一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法

摘要

本发明公开了一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法，根据配电网中断路器的保护区域和馈线中隔离开关分段作用将配电网划分成不同层次的保护区域(CZ)和馈线层(FS)建立配电网有向关系图，这种有向关系图可以方便地用于配电网的可靠性评估，并且直接用于含分布式电源配电网。主要依据ASAI的值越大，可靠性越高；SAIFI、SAIDI、CAIDI和AENS的值越小，可靠性越高，从而评估配电网系统的可靠性。本发明广泛用于中压配电网的可靠性评估当中，克服了现有故障模式后果分析法和分块算法等的不足。

权利要求

1.一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：A：采集待评估的配电网的结构数据、电气参数数据和可靠性参数数据；

B：根据步骤A采集的数据，对配电网网络结构进行分块和分级；

基于配电网中不同元件故障影响的不同，将配电网按照如下步骤进行分块和分级：B1：将直接与主网母线相连的首段断路器划分为第一级断路器，并记为CB11；

B2：在系统无故障运行状态下，基于深度优先搜索算法以CB11为起始点，开始在CB11所在的馈线上沿着潮流方向搜索元件，搜索到一个断路器或者搜索到馈线的末端则停止该方向上的搜索，再从CB11开始继续进行其他方向上的搜索，直至所有的方向搜索结束；则此过程中搜索到的所有元件组成CB11的保护区形成一个块，并称为一级保护区，记为CZ11；

B3：利用步骤B1和B2的方法，规定与CZ(i-1)(j-1)直接相连的下游潮流方向的断路器称为第i级断路器，且第i级断路器对应的保护区域称为第j级保护区域，搜索得到其他的断路器CBij及其各自的保护区CZij，其中，设CBij表示第i级保护区域内的第j个断路器；CZij表示第i级保护区域内的第j个块；即将整个配电网分成级和块；

C：根据保护区CZij的级别划分，建立初始配电网有向关系图，即配电网有向关系图是由所有级的保护区按照第一级、第二级、第三级、……、第i级从上到下排列构成；

D：对CZij内的馈线进行分段；根据分段开关的位置将CZij划分为不同的馈线段FS，划分步骤如下：D1：首先设CZij中所有的馈线为第一层次的馈线段，记为FSij 1；

D2：在CZij中沿着配电网正常运行时的潮流方向搜索分段开关，当搜索到第1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第2层次的馈线段，记为FSij2；

D3：根据步骤D2的方法，当搜索到第k-1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第k层次的馈线段，记为FSijk；继续搜索分段开关，直至CZij中所有的分段开关均被搜索并分段为止；

E：由步骤D2和D3得到各保护区内的馈线段信息，现将各保护区内的馈线段信息嵌入步骤C建立的配电网有向关系图中，得到最终配电网有向关系图；

F：馈线段内元件的可靠性参数等效；

由于同一馈线段内元件的故障对负荷点的影响均是相同的，所以，对负荷点可靠性影响相同的元件划分为一个等效馈线，分别用等效故障率λe和等效修复时间γe来表示该馈线段的可靠性指标；

式中：NC为该等效馈线段中元件的个数，λi和γi分别为该等效馈线段中第i个元件的故障率和修复时间；

G：根据最终配电网有向关系图计算配电网负荷点的平均故障率和年平均停电时间；

G1：当系统中不含有分布式电源时，负荷点的平均故障率和年平均停电时间，即负荷点的可靠性指标的计算；

假设，Mi是第i级保护区CZij的第j个分块内的馈线段的数目，si是第i级保护区CZij与第i+1级保护区CZi+1的连接节点，N(k)是负荷点k到电源之间的保护区数目，则负荷点k的平均故障率和年平均停电时间由公式⑶和⑷计算：

式中λ(k)和U(k)分别为负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；λij和γij为第i个CZij中第j个馈线段FSij的故障率和修复时间；tds为开关的隔离操作时间；λmg和γmg为主网的故障率和修复时间；

