0 引 言

配电网处于电力系统的末端,直接向用户供应和分配电能,是电力系统的重要组成部分。随着社会经济的不断发展和人民生活水平的提升,用户对供电可靠性的要求越来越高。据不完全统计,80%以上的停电故障是由配电网故障造成的。因此,配电网可靠性研究对于提高用户供电质量、保障系统安全可靠运行具有重要意义。

近年来,许多学者对配电网可靠性评估这一课题进行了研究。工程上通常将配电网可靠性评估方法分为解析法、蒙特卡洛模拟法以及混合方法3类[1-4]。解析法中应用最为广泛的是故障模式后果分析(Failure Mode and Effects Analysis,FMEA)法[5-6]。FMEA法原理清晰、模型准确,但具有穷举性质,对于结构复杂的大规模配电网,数量巨大的故障状态会导致相当大的计算量。对于提高FMEA法计算速度这一技术挑战,一些学者提出了采用分块的思想进行改进。文献[7]通过定义自动块单元与手动块单元,依据配电网的层级结构计算其可靠性,算法操作性强且计算效率高。文献[8]提出一种配电网多层次协同分析的可靠性评估算法,并建立高压配电网故障影响分析模型和中压配电网故障恢复模型。文献[9]建立中压配电网典型接线模式的结构元模型,并在结构元的基础上提出系、族的概念。文献[10]以配电网中开关元件为边界进行分区,将元件组视为基本单元评估配电网可靠性。

现阶段配电网正朝着标准化、规范化这一目标建设,在接线模式、设备选取等方面,具有相对的独立性和一定的重复性。作为影响供电可靠性的一个重要因素,分析与识别配电网接线模式是可靠性评估的基础。文献[11]通过定义典型接线模式的特征参数,结合拓扑分析和模式识别理论,实现中压配电网典型接线模式的自动识别。文献[12]基于图论的思想将配电网络分层,同时结合网络等值方法评估复杂配电网的可靠性指标。

现有研究成果一般只适用于复杂辐射状配电网的可靠性评估,没有对存在环网的系统进行分析;以开关元件为边界对设备进行分区,虽然一定程度上降低计算量,但仍无法满足复杂配电网可靠性评估对速度的要求。考虑到局部配电网模块在拓扑连接和设备配置等方面的共通特性,本文在分析与识别中压配电网典型接线模式的基础上,提出一种以接线模式为基本模块单元的配电网可靠性评估算法,通过构建基于FMEA法的可靠性评估模型,逐层向上等值计算出系统的可靠性指标。该方法物理概念清晰易懂,具有较高的分析效率。

1 中压配电网接线模式识别

为建立中压配电网可靠性评估模型,首先对中压配电网的典型接线模式进行分析。10 kV中压配电网由架空线和电缆线路混合组成,对于一个特定供电区域的中压配电网络,可以分开研究架空线路和电缆线路。架空线路典型接线模式包括单辐射接线、多分段适度联络接线等;电缆线路包括单环网、双环网、“N供1备”等接线模式[13-16]。

1.1 典型接线模式识别

配电网接线模式识别是基于网络拓扑理论和模式识别理论的一种方法。配电网网络拓扑分析将用电气设备描述的物理模型,转换为用节点和支路描述的、能被计算机识别和利用的数学模型,直观地表示配电网中各组成元件之间的电气联系信息,从而为接线模式的识别提供样本集。模式识别主要研究利用计算机等工具代替人类完成听觉、触觉和视觉等感官相关工作,是人工智能领域的重要研究方向。

模式识别的步骤一般分为预处理、建立模式和识别,其中建立模式即进行特征提取的过程。模式识别系统流程图如图1所示。

1.1.1 输入模式预处理

如果要为中国印刷产业改革开放40年的历程寻找一位见证者，我想海德堡应当之无愧于这个角色。从早期通过宝隆洋行进入中国市场，到后来在中国开设公司、建立组装厂，海德堡见证了中国印刷产业崛起、壮大、变强的全过程，伴随着中国印刷产业的成长，一路同行。而中国市场于海德堡而言，亦是其最大单体市场。相携40年，作为全球印刷行业领袖型企业的海德堡，如何看待中国市场发生的种种变化，解读未来，我们与海德堡大中华区CEO黄连光的交流就从这个问题开始。

由于实际配电网的复杂性与多样性,需要结合具体情况对输入的接线模式做预处理,以减小外界干扰和噪声影响,同时按规则生成数据库,为特征提取做准备。预处理一般包括:

