā)電電源總體經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估:

1.2負(fù)荷經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

1)單個(gè)用戶(hù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估:

式中,ND表示系統(tǒng)負(fù)荷總數(shù):Bj為第j個(gè)用戶(hù)供電要約買(mǎi)入價(jià)格:Pdj為第j個(gè)負(fù)荷功率。

2)節(jié)點(diǎn)用戶(hù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估。即連接于同一節(jié)點(diǎn)的所有負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)效益總和:

3)系統(tǒng)用戶(hù)總體經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估:

2用戶(hù)停電損失模型分析

2.1停電損失評(píng)估

用戶(hù)停電損失評(píng)估研究分為負(fù)荷層面居民用電、商業(yè)用電、工業(yè)用電)、饋線層面、變電站層面。本文基于負(fù)荷層面評(píng)估固原市居民、商業(yè)、工業(yè)用電停電損失。用戶(hù)停電損失評(píng)估方法主要包含直接法、間接法。直接評(píng)估法包括通過(guò)服務(wù)和生產(chǎn)損失評(píng)估停電成本商業(yè)用電、工業(yè)用電),通過(guò)停電時(shí)長(zhǎng)評(píng)估居民停電成本:間接評(píng)估法則通過(guò)備用資源的投用成本來(lái)評(píng)估停電損失。

2.2用戶(hù)停電損失模型

工業(yè)和商業(yè)用戶(hù)數(shù)據(jù)變量較多且波動(dòng)量較大,分析較為復(fù)雜。自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)AdaptiveNeuroFuzzyInferencesystem,ANFIs)基于學(xué)習(xí)混合算法實(shí)現(xiàn),且通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)達(dá)到模糊推理的目的,可按照人的認(rèn)知分析數(shù)據(jù)。ANFIs可處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù),本文采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)分析工業(yè)、商業(yè)用戶(hù)調(diào)研數(shù)據(jù):居民用戶(hù)數(shù)據(jù)涉及變量較少,本文采用平均值模型分析居民用電數(shù)據(jù)。由此建立了圖1所示的工業(yè)、商業(yè)、居民用電模型。

3算例分析

3.1算例描述

圖2所示為固原市某區(qū)域的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖,包含3個(gè)饋線,各饋線負(fù)荷類(lèi)型如表1所示。饋線1由工業(yè)、商業(yè)用戶(hù)組成,其供電可靠性要求最高,停電損失成本最大:饋線2主要由商業(yè)用戶(hù)組成,停電成本較饋線1低:饋線3主要由居民用戶(hù)組成,停電成本最低。

3.2用戶(hù)停電損失模型

本文利用ANFIs對(duì)21個(gè)工業(yè)用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出了工業(yè)停電成本與電能消耗、供電恢復(fù)時(shí)間、停電過(guò)程特性、停電時(shí)長(zhǎng)存在映射關(guān)系的結(jié)論。圖3所示為工業(yè)用戶(hù)停電損失成本與工業(yè)電能消耗、供電恢復(fù)時(shí)間的關(guān)系。由圖可知,停電損失與供電恢復(fù)時(shí)間成正比。

圖3工業(yè)用戶(hù)停電損失模型

類(lèi)似地,基于ANFIs分析了商業(yè)用戶(hù)數(shù)據(jù),并建立了圖4所示商業(yè)用戶(hù)停電損失模型,即商業(yè)用戶(hù)停電損失成本與電能消耗、停電時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系圖。

圖4商業(yè)用戶(hù)停電損失模型

根據(jù)不同體量的居民小區(qū),本文分別建立了小型、中型、大型居民負(fù)荷的停電成本模型,該模型反映了停電成本與停電時(shí)長(zhǎng)的映射關(guān)系,如圖5所示。

圖5居民用戶(hù)停電損失模型

3.3電網(wǎng)投資效益優(yōu)化算例分析

圖6所示為各饋線停電損失與停電時(shí)長(zhǎng)關(guān)系。饋線1包含工業(yè)負(fù)荷最多,相同停電時(shí)長(zhǎng)下,饋線1的停電損失最大:饋線3主要由居民用電負(fù)荷組成,相同停電時(shí)長(zhǎng)下,饋線3停電損失最小。

圖6各饋線停電成本與停電時(shí)長(zhǎng)關(guān)系

圖2所示配網(wǎng)模型,其中繼電開(kāi)關(guān)包括重合器、分段開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān):通過(guò)開(kāi)關(guān)操作,可實(shí)現(xiàn)故障的快速隔離和恢復(fù)功能,降低用戶(hù)停電損失。本文將配網(wǎng)的故障分為三種類(lèi)型,即一類(lèi)瞬時(shí)故障、二類(lèi)短時(shí)故障（故障持續(xù)時(shí)間15～45s）、三類(lèi)永久性故障（故障時(shí)間大于2min）。如表2所示,安裝成套繼電開(kāi)關(guān)之后,電網(wǎng)發(fā)生瞬時(shí)故障后,83.25%的配網(wǎng)用戶(hù)可避免供電中斷:發(fā)生短時(shí)故障、永久性故障后,系統(tǒng)分別有10.05%、1.42%用戶(hù)可避免供電中斷?？傮w而言,安裝成套自動(dòng)化開(kāi)關(guān)后,系統(tǒng)發(fā)生故障后,總計(jì)有94.72%的用戶(hù)可持續(xù)性供電。

表2安裝成套自動(dòng)開(kāi)關(guān)后用戶(hù)故障恢復(fù)比例

本文評(píng)估了安裝繼電開(kāi)關(guān)后系統(tǒng)降低的停電成本。例如,對(duì)于一類(lèi)故障,饋線3的83.25%用戶(hù)可免于供電中斷的情形,系統(tǒng)降低的停電成本為35843元:饋線3的10.05%用戶(hù)可免于短時(shí)故障引起停電的情形,系統(tǒng)降低的停電成本為85023元:饋線3的1.42%用戶(hù)可避免永久性故障引起的供電中斷,系統(tǒng)降低的停電成本為176530元。安裝繼電開(kāi)關(guān)后,饋線3每年可減少的停電損失總計(jì)為297396元。類(lèi)似地,其他饋線減少的停電成本分別如表3所示。根據(jù)表3可推導(dǎo)出安裝成套自動(dòng)化開(kāi)關(guān)后,系統(tǒng)每年可減少的停電損失總計(jì)為3532482元,成套自動(dòng)化開(kāi)關(guān)投資成本為150萬(wàn)元:則安裝成套自動(dòng)化開(kāi)關(guān)后,運(yùn)營(yíng)5個(gè)月左右可收回安裝成本。

單位:元表3用戶(hù)減少的停電損失

4結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)固原市用戶(hù)調(diào)研結(jié)果,分別建立了固原市工業(yè)、商業(yè)、居民用戶(hù)停電損失模型:安裝成套自動(dòng)化開(kāi)關(guān)后,通過(guò)開(kāi)關(guān)操作可減少停電區(qū)域,降低停電成本。本文評(píng)估了基于停電損失的固原市配網(wǎng)投資效益:通過(guò)算例分析,得出了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)5個(gè)月后可收回成套自動(dòng)化開(kāi)關(guān)安裝成本的結(jié)論。