城市配网自动化的效益及可靠性研究

屈斯成

摘要：城市配网自动化改造过程中，一方面需要考虑改造的技术可靠性，另一方面还需要对其成本效益进行精确计算和预测。一个具有良好技术经济性的改造方案在推行过程中成功的可能性更大。首先，对配网自动化改造对系统可靠性的影响进行简单分析，并对其评估方法进行探讨。接着，针对配网自动化系统可靠性的效益，从停电损失、运行成本折现以及投资成本等方面展开分析。最后，选取S市的改造方案简单分析了自动化改造方案如何兼顾技术可靠性以及经济效益。

关键词：城市供电系统；配网自动化；技术可行性；经济效益

作为一项基础性工程，电力系统建设必须在及时性、安全性以及供电质量等方面不断改进。运用实践表明，配网自动化改造在减少停电时间、提升供电质量以及控制供电损耗方面具有显著优越性。然而，配网自动化具有投入大、成本高的特点，它并不完全适合于所有地区。因此，需要运用严谨而科学的方法对其效益以及可靠性进行研究，从而为相关优化决策提供定量依据。接下来，对系统化改造的可靠性以及效益分析方法进行讨论，希望能够对相关改造实践有积极的借鉴意义。

1.配网自动化对系统可靠性的影响及其评估方法

1.1配网自动化对系统可靠性的影响

在对配电网进行自动化改造以后，配电网的监测、控制以及行为不再过多依靠人工，而是更多地依靠预设系统及控制终端实现。自动化配电网系统中，新增了通信设备、配电子站以及配电终端，可以对配电系统中出现的需求进行准确定位，从而根据供电能力适时调整供电计划；同时，还可以对故障进行快速而精确地定位，从而便于采取措施，减少故障的影响范围和影响时间。可见，从理论上来看，配网自动化确实可以有效地提升系统可靠性。

1.2配网自动化系统可靠性的评估方法

为了对配网自动化系统可靠性进行评估，需要构建平均停电时间（CAIDI）（小时/户）、停电平均持续时间（SAIDI）（小时/每户每年）、供电平均可用率（ASAI）、系统平均供电缺口（AENS）（千瓦时/每户每年）以及停电平均频率（SAIFI）（次/每户每年）等5个指标。各个指标的计算公式如下所示：

在式（1）中，i表示负荷点，其取值都为实数。其中，表示某一时刻在i负荷点上的用户数数量；表示在i负荷点上发生故障的概率；表示i负荷点发生故障后的持续时间；表示i负荷点上的负荷的平均值。

2.配网自动化系统可靠性的效益分析

尽管配网自动化可以有效提升供电的可靠性，然而在实际运用和建设的过程中，需要考虑到资本的效益。尤其是在我国现行的经济社会发展水平条件下，地区经济差异大，不同地区的实际需求以及满足需求的投资能力都存在差距。接下来，将对配网自动化可靠性的效益（下文简称可靠性效益）分析方法进行讨论。本研究认为，可以通过故障发生时所损失电以及故障导致的停电时间来对可靠性效益进行计算。

2.1停电损失的计算

每年度故障所致停电损失的计算公式为：

在式（2）中，表示配网系统停电所造成的年度损失，单位为元；m表示系统发生故障的构件数，n表示统计年份数；k表示j年度的产点成本，单位为元/千瓦时；a表示资本的年折现率。

2.2自动化投资成本的计算

投资成本是衡量效益的重要指标。在此，需要对配网自动化的成本进行计算，其计算公式为：

在式（3）中，Zi表示年度初始投资成本，其中Z1表示初始主站的投资成本、Z2表示初始子站的投资成本、Z3表示配电终端的投资成本、Z4表示自动化系统通讯设备的投资成本；a表示折现率；n表示系统规划的时间长度，单位为年；x表示系统设备的使用年限数。

2.3运行成本折现值的计算

由于资本具有时间价值，同样数额的资本在不同时间所具备的的真实价值是存在差异的。因此，需要按照下式对配网自动化运行中的成本进行折现：

在式（4）中，Oj表示配电网在第j年度的运行成本；n表示系统规划的时间长度，单位为年。

2.4配网自动化改造的成本效益

经过以上分析，可以得到配网自动化改造的成本效益比，其计算方式如下：

在式（5）中，Sloss-pre表示进行系统优化前停电损失的期望值，它可以通过历史数据进行统计。

假设在自动化改造之前，系统的可靠性水平为Rc，在经过改造之后，其可靠性水平被提升为Rh。那么，在增加其投资成本c（R）的同时，其故障损失也会减少b（R），二者之间的差额即为配网系统优化的投资净收益，其计算方式为：

如果Sprofit小于零，说明配网系统化改造的综合效益不理想，改造计划需要纯粹投入，它需要当地拥有较大的财政能力；如果Sprofit大于零，表明改造计划具有良好的可靠性效益，值得在当地推广，而且不会对当地财政造成恶性压力。

3.自动化改造案例简析

假设现有针对S市某配网的系统化改造方案，经过统计和预测，其改造后的可靠性指标如表1所示，而其经济性指标如表2所示。

从表1可以看出，对配电网进行系统化改造显著提升了其可靠性。

第一，将年度平均供电缺口减少了189.91千瓦时/每户。第二，将平均停电时间降低了1.048小时/户。第三，将系统停电平均持续时间降低了0.429小时/每户。

从表2可以看出，系统化改造一方面有效控制了停电损失，另一方面显著增加了经济收益，因而其经济效益十分直观。结合可靠性的结果综合考虑，S市某配网的系统化改造方案具有良好的效益及可靠性，值得进行投资。

4.结束语

城市功能的正常发挥离不开充足的能源供应，其中电能在能源系统中占据最主要、最基础的地位。配网自动化改造不仅理论上可行，而且已经被国内外很多地区证实了其运用价值。然而，由于我国当前的经济社会发展水平呈现出较大的地区差异，在推动自动化改造的过程中不能过于盲目。否则，不仅可能造成资本的浪费，而且可能由于后续投入难以持续而影响电网系统的稳定性。

参考文献：

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