(1) 数据的完整性和一致性校验。在具备相应条件的基础上,对原始数据进行完整性与一致性校验,确保后续步骤的准确性。

(2) 网络拓扑分析。将只包含网架结构信息的物理模型转换为可供计算分析的数学模型,一般以变电站的各出口节点为根节点进行拓扑搜索,将配电网网架划分为多棵出线树。

如果待识别的接线模式特征表达式无法与预先设定的特征库成功匹配,则读取为“未知”的接线模式,后续通过人工进行识别。若经专家判断“未知”的接线模式合理,则通过机器学习的方法将新模式添加到特征库中。

死亡组PSI≥130分和CURB≥3分所占比例、PCT-1、PCT-4、△PCT高于生存组，差异均具有统计学意义（χ2=6.121、15.430，t=5.623、26.894 和 19.625，P均＜0.05）。死亡组△PCT为正值，表明PCT水平升高；生存组△PCT为负值，表明PCT水平下降。见表1。

(4) 确定接线模式模型。配电网中各种接线模式往往是一棵无联络出线树或多棵相互联络的出线树的组合。经过对配电网整体的网络拓扑分析和联络分析,可知各出线树自身的节点、支路信息以及和其他出线树间的联络关系。这时将多棵互相联络的出线树视为一棵新树,无联络关系的出线树则保持不变。配电网的网架结构自配电变电站出口开始,被分成许多互不相连的部分。其中每一部分定义为一棵接线树,每棵树对应着一种待识别的接线模式,即为建模对象。

1.1.2 特征提取

爱是春雷，能惊醒迷途的学生；爱如夏雨，能沁入学生的心脾；爱是秋风，能拂去学生心灵的尘垢；爱如冬日，能温暖学生的心灵。

完成预处理后,将对接线模式按需求提取特征,作为后续接线模式识别的依据。选择的特征要足以代表该接线模式,特征的数量也要尽量少,进而有效地进行分类和描述[11]。模式特征的选择是模式识别的关键,直接影响识别的效果。一般可从电源特征、网架特征、导线类型特征等方面进行提取。

为更好地了解戒毒人员回归社会后续照管情况，笔者通过文献调查法、问卷调查和访谈法等方法对戒毒人员回归社会后续照管问题进行研究。一方面，以广州市某强制隔离戒毒所“多进宫”男性戒毒人员（进行过2次及以上强制隔离戒毒的人员）为研究样本，通过问卷调查和访谈法，了解他们入所前的社会生存状况和后续照管情况。另一方面，通过调查走访广州市四个街道（镇）禁毒办及两个禁毒社工服务中心，了解戒毒人员回归社会后的生活状况，通过综合有关数据和情况从而发现后续照管存在的问题、原因及关键点，提出相应对策。

1.1.3 模式识别

提取接线模式组的典型特征后,建立配电网典型接线模式特征库,即将各典型接线方式用一个特征式唯一表示。对于待识别的接线模式,采用决策论方法,依照特征匹配的原理,将待识别接线模式的特征表达式与事先定义的接线模式特征库逐一比对。若能成功匹配,即达到识别的目的。

综上,本文将中压配电网接线模式的特征表达式Ch定义为

Ch=(m,l,b,t)

(1)

式中: m——待识别接线模式组内电源母线数;

l——待识别接线模式组内联络开关数;

比如：浙教版八下《4.2平行四边形》。A班学习单预习题：请同学们拿出一张纸，任意画一个三角形，并且以其中一边中点为旋转中心，顺时针旋转180°（或者逆时针旋转），把旋转后的三角形也画出来。这两个三角形拼成的图形是什么？这个图形的边与角有什么关系，请你说明理由。请你说说生活中我们有哪些地方会采用这种图形的结构设计，为什么采用这种结构？

U1=2(λb1+λL+λb2)t1

ri=Ui/λi

对照式(1),可将中压配电网典型接线模式用一个特征式唯一表示,如表1所示。其中,“？”表示该处可有多个值匹配,如序号6联络数处“？”表示有多个联络开关,数值一般大于1。

据可靠资料介绍，从1951年中华人民共和国财政部印刷“军用支粮证”开始，到2000年国家粮食局印刷发行“国家粮食局军用粮票”的几十年间，由中华人民共和国财政部、粮食部、商业部、国内贸易部和国家粮食局先后十四次印刷发行过不同版面的军用粮票，现按印刷的年份记录如下：

