随着经济社会快速发展,现代生产生活对电力的依赖程度日益加深,对供电可靠性提出了更高要求。配电系统作为电力系统中直接面向用户的末端环节,其供电能力与稳定性直接决定了用户的用电体验。据统计,超过80%的停电事故由配电系统故障引起。与此同时,配电系统正经历深刻变革:一方面,风电、光伏等分布式电源规模化接入,柔性互联设备(如软常开点SOPs)快速发展,配电网架构日趋复杂;另一方面,智能电网技术的发展使配电网逐渐演化为信息流与能量流深度耦合的信息物理融合系统(CPS),开关设备智能化水平不断提升。传统配电网可靠性分析方法着重分析物理系统,未充分考虑分布式电源接入带来的不确定性以及信息系统对物理系统故障处理的影响,难以满足新型配电系统规划、运行与可靠性管理的实际需求。在此背景下,亟需研发一套适应新型配电系统特点的可靠性分析方法和系统,为配电网的规划设计、运行维护和可靠性提升提供科学支撑。
本项目面临的主要技术难题包括以下几个方面:其一,高比例分布式电源和多样化负荷接入导致系统不确定性显著增加,传统基于确定性模型的可靠性评估方法在评估含可再生能源和可调节负荷的配电系统时精度不足;其二,配电网已发展为信息物理深度融合系统,信息系统的连通性、时延和可靠性等因素对物理系统故障处理过程产生显著影响,现有方法缺乏对信息系统影响的系统化建模与量化评估;其三,复杂配电网的可靠性评估依赖多层迭代搜索,计算效率低下,尤其在大规模系统中耗时巨大;其四,电力电子器件的大量接入加剧了故障演化的不确定性,传统评估方法难以表征电力电子器件的退化失效行为;其五,实际运行中设备台账、SCADA记录、GIS布局等数据常常不一致或不完整,数据层面的碎片化严重制约了可靠性分析的准确性和实时性。上述难题相互交织,构成了制约配电系统可靠性分析技术发展的核心瓶颈。
项目团队在配电系统可靠性分析领域已具备较为扎实的研究基础。在理论研究方面,团队已系统掌握了配电系统可靠性理论体系,包括元件可靠性建模、系统可靠性指标(如系统平均停电频率SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、缺供电量ENS等)的计算方法;在算法储备方面,团队已开展了解析法(如故障影响关联矩阵法、代数模型法)、模拟法(如蒙特卡罗模拟)以及人工智能算法等多种可靠性评估方法的研究;在系统开发方面,团队已在配电系统可靠性理论、图论及面向对象编程技术基础上,开展过中压配电网供电可靠性定量评估系统的开发工作;在数据基础方面,团队已积累了一定规模的配电网历史运行数据、设备台账数据和气象数据,并初步建立了营配数据贯通的技术方案。这些前期成果为本项目的顺利实施提供了理论支撑、技术储备和数据保障。
本项目旨在攻克新型配电系统可靠性分析的关键核心技术,研制一套具备高精度、高效率、强适应性的配电系统可靠性分析系统。具体攻关目标包括:在理论方法层面,建立计及分布式电源出力不确定性、可调节负荷响应特性及信息系统影响的多因素耦合可靠性评估模型,突破传统方法在含高比例可再生能源配电系统中精度不足的局限;在计算效率层面,研发基于解析与智能混合驱动的快速可靠性评估算法,将大规模复杂配电网的可靠性分析计算时间大幅压缩;在系统功能层面,开发集可靠性指标计算、薄弱环节识别、风险预警及辅助决策于一体的综合分析平台,实现从数据采集、模型构建到分析输出的全流程自动化;在应用成效层面,通过系统应用有效识别配电网薄弱环节,为网架优化、设备运维和故障预防提供精准决策依据,切实提升配电网供电可靠性水平。
本项目预期形成以下成果:一是理论成果,形成一套面向新型配电系统的多因素耦合可靠性评估理论方法与指标体系,发表高水平学术论文若干篇;二是技术成果,突破分布式电源不确定性建模、信息物理系统耦合影响量化、快速可靠性评估算法等关键技术,申请发明专利若干项;三是软件成果,开发一套配电系统可靠性分析软件系统,具备数据管理、可靠性指标计算、薄弱环节识别、风险预警、方案模拟等核心功能模块,形成具有自主知识产权的软件著作权;四是应用成果,在典型区域配电网开展示范应用,验证系统的准确性和实用性,形成技术报告和应用指南,为成果的规模化推广奠定基础。