G2：计算含分布式光伏电源时，负荷点的平均故障率和平均年停电时间；

利用分布式电源的历史出力数据来确定负荷点k的平均故障率λ′(k)和平均年停电时间U′(k)，如公式⑸、⑹所示为：

式中，Pj(j＝1,2,…,NPV)是分布式光伏电源在第j个小时的出力；NPV是总的小时数；Pak为负荷点k的功率；

G3：计算含分布式柴油发电机组时的负荷点平均故障率和平均年停电时间；

由于柴油发电机组仅仅是在主网故障时启动，因此柴油发电机组的接入并不会减少负荷点的停电次数仅仅能够减少负荷点的年平均停电时间；负荷点k的平均故障率λ″(k)和平均年停电时间U″(k)由式⑺和式⑻计算：λ″(k)＝λ(k)或λ″(k)＝λ′(k)  ⑺

U″(k)＝pUdλ(k)tdi+pDdU(k)或U″(k)＝pUdλ′(k)tdi+pDdU′(k)  ⑻式中，tdi为柴油发电机的启动时间，pUd和pDd分别为柴油发电机组的可用率和不可用率；

H：计算配电网系统的可靠性指标，输出计算结果；

配电网系统可靠性指标由下式计算：

式中，λ(k)和U(k)分别为不含有分布式电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ′(k)和U′(k)分别为含分布式光伏电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ″(k)和U″(k)分别为含分布式柴油发电机组时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，即为式(3)-(10)中对应的负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；Ck是第k个负荷点连接的用户数目；Pak为第k个负荷点功率；R为负荷点集合；

SAIFI指系统平均停电频率，即每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数，由用户停电总次数与用户数之比表示；SAIDI指系统平均停电持续时间，即用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，由用户停电时间总和与用户数之比表示；CAIDI指用户平均停电持续时间，即每个用户在一年中每次停电的平均持续时间，由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；ASAI指平均供电可用率，即每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比，由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；AENS指系统平均缺供电量，即由总缺电量与总用户数之比表示；

I：根据步骤H计算的结果，依据ASAI的值越大，可靠性越高；SAIFI、SAIDI、CAIDI和AENS的值越小，可靠性越高，从而评估配电网系统的可靠性。

说明书

一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法

技术领域

[0001] 本发明涉及配电网安全可靠运行技术领域，尤其涉及一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法。既可以用于传统配电网的可靠性评估，也可以用于含分布式电源的配电网的可靠性评估。

背景技术

[0002] 配电网是电力系统中直接面对用户的环节，对用户供电质量和供电可靠性的影响最为直接，通过对配电网进行可靠性评估能够提高配电网的可靠性、保证供电质量、促进和改善电力工业生产技术、管理、提高经济和社会效益等都具有十分重要的意义。

[0003] 传统的配电网的可靠性评估方法广泛采用故障模式后果分析法(FMEA)。故障模式后果分析法是利用配电网元件的可靠性数据，建立配电网运行的故障模式后果表，分析每个故障事件及其后果，然后综合形成可靠性指标。但当配电网的结构复杂时，故障模式后果表的建立将十分困难，所以直接利用故障模式后果分析法进行复杂配电网的可靠性评估是非常困难的。复杂配电网可靠性评估的网络等效技术用以简化配电网的可靠性评估步骤，然而当配电网中含有较多的子馈线时，将很难得到复杂配电网的等效网络。

[0004] 配电网的可靠性评估方法还使用最小路算法，最小路算法在进行可靠性评估时，先求各负荷点的最小路，再分别考虑最小路上和非最小路上的元件对负荷点的可靠性的影响，将非最小路上的元件对负荷点的影响按一定的准则折算到最小路中，然后计算最小路中元件对负荷点可靠性指标的影响(包括等效影响)，从而求得可靠性指标。

[0005] 配电网量大面广，且网络中开关设备数目众多且其类型、功能各异，子馈线形式连接复杂等特点，这些因素均增加了配电网可靠性评估的难度，因此研究提高配电网可靠性评估的速度和精度是当前该领域的主要科学问题。随着分布式发电技术的日益成熟，分布式电源(DG)凭借其发电方式灵活性、环境友好性等优点越来越多地被接入配电网，对配电系统的结构和运行产生了重大影响。分布式电源(DG)接入配电网后究竟对配电网的可靠性产生什么影响，这是用户和电力公司最关心的问题。所以，对含有分布式电源的配电网的可靠性评估是当务之急。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法，能够在原始配电网网络结构的基础上，通过负荷点的可靠性指标评估配电网系统的可靠性，既可以用于传统配电网又能够运用于含分布式电源的配电网的可靠性评估。

