基于停电损失评价的固原市配网投资效益研究

引言

配网是连接输电网络与用户的纽带,加快配网自动化建设可有效提高供电可靠性和供电质量。网络重构通过灵活切换开关状态,调控配网潮流:网络重构可优化网络损耗,改善电能质量,故障时可实现故障隔离和恢复功能。故障隔离和恢复可减少停电时长,降低停电损失。国内外学者主要侧重于研究配网网络重构实现机理和算法改善,然而设备成本是配网自动化实现主要制约因素之一。电网的投资效益评估是电网建设和运行重要的一环,文献以电力改革为前提,分析了微网、增量配网的投资效益。

本文分别从源、荷视角详述了配网经济效益评估指标,并根据固原市用户调研结果,建立了固原市工业、商业、居民用户停电损失模型,评估了基于停电损失的固原市配网投资效益。

1配网经济效益评估指标

1.1发电电源经济效益评估

1)单个电源经济效益评估:

式中,A为节点边界电价,Ai为第i个发电单元售电电价:NG表示系统发电电源总数:Ci为第i个发电单元投资单价:Pgi为第i个发电单元发电量。

2)节点发电电源经济效益评估。即连接于同一节点的所有发电电源经济效益总和:

3)系统发电电源总体经济效益评估:

1.2负荷经济效益评估

1)单个用户经济效益评估:

式中,ND表示系统负荷总数:Bj为第j个用户供电要约买入价格:Pdj为第j个负荷功率。

2)节点用户经济效益评估。即连接于同一节点的所有负荷的经济效益总和:

3)系统用户总体经济效益评估:

2用户停电损失模型分析

2.1停电损失评估

用户停电损失评估研究分为负荷层面居民用电、商业用电、工业用电)、馈线层面、变电站层面。本文基于负荷层面评估固原市居民、商业、工业用电停电损失。用户停电损失评估方法主要包含直接法、间接法。直接评估法包括通过服务和生产损失评估停电成本商业用电、工业用电),通过停电时长评估居民停电成本:间接评估法则通过备用资源的投用成本来评估停电损失。

2.2用户停电损失模型

工业和商业用户数据变量较多且波动量较大,分析较为复杂。自适应神经模糊推理系统AdaptiveNeuroFuzzyInferencesystem,ANFIs)基于学习混合算法实现,且通过神经网络来达到模糊推理的目的,可按照人的认知分析数据。ANFIs可处理复杂的数据库,本文采用自适应神经模糊推理系统分析工业、商业用户调研数据:居民用户数据涉及变量较少,本文采用平均值模型分析居民用电数据。由此建立了图1所示的工业、商业、居民用电模型。

3算例分析

3.1算例描述

图2所示为固原市某区域的配网结构图,包含3个馈线,各馈线负荷类型如表1所示。馈线1由工业、商业用户组成,其供电可靠性要求最高,停电损失成本最大:馈线2主要由商业用户组成,停电成本较馈线1低:馈线3主要由居民用户组成,停电成本最低。

3.2用户停电损失模型

本文利用ANFIs对21个工业用户数据进行分析,得出了工业停电成本与电能消耗、供电恢复时间、停电过程特性、停电时长存在映射关系的结论。图3所示为工业用户停电损失成本与工业电能消耗、供电恢复时间的关系。由图可知,停电损失与供电恢复时间成正比。

图3工业用户停电损失模型

类似地,基于ANFIs分析了商业用户数据,并建立了图4所示商业用户停电损失模型,即商业用户停电损失成本与电能消耗、停电时长的关系图。

图4商业用户停电损失模型

根据不同体量的居民小区,本文分别建立了小型、中型、大型居民负荷的停电成本模型,该模型反映了停电成本与停电时长的映射关系,如图5所示。

图5居民用户停电损失模型

3.3电网投资效益优化算例分析

图6所示为各馈线停电损失与停电时长关系。馈线1包含工业负荷最多,相同停电时长下,馈线1的停电损失最大:馈线3主要由居民用电负荷组成,相同停电时长下,馈线3停电损失最小。

图6各馈线停电成本与停电时长关系

图2所示配网模型,其中继电开关包括重合器、分段开关、隔离开关:通过开关操作,可实现故障的快速隔离和恢复功能,降低用户停电损失。本文将配网的故障分为三种类型,即一类瞬时故障、二类短时故障（故障持续时间15～45s）、三类永久性故障（故障时间大于2min）。如表2所示,安装成套继电开关之后,电网发生瞬时故障后,83.25%的配网用户可避免供电中断:发生短时故障、永久性故障后,系统分别有10.05%、1.42%用户可避免供电中断。总体而言,安装成套自动化开关后,系统发生故障后,总计有94.72%的用户可持续性供电。

表2安装成套自动开关后用户故障恢复比例

本文评估了安装继电开关后系统降低的停电成本。例如,对于一类故障,馈线3的83.25%用户可免于供电中断的情形,系统降低的停电成本为35843元:馈线3的10.05%用户可免于短时故障引起停电的情形,系统降低的停电成本为85023元:馈线3的1.42%用户可避免永久性故障引起的供电中断,系统降低的停电成本为176530元。安装继电开关后,馈线3每年可减少的停电损失总计为297396元。类似地,其他馈线减少的停电成本分别如表3所示。根据表3可推导出安装成套自动化开关后,系统每年可减少的停电损失总计为3532482元,成套自动化开关投资成本为150万元:则安装成套自动化开关后,运营5个月左右可收回安装成本。

单位:元表3用户减少的停电损失

4结语

本文根据固原市用户调研结果,分别建立了固原市工业、商业、居民用户停电损失模型:安装成套自动化开关后,通过开关操作可减少停电区域,降低停电成本。本文评估了基于停电损失的固原市配网投资效益:通过算例分析,得出了系统运营5个月后可收回成套自动化开关安装成本的结论。