1.2 未知接线模式识别

(3) 联络分析。出线树间的联络关系是进行接线模式识别的重要信息,对联络开关进行定位计数即可获得出线树间的联络信息。

中压配电网接线模式识别流程如图2所示。

2 基于模块化的配电网可靠性评估

2.1 典型接线模式的可靠性评估模型

中压配电网典型接线模式是复杂配电网中不可再分的最小模块单元,是配电网输送电能的基本单位。在运行、调度、故障恢复的过程中,这些模块单元作为整体向外传达其特征,如供电可靠率。模块单元本身是一个小型网络,整个中压配电网也是由相同或不同的模块单元组合而成,同时中压配电网在接线模式和设备选取等方面具有相对的独立性和一定的重复性。通过构建不同接线模块的可靠性评估模型,提取综合各模块单元中线路、设备的可靠性参数以及线路分段等参数,可以为复杂配电网的可靠性评估提供数据支持,并明显降低可靠性评估过程中的计算量,提高分析效率。

为一定程度上简化计算,假设各典型接线模型均满足下列前提条件:

(1)建模仅考虑主干线路的供电可靠性,分支线作为负荷点接入相应分段,线路供电半径记为R(km),均匀分段。

(2)故障元件考虑线路L和开关b(包括分段开关和联络开关),且设主干线每分段元件故障参数为故障率(λL,λb)和平均修复时间(rL,rb),另外开关设备操作时间分为后向故障总操作时间(包括故障定位隔离时间和上游恢复供电操作时间)t1和前向故障总操作时间(包括故障定位隔离时间和联络开关操作时间)t2。

2018年11月18日，珀莱雅推出全球首发新品“充电安瓶”——海洋安瓶光速新生精华液。基于对市场前景的考虑，得益于中国成熟的电商渠道以及年轻群体长久不衰的网购热情，安瓶成功实现了“从小众到大众化流行”的突破，成为“现象级IP”。据阿里数据统计，2017年，天猫国际安瓶精华的销售额相较2016年增长了27倍。然而，不同于其他护肤品被主流大牌牢牢掌控，安瓶在市场上表现出小众品牌与国际大牌并驾齐驱的情形。截至2018年8月底，天猫销量TOP5的安瓶产品中，国产品牌占据了4个席位。同时，根据百度指数搜索显示，消费者对安瓶的关注热度一直持续不减。这些，似乎意味着在安瓶领域，本土化妆品企业仍大有可为。

(3)因配电网规划通常满足“N-1”准则,假定典型接线模式中各线路均能提供最佳的电能转供能力,即不计联络馈线的容量约束。

综上所述，国内外学者从理论与实证两个方面对农户参保决策的影响因素进行了大量的分析研究。但大多集中在农户对农业保险的认知度和农户生产要素购买意愿的邻里效应方面，而对农户保费补贴政策的认知度、邻里效应与参保决策之关系的研究却很少。鉴于此，本文拟基于对河南省403名农户的调查问卷，从农户自身特征和外部环境出发，运用Ordered Probit模型对保费补贴政策的认知度、邻里效应与农户参保决策的关系进行实证分析，以期为河南省农业保险的发展提供理论依据和实践参考。

1.智能猪业。在养殖新技术上趋向于“智能猪业”，通过智能感知、自动控制、监控预警等技术，提升养殖生产水平，提高工作效率，降低能源与投入品消耗，可以极大推动养猪业的发展。

以架空线单辐射接线和电缆单环网接线为例,建立基于FMEA法的各典型接线方式的可靠性评估模型。

2.1.1 架空线单辐射接线模型

rj′=Uj′/λj′

计算主干线每分段的综合故障参数为

(2)

(3)

r=U/λ

(4)

式中: λ——综合故障率;

R——线路故障段数;

U——年停电时间;

r——综合修复时间。

对前向负荷点j(j<i),可由分段开关隔离故障恢复供电,则停电时间为后向故障总操作时间t1;对本段及后方负荷点j(j≥i),只能等待故障修复,则停电时间为线路综合修复时间r,则任意负荷点i的可靠性指标为

λi=nλ

(5)

Ui=λ[ir+(n-i)t1]

(6)

ri=Ui/λi

(7)

其中,i=1,2,…,n。

C4、D3、D4区域为重大风险区域. 风险超过可接受水平，很可能导致事故发生，事故将造成重大人员伤害、财产损失，必须立即实施有效的风险控制措施.