[0007] 本发明采用的技术方案为：

[0008] 一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0009] A：采集待评估的配电网的结构数据、电气参数数据和可靠性参数数据；

[0010] B：根据步骤A采集的数据，对配电网网络结构进行分块和分级；

[0011] 基于配电网中不同元件故障影响的不同，将配电网按照如下步骤进行分块和分级：

[0012] B1：将直接与主网母线相连的首段断路器划分为第一级断路器，并记为CB11；

[0013] B2：在系统无故障运行状态下，基于深度优先搜索算法以CB11为起始点，开始在CB11所在的馈线上沿着潮流方向搜索元件，搜索到一个断路器或者搜索到馈线的末端则停止该方向上的搜索，再从CB11开始继续进行其他方向上的搜索，直至所有的方向搜索结束；则此过程中搜索到的所有元件组成CB11的保护区形成一个块，并称为一级保护区，记为CZ11；

[0014] B3：利用步骤B1和B2的方法，规定与CZ(i-1)(j-1)直接相连的下游潮流方向的断路器称为第i级断路器，且第i级断路器对应的保护区域称为第j级保护区域，搜索得到其他的断路器CBij及其各自的保护区CZij，其中，设CBij表示第i级保护区域内的第j个断路器；CZij表示第i级保护区域内的第j个块；即将整个配电网分成级和块；

[0015] C：根据保护区CZij的级别划分，建立初始配电网有向关系图，即配电网有向关系图是由所有级的保护区按照第一级、第二级、第三级、……、第i级从上到下排列构成；

[0016] D：对CZij内的馈线进行分段；根据分段开关的位置将CZij划分为不同的馈线段FS，划分步骤如下：

[0017] D1：首先设CZij中所有的馈线为第一层次的馈线段，记为FSij1；

[0018] D2：在CZij中沿着配电网正常运行时的潮流方向搜索分段开关，当搜索到第1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第2层次的馈线段，记为FSij2；

[0019] D3：根据步骤D2的方法，当搜索到第k-1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第k层次的馈线段，记为FSijk；继续搜索分段开关，直至CZij中所有的分段开关均被搜索并分段为止；

[0020] E：由步骤D2和D3得到各保护区内的馈线段信息，现将各保护区内的馈线段信息嵌入步骤C建立的配电网有向关系图中，得到最终配电网有向关系图；

[0021] F：馈线段内元件的可靠性参数等效；

[0022] 由于同一馈线段内元件的故障对负荷点的影响均是相同的，所以，对负荷点可靠性影响相同的元件划分为一个等效馈线，分别用等效故障率λe和等效修复时间γe来表示该馈线段的可靠性指标；

[0023]

[0024]

[0025] 式中：NC为该等效馈线段中元件的个数，λi和γi分别为该等效馈线段中第i个元件的故障率和修复时间；

[0026] G：根据最终配电网有向关系图计算配电网负荷点的平均故障率和年平均停电时间；

[0027] G1：当系统中不含有分布式电源时，负荷点的平均故障率和年平均停电时间，即负荷点的可靠性指标的计算；

[0028] 假设，Mi是第i级保护区CZij的第j个分块内的馈线段的数目，si是第i级保护区CZij与第i+1级保护区CZi+1的连接节点，N(k)是负荷点k到电源之间的保护区数目，则负荷点k的平均故障率和年平均停电时间由公式⑶和⑷计算：

[0029]

[0030]

[0031] 式中λ(k)和U(k)分别为负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；λij和γij为第i个CZij中第j个馈线段FSij的故障率和修复时间；tds为开关的隔离操作时间；λmg和γmg为主网的故障率和修复时间；

[0032] G2：计算含分布式光伏电源时，负荷点的平均故障率和平均年停电时间；

[0033] 利用分布式电源的历史出力数据来确定负荷点k的平均故障率λ′(k)和平均年停电时间U′(k)，如公式⑸、⑹所示为：

[0034]

[0035]

[0036] 式中，Pj(j＝1,2,…,NPV)是分布式光伏电源在第j个小时的出力；NPV是总的小时数；Pak为负荷点k的功率；

[0037] G3：计算含分布式柴油发电机组时的负荷点平均故障率和平均年停电时间；

[0038] 由于柴油发电机组仅仅是在主网故障时启动，因此柴油发电机组的接入并不会减少负荷点的停电次数仅仅能够减少负荷点的年平均停电时间；负荷点k的的平均故障率λ″(k)和平均年停电时间U″(k)由式⑺和式⑻计算：

