计及可靠性的配电网全寿命周期成本模型及应用研究

论文摘要

本文受国家自然基金项目“配电网络最优切换模型和算法研究（50307015）”、重庆市电力公司重点项目“基于电力LCC理论的配电网可靠性-成本效益分析系统的研究”等相关课题资助。论文对复杂配电网络可靠性评估、配电网全寿命周期成本的计算模型及应用等问题进行了较详细的研究。配电网是电力系统中直接针对用户的环节,对用户供电质量和供电可靠性有直接的影响,如何准确快速地评估配电网可靠性水平已成为研究的热点。在配电网建设和运行过程中,投资费用常常发生在建设初期,此后,还会每年产生运行维修费和用户停电损失等、末年产生残值等费用,后者费用总和往往数倍于投资费用。因此,规划设计人员需从设备或系统全寿命周期内总成本的角度进行方案制定、优选,提高经济性。配电网可靠性水平与设备增装投资密切相关并直接影响负荷点停电损失的大小;配电网线损是反映电网经济性水平的综合性技术经济指标。因此,对配电网进行全寿命周期成本分析时需同时计及配电网可靠性和线损两个重要因素。论文给出计及开关故障的可靠性等值解析模型;以LCC理论和成本-效益分析理论为基础,从设备全寿命周期的角度,给出了计及可靠性的配电网全寿命周期成本的费用构成和计算模型。论文主要内容如下:①结合复杂配电网结构特点,提出一种计及开关故障的配电网可靠性评估算法。在配电网中,负荷点和系统的可靠性除与线路、变压器等的故障有关外,还与网络中开关设备的故障有关。因此,在可靠性评估过程中,需要计及开关故障对节点和系统可靠性的影响。首先给出邻接表的构造方法,基于此提出配电网分块形成算法;在故障解析模拟时,根据开关元件的种类,分析开关元件及其相邻分块分别故障后对系统可靠性影响的关系,将开关元件故障的可靠性影响分摊到相邻分块的故障后果中,进而提出计及开关故障的可靠性等值模型,即不需单独进行开关元件故障的可靠性分析即可实现其可靠性影响的计算,降低了配电网可靠性评估的计算复杂性。应用RBTS-bus6、RBTS-bus4和一实际算例验证了该算法有较明显的速度优势,证实了该算法具有高效性和工程实用性。②全寿命周期成本（Life Cycle Cost,LCC）原理已在许多领域得到应用,并取得良好的社会经济效益。基于该原理,结合资金的时间价值,提出配电网全寿命周期成本的费用构成和计算模型。从系统寿命周期角度出发,计及元件可靠性对用户停电损失的影响和系统线损的大小。对LCC分析中投资、运行维修、残值、线损、停电损失等直接财务成本和战略效益、外部效益等费用构成进行详细阐述,给出各费用的计算模型,基于等年值法提出计及可靠性的配电网LCC计算模型。③随着经济的发展,电力系统的负荷水平及用电量常随时间不断增长,但经过新一轮电力规划周期后,网络中线路、变压器等设备承担的负荷常回到前一规划周期的水平。基于该假设,提出计及负荷变化的配电网LCC模型,该模型利用一个规划周期内的电量不足期望和线损表示其他规划周期内的电量不足期望和线损,以实现全寿命周期的分析。利用该模型对RBTS-bus6主馈线4进行改造及方案优选。算例表明:在配电网络中,通过LCC分析可实现方案优选、提高资金的使用价值;通过对配电网进行LCC计算分析,能真实反映工程中现金流水平;算例还证实了模型的正确性和工程实用性。④将提出的配电网可靠性评估模型、LCC计算模型应用到实际工程系统,检验模型的工程实用性。利用本文提出的模型对重庆市沙坪坝区远中线网络改造进行方案优选,以改善10kV井梁线86#后端和10kV歌黄线67#后端用户负荷的供电质量和可靠性。提出两种方案,通过对方案进行LCC计算和分析,对影响配电网LCC模型的经济性参数和可靠性参数进行参数敏感度分析,给出最优方案,提高了资金的使用效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的提出及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 配电网可靠性
• 1.3.2 成本-效益分析
• 1.3.3 全寿命周期成本（LCC）
• 1.4 本论文的主要内容
• 2 配电网可靠性评估基础
• 2.1 引言
• 2.2 树状网潮流算法
• 2.3 配电网可靠性指标
• 2.3.1 元件可靠性参数
• 2.3.2 元件可靠性指标
• 2.3.3 系统可靠性指标
• 2.4 可靠性计算的基本公式
• 2.5 配电网可靠性评估算法
• 2.5.1 节点故障类型分类
• 2.5.2 算法流程
• 2.6 本章小结
• 3 计及开关故障的配电网可靠性评估
• 3.1 引言
• 3.2 配电网分块及实现
• 3.2.1 配电网邻接表存储结构
• 3.2.2 分块的快速形成算法
• 3.3 开关故障的可靠性影响模型
• 3.3.1 父块和子块及开关作用节点的定义
• 3.3.2 节点故障类型的确定
• 3.3.3 断路器故障的可靠性计算
• 3.3.4 隔离开关故障的可靠性计算
• 3.3.5 熔断器故障的可靠性计算
• 3.4 计及开关故障的配电网可靠性评估算法
• 3.4.1 算法描述
• 3.4.2 效率分析
• 3.5 算例分析
• 3.5.1 算例1
• 3.5.2 算例2
• 3.5.3 算例3
• 3.6 本章小结
• 4 计及可靠性的配电网LCC 模型
• 4.1 引言
• 4.2 资金的时间价值
• 4.3 电力系统LCC 构成
• 4.4 配电网LCC 计算模型
• 4.4.1 直接财务成本
• 4.4.2 战略效益
• 4.4.3 外部效益
• 4.4.4 三种成本/效益的权重确定
• 4.4.5 配电网LCC 计算模型
• 4.5 计及负荷变化的配电网LCC 模型
• 4.6 算例分析
• 4.6.1 计算条件
• 4.6.2 费用计算
• 4.6.3 LCC 计算
• 4.6.4 LCC 分析
• 4.6.5 LCC 影响因素分析
• 4.7 本章小结
• 5 配电网LCC 模型的工程应用
• 5.1 方案预选
• 5.2 费用计算分析
• 5.3 LCC 计算
• 5.4 LCC 分析
• 5.5 LCC 影响分析
• 5.5.1 经济性参数的LCC 影响性分析
• 5.5.2 可靠性参数的LCC 影响性分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. RBTS-BU56 配电网
• B. RBTS-BU54 配电网
• C. 作者在攻硕期间发表/已投递的论文
• D. 作者在攻硕期间参加的科研项目