风险评估和资产管理是配电企业进行各项业务的基本指导原则。文章针对CIRED-S5分会涉及风险评估和资产管理方面的论文进行归纳总结，从风险评估、可靠性评估、资产管理和维护策略3个方面进行了详细阐述，最后对风险评估和资产管理过程中涉及的概率性分析方法做出展望。0引言
配电企业具有设备密集、资金密集和人才密集的特点，保障配电网的安全可靠运行是配电企业最重要的工作之一。作为CIRED-S5分会的传统主题，风险评估和资产管理已经成为世界各地配电公司进行各项业务的基本指导原则。配电公司所做出的一系列投资决策，需能够恰到好处地平衡成本和性能之间的关系，以便提高资产管理水平。配电公司在决策过程中，需充分考虑风险这一非常关键的因素，即需要逐渐增强风险管控意识。
当前，配电系统中有关风险的工作主要集中在供电可靠性方面，这是因为可靠性不仅作为衡量配电系统水平的一个重要特性，同时也是很多国家管理部门重点关注的工作之一。然而，配电公司同时也面临着决策过程相关的其他类型的风险，如安全、环境以及公司的声誉等无形的风险。这些类型的风险在配电公司进行决策时同样重要。
本文为本系列专题的开篇，包括4个部分：①风险评估：提出与配电业务运行有关的主要风险，并给出相应的风险收集、排序及评估的方法；②可靠性评估：研究相应的通用标准或特定的解决方案，以便提高或维持供电可靠性；③资产管理维护策略：提出各种评估的方法，以便评估设备老化、现有资产维护、更新策略以及投资优化等事项；④对评估电网性能的概率性风险分析方法进行了展望。
1风险评估
经验表明，电网性能与其应对小概率突发严重故障的能力有关。因此，为减少发生风险的可能性，对有效的措施进行评估至关重要，这就需要定义在不同程度上影响电网性能的故障集合。
风险与未来可能的事件及发生的后果有关，在很多决策过程中风险分析至关重要。这是因为通过评估风险，往往可以准确洞察未来可能发生的事件，从而做出最优的决策。对某一特定过程或是活动的风险评估，需考虑以下3个问题：
1会发生什么故障？
一个或多个不愿发生的事故
2故障发生的几率有多大？
需要确定事故发生的概率
3如果发生故障，会产生什么样的后果？
讨论事故发生的潜在后果（后果可以是多维度的，如经济、名誉和安全）。
文献［1］提出了一种计算MV/LV配变站故障风险水平的方法，该方法是将风险分配给一组预先确定的由实地考察MV/LV配变站得到的检查点，在MV/LV电压等级的应用是一种创新。该方法采用两种经济参数进行风险评估，如停电损失费用和其他（如社会成本）。最后，该方法在挪威配电公司的信息维护系统中得到了验证，能够处理大量的观测数据并能够为决策者提供交互信息。
资产管理涉及投资决策，即需要找到成本、性能和风险之间的平衡点。对于配电系统运营商（distributionsystemoperator，DSO）来说，概率性风险分析还是相对较新的概念，也没有得到广泛的应用和实施。DSO关心的主要问题是对用户供电的可靠性，问题的实质主要是基于对历史数据的分析进行资产管理决策。由于预测性的评估可以预示未来可能发生的事件，从而能够采取一定的预防措施。因此，预测性评估可对基于风险的资产管理提供有价值的信息，并且可形成处理实物资产决策过程的指导原则。
文献［2］描述了一种在中压配电网络中基于蒙特卡洛模拟（MonteCarloSimulation，MCS）进行风险评估的以概率密度函数形式提供结果的方法。该方法在评估过程中使用了故障率预测的概念，而不是传统的故障率历史数据分析方法。图1为蒙特卡洛模拟算法原理流程图。该方法被应用在了丹麦部分10kV中压网络中，用来预测用户停电故障并为风险决策提供支撑。
图1蒙特卡洛模拟算法原理流程图
随着对能源安全和气候变化越来越多的关注，可再生能源技术得到广泛应用。然而，对于具有高占比的间歇性可再生能源发电（如光伏和风力发电）的电力系统，保持良好的控制和运行是很困难的。这是因为，可再生能源的间歇性降低了电力系统的可靠性，而储能技术的引入则能够有效地增强系统的可靠性。
在文献［3］中，即提出了一种储能系统与可再生能源组合的可靠性评估方法。文献［3］同时提出了多个储能系统的电力调度规则，这样能够延长储能系统的持续时间，便于产生充放电阶段所需的电能。这种方法可用于对接入可再生能源的电力网络进行评估。
2可靠性评估
可靠性评估与配电业务中的特定风险关联度极高。由于可靠性是电网规划和发展的主要驱动力之一，因此恰当地评估影响可靠性的危险程度级别以及监测危险程度的演化过程（特别是系统的动态特性快速变化时）是非常重要的。
可靠性评估的工作已经成为电力公司进行网络规划中的关键部分，因此，为了合理地评估新项目的可行性，对设备故障率和网络拓扑结构进行精确建模至关重要。另外，也要考虑天气因素对电网规划有直接或间接的影响。