[0039] λ″(k)＝λ(k)或λ″(k)＝λ′(k)   ⑺

[0040] U″(k)＝pUdλ(k)tdi+pDdU(k)或U″(k)＝pUdλ′(k)tdi+pDdU′(k)  ⑻[0041] 式中，tdi为柴油发电机的启动时间，PUd和PDd分别为柴油发电机组的可用率和不可用率；

[0042] H：计算配电网系统的可靠性指标，输出计算结果；

[0043] 配电网系统可靠性指标由下式计算：

[0044]

[0045]

[0046]

[0047]

[0048]

[0049] 式中，λ(k)和U(k)分别为不含有分布式电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ′(k)和U′(k)分别为含分布式光伏电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ″(k)和U″(k)分别为含分布式柴油发电机组时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，即为式(3)-(10)中对应的负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；Ck是第k个负荷点连接的用户数目；Pak为第k个负荷点功率；R为负荷点集合；

[0050] SAIFI指系统平均停电频率，即每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数，由用户停电总次数与用户数之比表示；SAIDI指系统平均停电持续时间，即用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，由用户停电时间总和与用户数之比表示；CAIDI指用户平均停电持续时间，即每个用户在一年中每次停电的平均持续时间，由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；ASAI指平均供电可用率，即每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比，由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；AENS指系统平均缺供电量，即由总缺电量与总用户数之比表示；

[0051] I：根据步骤H计算的结果，依据ASAI的值越大，可靠性越高；SAIFI、SAIDI、CAIDI和AENS的值越小，可靠性越高，从而评估配电网系统的可靠性。

[0052] 本发明根据配电网中断路器的保护区域和馈线中隔离开关分段作用将配电网划分成不同层次的保护区域(CZ)和馈线层(FS)建立配电网有向图，这种有向图可以方便地用于配电网的可靠性评估，并且直接用于含分布式电源配电网。本发明广泛用于中压配电网的可靠性评估当中，克服了现有故障模式后果分析法和分块算法等的不足。。

附图说明

[0053] 图1为本发明的配电网可靠性评估流程图；

[0054] 图2为本发明的某一简单配电网网络结构；

[0055] 图3为本发明的简单配电网网络的分块和分级图；

[0056] 图4为本发明的含CZ的简单配电网网络的有向关系图；

[0057] 图5为本发明的含CZ和FS的简单配电网网络的有向关系图；

[0058] 图6为本发明的馈线层内元件的可靠性参数等效前；

[0059] 图7为本发明的馈线层内元件的可靠性参数等效后；

[0060] 图8为本发明的计及分布式电源的配电网有向关系图；

[0061] 图9为本发明的和不计及分布式电源的配电网有向关系图；

[0062] 图10为本发明的某小区配电网网络结构图。

具体实施方式

[0063] 如图1所示，本发明包括基于有向关系图的配电网可靠性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0064] A：采集待评估的配电网的结构数据、电气参数数据和可靠性参数数据；

[0065] B：根据步骤A采集的数据，对配电网网络结构进行分块和分级；

[0066] 基于配电网中不同元件故障影响的不同，将配电网按照如下步骤进行分块和分级：

[0067] B1：将直接与主网母线相连的首段断路器划分为第一级断路器，并记为CB11；

[0068] B2：在系统无故障运行状态下，基于深度优先搜索算法以CB11为起始点，开始在CB11所在的馈线上沿着潮流方向搜索元件，搜索到一个断路器或者搜索到馈线的末端则停止该方向上的搜索，再从CB11开始继续进行其他方向上的搜索，直至所有的方向搜索结束；则此过程中搜索到的所有元件组成CB11的保护区形成一个块，并称为一级保护区，记为CZ11；

[0069] B3：利用步骤B1和B2的方法，规定与CZ(i-1)(j-1)直接相连的下游潮流方向的断路器称为第i级断路器，且第i级断路器对应的保护区域称为第j级保护区域，搜索得到其他的断路器CBij及其各自的保护区CZij，其中，设CBij表示第i级保护区域内的第j个断路器；CZij表示第i级保护区域内的第j个块；即将整个配电网分成级和块；

[0070] C：根据保护区CZij的级别划分，建立初始配电网有向关系图，即配电网有向关系图是由所有级的保护区按照第一级、第二级、第三级、……、第i级从上到下排列构成；