2.1.2 电缆单环网接线模型

由上表可见，大家认为合格党组织首先要学习和贯彻中央及各上级部门的各项方针、政策；其次要密切联系群众，坚持和改善党对统一战线的领导作用；然后就是要组织经常性政治教育，加强文化宣传。

通过FMEA法,当n=1时,负荷点可靠性指标为

λ1=2(λb1+λL+λb2)

(8)

b——待识别接线模式组内备用馈线数;

(9)

r1=U1/λ1

(10)

当n≥2时,负荷点可靠性指标为

(11)

(12)

t——待识别接线模式组的线路导线类型,架空线取0,电缆取1。

(13)

其中,

2.1.3 各模块单元供电可用率指标

按照相同分析方法,可以进一步建立架空线多分段适度联络、电缆“N供1备”等中压配电网典型接线的可靠性评估模型。

已知配电网系统侧可靠性指标供电可用率(Average Service Availability Index,ASAI)定义为

(14)

式中: Ui——负荷点i的年停电时间;

Ni——负荷点i连接用户数。

傅政华：重点是要创新拓展公共法律服务，组织律师、公证、仲裁等法律服务行业和法律援助、法治宣传工作积极服务民营企业。司法部已部署各地在2018年底前，组织律师为重点民营企业开展一次全面“法治体检”，将法律保护关口前移，帮助民营企业有效预防和化解法律风险。

假设在各典型接线模式下负荷沿主干线均匀分布,同时将电缆单环网、双环网、“N供1备”接线统一视为电缆环网接线。通过基于模块化分析的FMEA法,各典型接线模式的供电可用率模型如表2所示。

2.2 配电网可靠性指标分析

在实际中压配电网中,典型接线模型的分支线负荷点i(i=1,2,...,n)并非真实的负荷点,往往下级会接有多回路辐射状分支结构,分支结构回路数为N(j=1,2,...,N)。多回路辐射状分支结构接线模型如图5所示。

按照前文模块化模型定义,认为各回路元件相同,考虑出线断路器和变压器故障,在元件故障参数(故障率λb、λT,平均修复时间rb、rT,开关元件平均故障操作时间t)已知的条件下,各回路负荷点可靠性参数为

λj′=Nλb+λT

(15)

Uj′=λbrb+λTrT+(N-1)λbt

(16)

架空线单辐射接线模型如图3所示。线路分为n段,在分析过程中假设线路第i段故障。

(17)

其中,j=1,2,...,N。

再考虑上级典型接线模式主干线出线树负荷点i的可靠性参数,则各回路负荷点的综合可靠性参数为

著名学者Chanpman等提出，有效进行风险管理的第一步是对风险影响因素的准确识别。我国银行传统的风险评估体系一般集中于对企业自身的信用情况分析，评价企业客户的主要标准在于其财务状况和经营状况，对企业所处的产业背景并没有进行充分的风险评价。但事实上，企业所处的产业背景对于企业的运营情况有着决定性的影响，相对于企业自身的财务指标等因素，产业背景信息往往会超前反映企业的经营水平变化。所以，产业风险评价作为银行信贷业务风险评价工作开展应该着力把控的首道风险控制关卡，在中国商业银行信贷风险管理工作中却未能得到充分的重视，对银行风险管理工作的有效性有着十分不利的影响。

λj=λi+λj′

(18)

Uj=Ui+Uj′

(19)

rj=Uj/λj

(20)

其中,j=1,2,…,N。

各回路的元件故障参数和负荷点可靠性参数均相同。若已知各分支回路负荷点用户数为Nj(j=1,2,...,N),在计算整棵出线树系统可靠性指标时,则可将此多回路分支负荷等效为1个负荷点。负荷点i的用户数负荷点i的等效可靠性参数和为

(21)

(22)

(23)

其中,i=1,2,…,n。

对于具有联络开关的电缆单环网接线模型如图4所示。设环网单元数(负荷点数)为n,开环运行,开环点编号为x。每段线路长度为R/(n+1)(km),故障率为λL′,平均修复时间为rL,并记λL=RλL′/(n+1);断路器和环网开关参数为故障率(λb1,λb2)和平均修复时间(rb1,rb2)。

此时可计算出每个典型模块单元出线树的系统侧可靠性指标:

(24)

(25)

(26)

(27)

式中: SAIFI——系统平均停电频率;

SAIDI——系统平均停电持续时间;

CAIDI——用户平均停电持续时间。

设待评估配电网中共有m棵出线树,每棵出线树系统侧可靠性指标分别为SAIFIk、SAIDIk、CAIDIk、ASAIk,总用户数配电网用户总数为配电网系统侧可靠性指标为

(28)

(29)

(30)

(31)

