1.1 研究的目的和意义
当前，配电网在高速发展，在微电网大量并网和配电网作用提升的情况下，配电网的建设越来越受到人们的关注，尤其是在可靠性和经济性方面，已成为研究者的热门话题。配电终端的配置对可靠性和经济性有直接的影响，开展对配电网可靠性和配电终端配置的研究具有重要意义。 现如今，随着科技的发展，工业的进步，城市人口的迅速增加以及市场经济的推动，配电网可靠性问题极其受到重视。由于电力系统频繁发生永久性扰动，解决这些问题需要大规模的人力。针对这一突出问题，为了得到一个有效的解决措施，对配电网实现配电自动化是至关重要的。在尚未实现自动化的配电网中，每次电网出现故障时，必须耗费较多的时间来排除并隔离故障，而当处于一些特殊情况下，如网络规模较大或交通不便等限制，整个过程花费的时间甚至可能达到好几个小时。然而，对于当前的某些重要单位来说，仅仅几秒钟的停电时间就有可能对整个国民经济造成极大的损失。 增强配电网的电力供应的可靠性，仅仅使用传统维修、操作和保护方法不太现实。因此，当前逐渐普及配电网的数据采集系统，以及推广能实现遥测遥控命令并能迅速动作的配电自动化开关，其对配电网的作用是不可忽略的，甚至能显著改善配电网的性能。SCADA（数据采集与监视控制）系统的正常运行要求控制中心和 RTU（Remote Terminal Unit）终端之间通信线路正常运行。因此，通过控制中心发送命令，几秒钟之内就有可能实现远程操作，被隔离出的非故障部分能够恢复供电。整个停电持续时间也大大减少。因此，合理地确定配电自动化终端的安装位置，并根据实际的财政预算来确定它们的最优数量是很有必要的。
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1.2 国内外研究现状
近年来，配电网在飞速发展，各国都在大力发展配电网。然而配电网在发展早期，并未引起人们的高度重视。因为与发输电相比，后者轻微的异常都有可能造成严重的后果，所以长期以来，人们的研究内容和资金流向基本上都分配给了发输电。配电网由于重视度不够和资金投入不足，致使对其的研究也长期相对滞后。 国外在配电网可靠性评估方面的研究起步相对靠前，一些发达国家在配电网建设及研究上投资较多，因而对配电网研究相对成熟。 国内，在电网的发展的初期，配电网未引起足够的重视，人们重点关注的是发输电。配电网由于长期的资金投入不足，对其的建设、研究相对迟缓。然而，近年来，国家开始高度重视配电网的建设，加大了在配电网方面的投资，国内学者、专家对配电网的研究进入一个新的高度，在配电网可靠性评估领域的研究也日臻趋于成熟。 当前电力改革正在进行，电力管制放宽，配电网的发展和研究水平在逐步提高，其逐步在进入“无人区”，其前景无既定的完善模式可以直接参考。工商业和居民以及潜在的客户对供电质量的期望提高，并且他们的期望也包含增值服务。在欧美等国家，在电力市场环境下，电力公司众多，如果电力公司意识不到客户的期望以及期望的发展，那么客户可能会向别的电力公司投怀送抱。因此，电力公司的主要困难是既要满足用户对供电质量的要求，又要考虑其经济性，即考虑其投资与收益。因此，对于一个区域配电网而言，考虑到其用户的需求期望，并考虑配电网实际的网络结构和设备自动化状况，其存在够使综合成本到达最低的最优可靠性参考值。 解析法和模拟法是配电网可靠性评估常用的方法。模拟法[1-3]是进行抽样和统计，从而获得“状态选取”和可靠性数据。此计算需要模拟数量巨大的“运行方式”，计算比较费时。因此，解析法在工程上得到了广泛应用。传统解析法是故障模式影响分析(failure-mode-effect-analysis，FMEA)法[4-9]，然而 FMEA 法计算量大、速度慢，为此，国内外学者在 FMEA 法的框架内，进行了一些创新，以改善其计算量和计算速度。 在配电终端的优化方法上，前人曾采用遗传算法、动态规划、模拟退火方法，为配电终端的优化提供了新的方法和思路，但由于配电终端优化需要考虑复杂的约束条件，且其计算过程是非线性的，优化计算过程较复杂。
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2 故障率与可靠性
2.1 故障率