[0071] D：对CZij内的馈线进行分段；根据分段开关的位置将CZij划分为不同的馈线段FS，划分步骤如下：

[0072] D1：首先设CZij中所有的馈线为第一层次的馈线段，记为FSij1；

[0073] D2：在CZij中沿着配电网正常运行时的潮流方向搜索分段开关，当搜索到第1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第2层次的馈线段，记为FSij2；

[0074] D3：根据步骤D2的方法，当搜索到第k-1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第k层次的馈线段，记为FSijk；继续搜索分段开关，直至CZij中所有的分段开关均被搜索并分段为止；

[0075] E：由步骤D2和D3得到各保护区内的馈线段信息，现将各保护区内的馈线段信息嵌入步骤C建立的配电网有向关系图中，得到最终配电网有向关系图；

[0076] F：馈线段内元件的可靠性参数等效；

[0077] 由于同一馈线段内元件的故障对负荷点的影响均是相同的，所以，对负荷点可靠性影响相同的元件划分为一个等效馈线，分别用等效故障率λe和等效修复时间γe来表示该馈线段的可靠性指标；

[0078]

[0079]

[0080] 式中：NC为该等效馈线段中元件的个数，λi和γi分别为该等效馈线段中第i个元件的故障率和修复时间；

[0081] G：根据最终配电网有向关系图计算配电网负荷点的平均故障率和年平均停电时间；

[0082] G1：当系统中不含有分布式电源时，负荷点的平均故障率和年平均停电时间，即负荷点的可靠性指标的计算；

[0083] 假设，Mi是第i级保护区CZij的第j个分块内的馈线段的数目，si是第i级保护区CZij与第i+1级保护区CZi+1的连接节点，N(k)是负荷点k到电源之间的保护区数目，则负荷点k的平均故障率和年平均停电时间由公式⑶和⑷计算：

[0084]

[0085]

[0086] 式中λ(k)和U(k)分别为负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；λij和γij为第i个CZij中第j个馈线段FSij的故障率和修复时间；tds为开关的隔离操作时间；λmg和γmg为主网的故障率和修复时间；

[0087] G2：计算含分布式光伏电源时，负荷点的平均故障率和平均年停电时间；

[0088] 利用分布式电源的历史出力数据来确定负荷点k的平均故障率λ′(k)和平均年停电时间U′(k)，如公式⑸、⑹所示为：

[0089]

[0090]

[0091] 式中，Pj(j＝1,2,…,NPV)是分布式光伏电源在第j个小时的出力；NPV是总的小时数；Pak为负荷点k的功率；

[0092] G3：计算含分布式柴油发电机组时的负荷点平均故障率和平均年停电时间；

[0093] 由于柴油发电机组仅仅是在主网故障时启动，因此柴油发电机组的接入并不会减少负荷点的停电次数仅仅能够减少负荷点的年平均停电时间；负荷点k的的平均故障率λ″(k)和平均年停电时间U″(k)由式⑺和式⑻计算：

[0094] λ″(k)＝λ(k)或λ″(k)＝λ′(k)   ⑺

[0095] U″(k)＝pUdλ(k)tdi+pDdU(k)或U″(k)＝pUdλ′(k)tdi+pDdU′(k)   ⑻[0096] 式中，tdi为柴油发电机的启动时间，pUd和pDd分别为柴油发电机组的可用率和不可用率；

[0097] H：计算配电网系统的可靠性指标，输出计算结果；

[0098] 配电网系统可靠性指标由下式计算：

[0099]

[0100]

[0101]

[0102]

[0103]

[0104] 式中，λ(k)和U(k)分别为不含有分布式电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ′(k)和U′(k)分别为含分布式光伏电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ″(k)和U″(k)分别为含分布式柴油发电机组时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，即为式(3)-(10)中对应的负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；Ck是第k个负荷点连接的用户数目；Pak为第k个负荷点功率；R为负荷点集合；

[0105] SAIFI指系统平均停电频率，即每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数，由用户停电总次数与用户数之比表示；SAIDI指系统平均停电持续时间，即用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，由用户停电时间总和与用户数之比表示；CAIDI指用户平均停电持续时间，即每个用户在一年中每次停电的平均持续时间，由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；ASAI指平均供电可用率，即每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比，由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；AENS指系统平均缺供电量，即由总缺电量与总用户数之比表示；