综上,基于模块化的配电网可靠性评估流程如图6所示。

3 算例分析

以某地区中压配电网为例,对所提接线模式识别方法和可靠性评估算法进行仿真分析。中压配电网算例系统接线图如图7所示。算例系统包括126条线路、4条电源母线、90个负荷点、90个熔断器、90个配电变压器、44个断路器以及7个联络开关。其中,熔断器100%可靠熔断;架空线路故障率为0.03次/(a·km),修复时间3.0 h;电缆线路故障率为0.01次/(a·km),修复时间5.0 h;断路器故障率为0.025次/a,修复时间2.5 h;配电变压器故障率为0.035次/a,修复时间4.0 h。故障发生后,开关后向总操作时间t1=1.3 h,前向总操作时间t2=1.5 h。

3.1 接线模式识别结果

对图7中的算例系统进行简单的拓扑分析,在区分节点类型、负荷点用户数、线路类型的条件下,得到算例系统网络拓扑图,如图8所示。其中,包含34个节点和36条支路。

将图8算例系统的节点、支路、元件故障参数作为MATLAB程序的输入,通过编程实现算例网络接线模式的拆分与识别。接线模式识别结果如表3所示。

接线模式识别将复杂配电网络划分成8棵独立的接线树,有助于后续进行基于接线方式模块化的可靠性评估。

3.2 基于模块化理论的可靠性评估

在对算例网络完成接线模式识别的基础上,以接线模式出线树为基本模块单元进行负荷点可靠性指标计算。进一步可以计算出各接线树系统侧可靠性指标,以及算例系统全网络可靠性指标,MATLAB程序运行总用时为0.0749 s。各接线树及全网络系统侧可靠性指标如表4所示。

为验证所提出方法的适用性,进一步计算网络节点数为20、50、108、300的4个算例系统的可靠性指标。同时,利用基于传统FMEA法的MATLAB程序对上述算例网络进行可靠性评估,并记录计算用时。5个算例系统基于模块化FMEA法和传统FMEA法的可靠性评估指标对比如图9所示。两种算法程序运行时间对比如图10所示。图10中Er(%)代表两种算法运行时间的相对误差。

由图9可见,模块化FMEA法与传统FMEA法程序的计算结果存在一定偏差。这与两种算法的计算原理不同有关。传统FMEA法基于元件故障列故障模式后果分析表,虽然繁琐但结果精确;模块化FMEA法基于接线方式模块进行计算,在前期由元件到模块这一过程中做了一定程度的假设简化,从而使计算结果略有偏差。但是,选取的各项可靠性指标相对差值都不大(几乎均在5%以内),其中ASAI指标绝对误差在0.001%以内。根据《中压配电网典型供电模式技术规范》,A+、A、B、C、D类供电区域最低供电可靠性分别为99.999%、99.990%、99.965%、99.897%和99.828%,最小分度值为0.001%,因此两种可靠性分析方法之间的误差在工程应用中可以忽略不计。

由图10可见,模块化FMEA法相比传统FMEA法在计算速度上具有明显优势。这与两种算法的计算原理不同有关。传统FMEA法基于元件进行可靠性计算,而模块化算法基于接线模块进行可靠性计算,大大减少了计算量,因而提高了计算速度。同时随着网络规模的逐渐增大,两种算法的计算时间均会增加,同时两者运算时间相对差值也随之增大,即模块化FMEA法相对传统FMEA法在计算速度上的提升更为显著。对于实际配电网络,每个区域的节点个数多达数十万个,可靠性评估用时也随着节点个数的增加呈指数形式上升,达到小时级别。基于接线方式模块化思路的配电网可靠性评估算法,在满足可靠性评估结果精确度要求的前提下,在计算速度方面优势明显,提高了配电网可靠性分析效率,具有较强的实用性。

4 结 语

本文提出了一种基于接线方式模块化的中压配电网可靠性评估方法。该方法在定义与比对特征表达式的基础上,完成配电网接线模式识别,并以接线模式为基本模块单元,构建基于FMEA法的可靠性评估模型,逐层向上等值计算出配电网可靠性指标。该算法结合了模块化、FMEA法的层级结构优点,操作性强、分析效率高,适用于对大规模复杂中压配电网进行可靠性分析。通过算例分析,验证了该方法的可用性和优越性。

本文评估方法暂时没有考虑分布式能源的接入,同时在未知模式识别方面需要结合人工智能与深度学习进一步完善。以上问题将是下一阶段的研究重点。

【参 考 文 献】

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