文献［4］利用3层可靠性技术对赫尔辛基（芬兰首都）城市地区的一条实际典型放射状中压备用馈线进行了可靠性评估。图2为配电网络3层可靠性技术原理图，该图分别对3个关键区域（即层）进行了可靠性评估并得到部分可靠性指标，从而能够全面地评估网状网络中不同区域的可靠性。该技术之前是专门为高压配电网络分析而开发的，在这里应用到了中压配电网络的拓扑和保护。结果表明，引入网络自动化能够显著提升供电可靠性，同时减少停电成本。从可靠性的角度而言，热电联产的加入不会给测试网络带来显著效益。
图2配电网络3层可靠性技术原理图
DSOs主要提出了2种提高供电可靠性的方法：第一种，是安装若干网络自动化设备，然后检查供电可靠性的变化；第二种，是在配电网络上通过对网络自动化设备的模拟进行可靠性计算，然后再安装适当的设备。显然，第一种选择可能会导致不经济的结果，而第二种在实际安装自动化设备前就可以对安装的经济性进行评估。在此框架下，文献［5］提出一种评估可靠性指标系统平均停电时间ASIDI的新方法。该指标考虑了安装在电网中的自动化设备等新技术的影响，并在图3给出了运用到实际配电网计算中的ASIDI指标的结果。该方法的关键是，考虑了电路跳闸后的在供电恢复过程中不同的步骤和时间间隔，而以上这一切的实现也得益于自动化技术。该方法现在已应用到不同自动化水平的实际配电网络中。
图3应用于实际配电网计算得到的ASIDI指标
供电可靠性对DSO来说具有重要的商业价值，其中资产、电网拓扑和变电站配置的标准化是提高供电可靠性的重要措施。在更换老化开关设备的过程中，DSO可以重新评估他们目前变电站配置的设计方式，并同时探讨是否可能在配电网中集成配电自动化功能。
文献［6］描述了HV/MV网络结构、MV馈线拓扑结构和MV开关自动化配置水平对配电网络可靠性的影响。该研究应用于Gorinchem的HV/MV变电站和MV网络，图4为最优的HV/MV和MV馈线配置。研究结果表明，单母线布局比更复杂的双母线布局更为可靠，并且遥控开关的应用对整体的SAIDI有积极影响。至于自动化技术的作用而言，通过对常开点采用自动化技术可以在很大程度上减小SAIDI，在馈线中间采用自动化开关可以进一步减小SAIDI。尽管提高开关的自动化程度会导致成本的增加，但是同样会在很大程度上减小SAIDI。
图4实际网络分析后优化的HV/MV变电站和中压馈线配置
随着通信装置、传感器、智能电表、自动化设备、电力电子设备和控制系统等一系列新型元件引入电力系统，确认这些元件对系统及系统可靠性的影响至关重要。
文献［7］提出一种可靠性评估方法，即基于逻辑结构矩阵计算自动化技术和保护设备对可靠性的影响。该方法通过逻辑结构矩阵的组成元素提供了不同的可靠性指标。通过应用于一个简单实例和不同情形下巴西的一个实际中压网络，根据所提供的不同的自动化设备，列出了可靠性指标的改进程度，证明了每个设备所带来的益处。
电力系统的主要目的是将电力从发电端传送至用户端。安全性和充裕性是电力系统可靠性两个重要的要求。由于用户经历的故障大部分由配电网引起，提高配电侧的安全性对整个网络都有好处。故障可能单独发生，但是多个故障也可能在网络中的很多地方同时发生，而正是这些同时发生的故障可能极大地影响网络的安全性，并直接降低其可靠性。
文献［8］利用蒙特卡洛算法研究了某配电网中同时性故障的建模方法，该方法可以评估不同情况下修复时间对可靠性的影响，也可以模拟各种解决方案以提高网络的可靠性。对蒙特卡洛算法采用了一个农村电力公司配电网的架空馈线进行模拟计算，并基于此算法开发了可靠性计算程序，并基于故障的数量以及同时性故障情况，该仿真模型可用于维护工作量和维护人力需求的计算。该算法也可以用于计算辐射状或具有辐射状馈线的网状结构网络的可靠性指标。
文献［9］提出了一种工具用来评估为了实现某一特定时间段内配电网络供电水平的提升而采取的投资策略和投资数量。该工具全面地分析了其中的最佳措施，并运用多项式函数将每一措施对质量指标的影响和相应所需费用进行关联。通过求解费用最优化问题，确定如何选择不同的投资策略以及投资数量。图5给出了每一投资措施质量指标的提升与相应的费用的曲线关系。
3资产管理和维护策略
资产管理可视作一个解析性的问题，也可以根据系统的运行经验来考虑。本部分共发表了4篇论文，提出了各种方法，用于评估老化设备、现有资产的维护及更新策略以及投资优化过程等事项。