[0106] I：根据步骤H计算的结果，依据ASAI的值越大，可靠性越高；SAIFI、SAIDI、CAIDI和AENS的值越小，可靠性越高，从而评估配电网系统的可靠性。

[0107] 下面结合附图详细说明本发明的具体过程：

[0108] 如附图1所示，为本发明的配电网可靠性评估流程图。为便于说明本发明的思路，下面以某一简单配电网网络对本发明所提方法进行描述，该简单网络如图2所示，从图2中可以看到，由主网分支出来多路分枝，图中LP为负荷点。

[0109] 步骤1：采集配电网基本数据信息

[0110] 采集待评估的配电网结构数据、电气参数数据、可靠性参数数据等信息，该数据用于后期的可靠性计算分析。

[0111] 步骤2：对配电网网络结构进行分块和分级

[0112] 根据潮流的方向，以某个设备为基准可将馈线中的元件划分为上游元件和下游元件，即按潮流方向位于该设备前方的所有元件称为该设备的上游元件，相反，称为该元件的下游元件。根据上下游元件的定义知，断路器下游元件的故障不会影响上游的元件，然而断路器上游元件故障会造成它的所有下游元件停运。基于配电网中不同元件故障影响的不同，将配电网按照如下步骤进行分块和分级：

[0113] 步骤2.1将直接与主网母线相连的首段断路器划分为第一级断路器，并记为CB11；结合图3可以看到，与主网直接相连的是CB11断路器。

[0114] 步骤2.2搜索断路器CB11的保护区域；

[0115] 在系统无故障运行状态下，基于深度优先搜索算法以CB11为起始点开始在CB11所在的馈线上沿着潮流方向搜索元件，搜索到断路器或馈线支路末端则停止该方向的搜索，再沿着其他方向搜索元件，直到所有的方向搜索结束。则此过程中搜索到的所有元件的组合构成一个块，该块为CB11的保护区域，并称为为一级保护区，记为CZ11。结合图3可以看出，沿着CB11所在的馈线上搜索元件，可以搜索到断路器CB21和常闭开关，但是常闭开关并不是终止搜索的条件，所以，继续向下搜索，可以搜索到断路器CB22、CB23，此时终止搜索，则图3中所示的CZ11即为断路器CB11的保护区域。

[0116] 步骤2.3确定第二级断路器及其保护区域

[0117] 规定与CZ11直接相连的下游潮流方向的断路器称为第二级断路器，且第二级断路器对应的保护区域称为第二级保护区域。如图3所示，CB21、CB22和CB23为第二级断路器。按骤2.2中所陈述的搜索方法得到CB21、CB22和CB23各自的保护区域CZ21、CZ22和CZ23，称它们为第二级保护区域。

[0118] 步骤2.4以此类推，规定与CZ(i-1)(j-1)直接相连的下游潮流方向的断路器称为第i级断路器，且第i级断路器对应的保护区域称为第j级保护区域，搜索得到其他的断路器CBij及其各自的保护区CZij，其中，设CBij表示第i级保护区域内的第j个断路器；CZij表示第i级保护区域内的第j个块；即将整个配电网分成级和块。

[0119] 步骤3根据保护区CZij的级别划分，建立初始配电网有向关系图，即配电网有向关系图是由所有级的保护区按照第一级、第二级、第三级、……、第i级从上到下排列构成。有向关系图：采用具有单方向指示的箭头按照一定顺序将不同级别的保护区域相互连接起来而组成的图叫做有向关系图。根据该定义将图3的简单网络转化为有向关系图，如图4所示。

[0120] 步骤4对CZij内的馈线进行分段

[0121] 当CZij中包含有分段开关时，可以通过分段开关将该CZij内的元件故障进行隔离，进而可以将电源和分段开关之间的因故障停运的负荷恢复供电。因此，馈线中不同分段内元件的停电时间是不同的，因此根据分段开关的位置将CZij划分为不同的馈线段(FS)。馈线段的划分步骤如下：

[0122] 步骤4.1首先设每一个CZij中的所有的馈线为第一层次的馈线段，记为FSij1；由图3和图5结合可以看出，此时，CZ11中划分为FS111，CZ，21中划分为FS211，CZ22中划分为FS221，CZ23中划分为FS231，CZ31中划分为FS311。