实际情况下，对于每台设备，如果一直工作最终都会出现故障，通常，用故障率来描述这种现象。 故障率一般指元件在设定时间段内的不正常工作的次数。故障率是一种统计概率——在现实情况下某时段内的故障发生次数与故障率并不是完全相同的。例如一台数控车床的故障率为 24 次/年，现实中，一般不会是每月发生一次故障。如同样的元件运行数目较多时，故障率也可以这样统计，即取一定数量的元件 M，在规定的时间内，统计故障元件的个数 N，故障率即为 N/M；而如果是单个设备或元件运行，在计算故障率时，要考虑元件所有的工作时间，而非现实中的工作时间。故障率函数的形状大致是图 2.1 所示浴盆型。在曲线初始阶段，故障率迅速下降。此为设备运行的初期，在此阶段，由于设备尚处于磨合期，可能因设计、加工、安装等缺陷，设备不正常工作的几率较高，在设备持续运转过程中，各种缺陷一一暴露出来，设备的故障率随之下降，直至下降到一个相对平稳的状态。在曲线的中间阶段，即曲线的底部，是工程中通常运用的故障率模型，这一阶段为元件的有效寿命期。此阶段，设备发生故障是一种偶然现象，且其什么时间发生故障是不确定的；然而此阶段，设备的故障率趋于恒定，即虽然设备出现故障存在一定的随机性，是如果取相对较长的时间，故障出现的数目趋于一个恒定值。在曲线的最后阶段，即设备寿命周期的后期，由于设备的老化、磨损等，设备的故障率增加较快，并迅速上升到一个较高的水平，此阶段也即是设备报废阶段。
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2.2 可靠性
可靠性既可以运用于单台设备，也可以运用于一个系统中，当运用于后者时，可靠性等于在某时刻剩余的完好的设备数与最初全部设备的比值。 假设设备的总数为 N0，且这些设备都在运行，第一定律理论：假设设备故障率为恒定值，由于设备会发生故障，则完好设备数是在下降的，因此，设备的故障数在同样的时间段内是逐渐降低的；而可靠性被定义为剩余的完好的设备数与总设备数的比值，那么可靠性的减小速度是逐渐变慢的。 现实中，许多半导体元件呈现为恒定失效率现象。恒定失效率模型的出现的时间一般是在早期失效阶段（通常为 12 个月）之后。通常设备生产厂家对元件进行老化方面的检查，使元件运行于比正常条件稍恶劣的环境下，去除存在缺陷的元件，剩余的元件即表现出恒定的失效率。
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3 配电网可靠性评估 ...... 11
3.1 配电网可靠性评估 ..... 11
3.2 配电网可靠性指标 ..... 12
3.2.1 配电网可靠性指标 ........... 12
3.3.2 可靠性指标差异与影响因素 ...... 13
3.3 配电网可靠性参数 ..... 15
3.4 配电网可靠性计算方法 ....... 22
3.4.1 故障模式后果分析法模型 .......... 22
3.4.2 故障模式后果分析法计算 .......... 24
3.5 配电网可靠性成本 ..... 29
3.5.1 客户中断成本模型 ........... 29
3.5.2 可靠性总成本 ......... 30
3.6 本章小结 ........... 32
4 考虑故障率曲线的配电终端优化配置 .... 33
4.1 配电终端优化 ............. 33
4.2 配电终端优化模型 ..... 33
4.3 配电终端和通信方案配置方式 ..... 39
4.4 定性分析与定量计算相结合的配电终端优化配置 ............. 40
4.5 本章小结 ........... 43
5 算例分析 ............ 44
5 算例分析
图 5.1 为某区 A 类供电区域配电网网架结构，各支路参数如表 5.1 所示，采用以上所提到的方法，采用 MATLAB 编程计算。根据 3.3 节步骤三、步骤四，按不同目标规划年 ASAIgi所在区间，确定配电终端配置方案所在区间;再对配电终端配置方案进行微调，最终得配电终端配置方案，结果如表 5.6 所示。在 2017 年，重要开关三遥；在 2025 年，重要开关三遥，且 CB2 CB3 三遥；在 2030 年，重要开关三遥且 CB2 CB3 CB4 三遥。 对配电终端配置方案进行可靠性验证。在开关使用年限内，对各配置方案下可靠性的最低值进行验证，如表 5.7 所示，其中，对比 2017、2025、2030 年的指标的实际值与要求值。经过案例，从表 5.7 可以看出，各配置策略可靠性均满足要求。 该电网不同时期的配电终端优化策略如下：2017 年，其重要位置安装“三遥”终端，其余位置则全部安装“二遥”终端；2025 年，增加 CB2、CB3 配置“三遥”终端；2030 年后，增加 CB4 配置“三遥”终端。 该方法在初始年采用相对较低的配置，在可靠性标准要求逐步提高时，逐步增加“三遥”终端的配置，既达到经济性上最优