资产管理依赖一个有效的框架，包括：愿景、确定可实现的目标以及长期战略，以便保证资产的可持续改善。只有如此，实现适当的资产管理才意味着实现资产的可持续管理。文献［10］描述了一个支持可持续维护策略的综合程序包，考虑了资源、用户需求、应用以及相关的约束条件。作者关注可定制化的服务计划，以便能够避免因不可预期的故障所造成的停电以及能够在提升用户设备和业务流程的可持续性时增强人身的安全。
图5每一投资措施质量指标的提升与相应的费用
作为资产密集型企业，电力公司拥有大量昂贵的资产。为了保持供电的可靠性，需要维护大量的基础设施如地下电缆、变压器和开关设备等。任何元件发生故障（如由于老化）都可能造成停电事故，从而使SAIDI指标过高而造成经济损失。文献［11］计算若干配电变压器的故障率，考虑了如下变量：变压器负荷、油温、环境温度和故障率。结果表明，可以形成一种虚拟测试方法，以便在合理的精确度内来优化状态检修过程。图6给出了文中所提出模型的方法概要。
图6文献［11］中提出模型的方法概述
在荷兰大量使用的10kV纸绝缘铅封电缆已经超过它们的设计年限。然而，文献［12］的统计寿命数据分析证明它们还有几十年的使用寿命，文中分析了对于超过设计使用寿命的电缆运用寿命延长策略的可能性。通过数据分析可确定电缆故障率，该故障率可表示为电缆寿命和将来预测值的函数。结果表明，电缆仍有几十年的使用寿命，因为电缆的故障频率在2050年不会超过100次/年。
文献［13］提出一种预测未来故障的方法，该方法通过蒙特卡罗模拟得到元件寿命分布和故障率的输入数据。与许多目前使用的方法不同，文中提出的方法能同时处理多个属性和假设，这使得预测故障的任务变得复杂。例如，元件允许被分为不同的类型，并可分别定义与时间相关的故障率；对每个单独模型，可以包含多个不同故障率的组合，而且故障率分布可以是几乎任何形状。此外，引入一种故障率波动的测量方法，并用来模拟故障率估计中的不确定性。该方法处理投资和再投资的情况以及不同的故障恢复模式，比如用不同类型的新元件更换故障元件。为了实现这一方法，本文开发并展示了一个独立的软件工具。在本文的案例研究中，证明该方法和工具在采用再投资策略更新元件以及减少未来故障的次数时是有用的。
4未来展望
随着电力市场的自由化，互联输电系统间的电能交换不断增长，配置在配电层的分布式发电也得到了空前的发展。2005年开始执行的京都议定书，其主要目标是大力发展可再生能源，以减少全球二氧化碳的排放量。同时，现代电力系统由于受地理、环境等条件的限制，电力网络的升级改造（新建线路、电缆等）将面临很多困难，这使得配电网的运行越来越逼近其物理极限。加之传统确定性的N-1实用安全导则过于严苛，因此评价电力系统的可靠性时需要计及电力元件故障的随机特性。
DSO在制定投资规划时，需要协调成本与可靠性的关系。对于DSO而言，网络可靠性越高，意味着投入的成本越多；而对于用户来说，较高的供电可靠性使得用户面临的停电成本大幅降低。如果DSO基于确定性方法进行决策，即系统满足N-1准则，那么DSO需要100%额外的投资。
如果DSO采用概率性风险分析方法，则能够对有限系统状态的发生及其严重性的风险进行评估，从而能够有效地协调成本与可靠性的关系，得到技术—经济最优的解决方案。该概率性方法有如下特点：
1考虑所有可能的系统状态及其相关概率
2评估系统约束越限的风险
3根据情况的严重程度计算系统约束越限时的后果
4要求系统运行人员自定义“风险对策”
因此，概率性风险分析方法能够评估网络的改造措施，使得过载的风险与相关的成本之间能够保持最佳平衡。
5结语
风险评估和资产管理已经成为DSO进行配电网规划时的重要组成部分，本文详细介绍了涉及该部分的所有会议论文，从风险评估、可靠性评估、资产管理和维护策略3个角度进行了归纳总结。此外，由于电网性能越来越受影响程度高但发生概率低的事件的影响，有必要采用概率性风险分析方法来评估电网的性能，从而协调成本、性能和风险之间的关系。
在对配电网的风险评估和资产管理研究的基础上，后续工作会从配电网的发展战略，智能配电网规划，智能配电网的规划方法和工具，配电网元件级和系统级效率，考虑运行过程的主动配电网规划以及提高可再生能源发电量占比等方面对CIRED-S5分会配电系统规划进行全局系统性的研究。
作者简介：
王海冰，博士研究生，研究领域为电力系统规划及经济运行、电力市场等。
范明天，博士，教授，研究领域为城市电网规划、城市电网应急管理、配电自动化规划、优化计算方法等。
王承民，博士，教授，研究领域为电力系统规划及经济运行、电力市场等。
谢宁，博士，副教授，研究领域为电力系统分析与控制，电力系统经济运行、智能电网等。
张祖平，硕士，教授，研究领域为电力系统规划运行分析、电力系统分析数学模型及计算方法的研究、特高压大电网关键技术研究、城市电网规划方法研究。
原标题：配电网的风险评估和资产管理研究