[0123] 步骤4.2：在CZij中沿着配电网正常运行时的潮流方向搜索分段开关，当搜索到第1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第2层次的馈线段，记为FSij2；例如CZ11中包含有一个常闭开关，所以，常闭开关的下游元件为第22层次的馈线段，再进行修改，此时CZ11中划分为FS111、FS112；再比如CZ23保护区，如同CZ11。

[0124] 步骤4.3：根据步骤步骤4.2的方法，当搜索到第k-1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第k层次的馈线段，记为FSijk；

[0125] 步骤4.4再根据步骤4.2和步骤4.3方法，遍历下一个CZi(j+1)的馈线段，直至所有的CZ保护区域均被搜索到为止。

[0126] 步骤5由步骤4.1-4.4得到各保护区域内的馈线段信息，现将馈线段信息嵌入到由步骤3中形成的初始配电网有向关系图中，得到最终配电网有向关系图，如图5所示。由步骤5可以看出，在每一个保护区域进行了馈线分段，例如一级保护区内分为两个馈线段FS111、FS112。

[0127] 步骤6馈线层FS内元件的可靠性参数等效

[0128] 由于同一馈线层内元件的故障对负荷点的影响均是相同的，如图6、图7所示，因此为了简化可靠性评估的网络结构，将对负荷点可靠性影响相同的元件划分为一个等效馈线，该等效并没有降低评估精度，分别用等效故障率(λe)和等效修复时间(γe)来表示该馈线层的可靠性指标。

[0129]

[0130]

[0131] 式中：NC为该等效馈线层中元件的个数，λi和γi分别为该等效馈线层中第i个元件的故障率和修复时间。

[0132] 步骤7计算不同条件下的负荷点平均故障率和平均年停电时间，如图8、图9所示，为是否含有分布式电源的配电网有向关系图的区别。

[0133] 步骤7.1：计算不含分布式电源时的负荷点平均故障率和平均年停电时间。

[0134] 下面以实施例详细说明配电系统可靠性指标的计算：附图10所示为含DG某小区的配电网网络结构。该配电网负荷包含六个办公楼负荷(B1，B2，B3，B5，B6，B7)，三个宿舍负荷(D1，D2，D3)，一个体育馆负荷(GM)和一个健身中心负荷(FC)。办公楼B7的屋顶安装有额定容量为20kW的光伏机组，除体育馆和健身中心外其余九个负荷均设置有柴油发电机组作为备用电源，当主网发生故障时备用电源向重要的负荷供电。

[0135] 假设，Mi是第i级保护区(CZi)内第j个分块内的馈线段的数目，si是第i级保护区CZi与第i+1级保护区CZi+1的连接节点，N(k)是负荷点k到电源之间的保护区数目，则不含分布式电源时的负荷点k的平均故障率和平均年停电时间由式(3)和式(4)计算：

[0136]

[0137]

[0138] 式中λ(k)和U(k)分别为负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；λij和γij为第i个CZ中第j个馈线段FS的故障率和修复时间；tds为开关的隔离操作时间；λmg和γmg为主网的故障率和修复时间。

[0139] 步骤7.2：计算含分布式光伏电源时的负荷点平均故障率和平均年停电时间[0140] 当负荷点k接有分布式光伏电源时，光伏电源有助于降低负荷点的平均故障率和年平均停电时间。对于接有光伏电源的负荷点，当主网故障时由于光伏电源的及时接入会对负荷点的故障率和修复时间产生影响，因此利用光伏电源的历史出力数据来计算计及分布式光伏电源时的负荷点k的平均故障率λ(k)和平均年停电时间U(k)，如式(5)和式(6)所示：

[0141]

[0142]

[0143] 式中，Pj(j＝1,2,…,NPV)是分布式光伏电源在第j个小时的出力；NPV是总的小时数。

[0144] 步骤7.3：计算含分布式柴油发电机组时的负荷点平均故障率和平均年停电时间[0145] 对于重要的用电负荷，常以自动切换开关接入柴油发电机组作为备用电源。由于柴油发电机组仅仅是在主网故障时启动，因此柴油发电机组的接入并不会减少负荷点的停电次数仅仅能够减少负荷点的年平均停电时间。当考虑两状态的柴油发电机组模型时，负荷点k的平均故障率λ(k)和平均年停电时间U(k)由式(7)和式(8)计算：

