现代配电网健康指数理论及其应用研究

作者:马钊;周莉梅;袁海文;施慎行;刘颖异;尚宇炜;盛万兴;苏剑; 刊名:中国电机工程学报 上传者:严艳华

【摘要】针对现有电网健康指数研究重点关注单体价值较高的高压设备,而相对粗放地定性评估量大面广的配电设备,研究对象尚未从设备扩展至网络,研究方法欠缺深入地理论研究和信息规律挖掘等现状,该文系统地探讨了配电网健康指数理论的研究及应用情况。首先概述设备健康指数的概念和研究现状,提出配电网健康指数的定义、等级划分、计算方法与模型;其次以南京和北京某试点区域的110kV变电站作为网络研究对象,计算了它们的健康指数并分析了自然因素对架空线路健康状态的影响,验证了健康指数计算模型的合理性和有效性;然后提出了配电网健康指数的应用场景;最后,总结了未来配电资产管理的发展趋势以及配电网健康指数理论及工程实现体系深化研究对未来配电资产管理的重要意义。

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素对架空线路健康状态的影响,验证了健康指数计算模型的合理性和有效性;然后提出了配电网健康指数的应用场景;最后,总结了未来配电资产管理的发展趋势以及配电网健康指数理论及工程实现体系深化研究对未来配电资产管理的重要意义。0引言配电网直接面向终端用户,综合承接分布式电源、电动汽车等间歇性主动式负荷,是实现智能电网的关键一环。但是配电网运行工况复杂,设备水平参差不齐,网络复杂多变,超过85%的故障停电发生在配网侧[1],造成的损失巨大。因此,全面系统掌握现有配电设备和网络的健康状况,不仅是配电网日常运维管理、提升效率效益的需要,还是智能配电网建设的出发点,也是所有现代配电技术研究和应用(能源互联网、大数据、云计算、物联网)的基石。20世纪80年代英国电力行业私有化之后,如何降低电网运行费用并提高设备运行可靠性,如何合理确定电力设备的检修周期并降低检修费用成为电力企业关注的焦点问题。基于当时的人体健康指数研究,鉴于电网设备运行状况与人体健康的类似之处,英国率先提出了电力设备健康指数的概念[2]。其研究的主要目的是为大量超期服役的设备,如变压器、开关、充油电缆等制定更换计划。电力设备健康指数概念随后逐步发展为一种理念并应用于供电可靠性、资产管理等多个领域[3-4]。随后国内也引入了健康指数的概念,开展了配电资产管理的相关研究,但大多局限于高压变压器,针对中压设备的健康诊断尚未开展系统地研究[5-7]。总之,目前配电网健康指数研究还没有系统的理论,缺乏必要的工具,尚未从设备扩展至网络,计算模型和评价指标比较简单,常数和边界约束条件多取决于经验,侧重于自身故障模型,尚未研发支持配电网健康指数理论的数据平台;同时面临知识断层危机,亟需开展相关研究,特别是如何将物理资产和实际经验、理论知识等“知识资产”的管理与传承结合起来,统筹管理。量大面广的配电设备个体重要性和价值相对较低,电网目前采用的单体设备健康评价的思路和方法有待改进[8]。同时,配电网是实时动态系统,健康受外界环境和自身需求不断变化影响,单个设备的健康也离不开系统的健康状态。因此,如何研究量大面广的配电设备和复杂多变的实时动态配电网络的健康指数是现代电网发展提出的新问题[9-10],也是世界性难题。为解决上述难题,高效规划设计、运行维护不断增加的庞大资产设备,中国电力科学研究院开展了国家电网公司专项项目《现代配电网健康指数理论与工程实现体系研究及示范应用》。该项目针对国内配电网特点,从基础理论、应用方法、数据平台和示范应用4个方面取得了一系列成果,为科学化、精益化、系统化的现代配电网资产管理提供了先进技术手段和实用工具。本文对项目的研究成果进行了系统梳理和深入分析,探讨了配电网健康指数研究的问题,提出了配电网健康指数的定义、等级划分标准、计算方法与模型,并进行实际案例验证;然后从配电网规划、检修,以及有形资产和知识资产的管理与传承方面讨论了配电网健康指数的应用场景;最后指出了未来配电资产管理的发展趋势以及深化研究配电网健康指数理论及工程实现体系的方向。1配电网健康指数理论研究1.1配电网健康指数定义健康指数是对健康状态的量化,是衡量和表征被研究对象健康状态的一个数值,可基于对象的关键特征量经过复杂的逻辑和数学运算获得。健康指数具有逻辑性强、时间上连续的特点,可用于判定被研究对象是否需要维修或更换等干预措施[12]。对设备来说,健康指数可以量化表征单个或群体设备的健康状态或性能退化情况;对网络来说,健康指数可以综合全面地表征网络状态。但是配电网是一个实时平衡、离散和连续量相结合的复杂动态系统,单一维度难以描

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