配电系统可靠性指标分析与优化

配电可靠性指标是根据对配电系统负荷、设备或用户的可靠性数据的统计结果，对配电系统可靠性进行定量评估的尺度。最广泛应用的可靠性指标通常是在对整个系统中所有用户均采用相同的权，然后进行平均的结果，这意味着在进行可靠性评估时，小的居民用户和大的工业企业用户应当是同等重要的。其中比较典型的与用户有关，而又为我国电力系统广泛认可的可靠性指标如下^[4，6，7]：

系统平均停电频率指标（System Average Interruption Frequency Index，SAIFI），是指配电系统中全部用户在一年中停电的平均次数，单位为次/（用户·年）：

式中，λ_i为负荷点i的故障率；N_i为负荷点i的用户数。

用户平均停电频率指标（Customer Average Interruption Frequency Index，CAIFI），是指配电系统中经受停电的用户数在一年中停电的平均次数，单位为次/（停电用户·年）：

式中，M_i为负荷点i经受一次或一次以上停电影响的用户数，也就是说，受影响的用户不论一年停电的次数有多少，每户均只按一次计算。

系统平均停电持续时间指标（System Average Interruption Duration Index，SAIDI），是指配电系统的全部用户在一年中经受停电的平均持续时间，单位为h（或min）/（用户·年）：

式中，U_i为年停电时间。

用户平均停电持续时间指标（Customer Average Interruption Duration Index，CAIDI），是指配电系统中经受停电的用户在一年中停电的平均持续时间，单位为h/（停电用户·年）

对于CAIDI指标的讨论与CAIFI有相同的问题，两者均可以通过增加经受一次停电的用户数来使指标得到改善。

平均供电可用率指标（Average Service Availability Index，ASAI），是指配电系统在一年中用户连续供电总小时数与用户要求供电总小时数之比，它用概率表示。式（2-5）中，8760为一年中用户要求连续供电的小时数。因此ASAI为0.998，表示一年中连续供电时间为8742.48h。

平均供电不可用率指标（Average Service Unavailability Index，ASUI），是指配电系统在一年中用户停电总小时数与用户要求供电总小时数（8760）之比，同样用概率表示。例如，ASUI为0.001，表示一年中用户停电总小时数为8.76h。

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系统停电所带来的经济损失可能是巨大的。一次停电可能给单个制造商就带来1万～1百万美元的损失。对于银行、数据中心、客户服务中心，单次停电的损失与之相近，或更高。问题是这些企业中大量应用的电能质量敏感设备，如计算机、数字处理设备，对于除了电力公司可靠性统计数据中停电之外的其他电能质量问题同样非常敏感。持续时间在100ms之内的瞬间停电或电压跌落对于此类企业的影响和持续数分钟的停电相似。所以停电时间小于数分钟的瞬间停电，近年来同样被看做是可靠性问题。

近年来，在电能质量的问题的研究和一系列相应标准，如IEEE 1159中，通常将单相或多相剩余电压＜0.1pu，即称电压完全损失，也即看做是停电，并且进一步根据停电时间的不同将停电分为三类^[1]，即

瞬间停电（momentary interruption）——持续时间小于3s的电压完全损失；

暂时停电（temporary interruption）——持续时间在3s～1min之间电压完全损失；

持续停电（sustained interruption）——持续时间超过1min（我国电力系统考虑到重合闸的动作时间，定为3min）的电压完全损失。

随着电能质量敏感设备的大量应用，此类设备对短时间扰动包括停电和电压跌落的响应，使得需要引入与瞬间停电有关的指标。两个此类指标已被新版的IEEE可靠性指标引入^[6]，其中一个基于瞬时停电的频率，也即断路器动作的次数；另一个则描述瞬时故障的次数，而不管断路器在一次故障中动作几次。

平均瞬间停电频率指标（次/年）：

对于电力公司而言，上述指标可以很容易地由断路器和重合闸的次数计算。另一个用户更容易接受的指标，停电故障指在5min内断路器或重合闸动作不论多少次均算一次。

平均瞬间停电故障频率指标（次/年）：

参考文献[6]给出的图2-5所示的一个算例加以说明。假定某电力公司为2000个用户提供电能，由于系统故障，其中750个用户经历了瞬时停电，250个用户经历了持续停电，而1000个用户没有受到影响。由于瞬时故障时重合闸动作，相当于动作两次。

图2-5 瞬时和持续停电的算例