[0146] λ″(k)＝λ(k)或λ″(k)＝λ′(k)   (7)

[0147] U″(k)＝pUdλ(k)tdi+pDdU(k)或U″(k)＝pUdλ′(k)tdi+pDdU′(k)   (8)[0148] 式中，tdi为柴油发电机的启动时间，pUd和pDd分别为柴油发电机组的可用率和不可用率。

[0149] 步骤8：计算配电系统的可靠性指标

[0150] 得到配电网中每一负荷点的可靠性指标后，根据配电系统的可靠性指标的定义就可以直接计算系统的可靠性指标。系统平均停电频率(SAIFI)指每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数，由用户停电总次数与用户数之比表示；系统平均停电持续时间(SAIDI)指用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，由用户停电时间总和与用户数之比表示；用户平均停电持续时间(CAIDI)指每个用户在一年中每次停电的平均持续时间，由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；平均供电可用率(ASAI)指每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比，由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；系统平均缺供电量(AENS)由总缺电量与总用户数之比表示。

[0151] 配电系统可靠性指标由式(9)-(13)计算：

[0152]

[0153]

[0154]

[0155]

[0156]

[0157]

[0158] 式中，λ(k)和U(k)分别为不含有分布式电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ′(k)和U′(k)分别为含分布式光伏电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ″(k)和U″(k)分别为含分布式柴油发电机组时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，即为式(3)-(10)中对应的负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；Ck是第k个负荷点连接的用户数目；Pak为第k个负荷点功率；R为负荷点集合。

[0159] 根据步骤1采集的可靠性基础数据，按照公式(9)-(13)计算不含分布式电源时的配电系统可靠性指标计算结果结果如下表1所示：

[0160] 表1

[0161]建筑名称 SAFI SAIDI ASAI(％) AENS
B1 1.0765 7.4127 99.9154 498.4270
B2 1.0782 7.4774 99.9146 537.5650
B3 1.0775 7.5019 99.9144 394.2440
B5 1.0775 7.4704 99.9147 1042.1000
B6 1.0782 7.4774 99.9146 495.0040
B7 1.0775 7.5019 99.9144 848.6900
D1 1.0800 7.6839 99.9123 659.6120
D2 1.0800 7.6839 99.9123 318.9080
D3 1.0800 7.6839 99.9123 612.3560
GM 1.0800 7.6839 99.9123 218.7610
FC 1.0800 7.6839 99.9123 670.8050
整个系统 1.0784 7.5430 99.9139 578.123

[0162] 从表1可以看出系统平均停电频率(SAIFI)、系统平均停电持续时间(SAIDI)、用户平均停电持续时间(CAIDI)、系统平均缺供电量(AENS)越高，配电网系统的稳定性、供电可靠性比较低；平均供电可用率(ASAI)越高，配电网系统的供电性能越好。

[0163] 计算含分布式电源时的配电系统可靠性指标计算结果如下表2所示，由于分布式电源仅安装在B7上，因此分布式电源接入后仅改善B7建筑的可靠性指标，其他建筑的可靠性指标与上述计算方法相同。

[0164] 表2

[0165]建筑名称 SAFI SAIDI ASAI(％) AENS CRASAI(％)
B7 1.06800 7.4355 99.9151 843.927 0.0007
整个系统 1.07753 7.5369 99.9140 577.690 0.0001

[0166] 含柴油发电机组时的配电系统可靠性指标计算结果如下表3所示：

[0167] 表3

[0168]建筑名称 SAFI SAIDI ASAI(％) AENS CRASAI(％)
B1 1.07648 5.60104 99.9361 453.607 0.0207
B2 1.07823 6.01542 99.9313 432.011 0.0167
B3 1.07753 5.66842 99.9353 386.396 0.0209
B5 1.07753 5.03605 99.9425 496.948 0.0278
B6 1.07823 5.04077 99.9425 235.016 0.0279
B7 1.06800 4.99091 99.9430 499.209 0.0286
D1 1.07998 5.17982 99.9409 304.183 0.0286
D2 1.07998 5.17982 99.9409 242.658 0.0286
D3 1.07998 5.17982 99.9409 476.159 0.0286
GM 1.07998 7.68390 99.9123 218.761 0
FC 1.07998 7.68390 99.9123 670.805 0
整个系统 1.07753 5.52559 99.9369 399.156 0.0230