分布式發電并網運行對配電網可靠性的影響探討

蘇文豪，薛璐璐

（國網新疆電力有限公司烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830000）

引言

在配電系統中，系統可靠性可通過可靠性指標進行衡量。在本研究中，從可靠性評估基礎與目標出發，將評估指標劃分為三類，分別為元件、負荷點、系統可靠性指標。其中，元件指標指元件在正常運行狀態下的指標，包括平均停運時間、故障停運率、平均檢修時間等；負荷點指標主要通過等效元件指標體現出來，也就是將系統縮小成把各個負荷從電源分開的等效元件。負荷點指標是在基本指標基礎上，利用邏輯運算獲取的結果，可看成估計指標[1]。

1 配電網可靠性評估

在實際工程中，如若無法對原始數據進行準確計算，只得知給定界限范圍或任意點值時，便可采用區間數學進行求解。

1.1 區間數與運算

假設給定數為A，A屬于實數域R，當條件A≤A1時，則有界數集合為：

式中，A代表區間X的下限；A1代表上限；當上限與下限的數值相同時，則區間數[A,A1]代表點區間數。區間數具有獨特性，取值點的變量被稱為點變量，在特定區間內，不清楚具體數值或分布情況時，區間便可被直接描述出來，尤其是在變量值為一區間時，只可用區間數進行表達。

1.2 網絡初始結構

配電系統主要包括主副饋線兩個方面，對于一些較為繁瑣的電網結構，可采用可靠性等值法將其轉變為輻射形電網，如圖1所示。圖1中，LP1與LP2均為負荷點，位于支路首層，LP3與4位于支路第二層，剩下的LP5—LP7位于支路第三層，由此形成網絡初始結構。

1.3 算法流程

在分布式電源中，配電網可靠性計算的主要步驟如下：首先輸入原始數據；然后對各個分支線的等效故障率與故障時間進行計算，列舉故障事件，明確故障的影響范圍；最后對不同節點故障類型進行判斷，即可對系統可靠性指標進行計算[2]。

2 分布式發電對配電網可靠性的影響

2.1 基本原理

當配電網處于負荷高峰期時，需要對負荷進行轉移，此時很可能出現備用饋線電源量短缺現象，此時將分布式電源設置在兩條饋線連接點，利用其向任意饋線供電；將發電系統設置在變電站內部，有效處理變電站供電異常情況。通過上述方式，發電系統由電力部門調度，當設備出現異常狀態時，系統可調整接線方式，確保順利供電。

2.2 評估模型構建

分布式發電指用戶現場與附近位置安裝較小的發電機組，發電機組功率不超過30 MW，使特殊用戶的用電需求得到滿足，為配電網運行提供便利。根據電網自身特點，可構建三種可靠性評估模型，具體如下：

（1）DG作為配電網，該模式是假設DG容量不受限，無需考慮孤島問題，此模式過于理想化，在現實中很難實現；

（2）DG作為發電機組，該模型是在容量固定的基礎上，忽視特定時間內功率輸出情況，但由于功率傳輸受到限制，應采取措施完成配網孤島劃分，以此保障電力供需平衡，系統穩定運行；

（3）DG作為部分失效模型，以太陽能為動力的分布式電源，結構包括多個模塊，由許多小發電模塊并列運行達到額定功率，一旦某個或某幾個模塊發生故障，均會導致DG輸出功率受到不良影響。在該模型中輸出功率具有較強的隨機性，需要對孤島形成、孤島劃分、概率等問題進行綜合分析，與DG實際應用情況相符合，因此本研究采用該評估模式，依靠區間算法對電源可靠性進行分析。

2.3 仿真分析

以RBTS-6配電系統為例，利用區間算法進行可靠性評估，分析電源接入與可靠性間的關系。在本研究的系統中，設有一座33 kV的變電所、40個負荷節點，7條線路與近3000家用戶，總負荷均值為10.715 MW。在該系統中，饋線F4是一個結構復雜的配電網，采用區間算法對其可靠性進行評估，并簡化等值。系統元件的各項數值如下：變壓器故障率點值為0.015、區間值為[0.012,0.018]，單位為次/km·a；計劃檢修率點值為0.002 5，區間值為[0.002 0,0.003 0],單位為次/km·a；故障修復時間均值的點值為200，區間值為[180,215],單位為h/次；計劃檢修時間點值為8，區間值為[7,9]；11 kV線路故障率點值為0.065、區間值為[0.05,0.085]，單位為次/km·a；故障修復時間均值的點值為5，區間值為[4,6]，單位為h/次；33 kV線路故障率點值為0.046、區間值為[0.030,0.070]，單位為次/km·a；故障修復時間均值的點值為8，區間值為[7,9],單位為h/次。

在計算過程中，如若斷路器故障率為零，對評估結果的影響較小，可忽略不計；斷路器在正常工作中概率為80%，隔離開關的操作時間為0.5 h，區間值為[0.40,0.6]。首先，在假設主饋線沒有備用電源的情況下，評估電網可靠性，可在原始參數基礎上對點值與區間值進行計算，為了避免階數產生，在計算時每次只對兩個區間進行運算；其次，在饋線上方安裝分布式發電機，功率為2.00 MW，當主饋線發生異常時，電源可對負荷點供電。根據指標結果可知，可靠性指標均位于區間之中，區間值可將參數變化情況進行反饋，只要參數變化范圍始終處于預定內，則可靠性指標也不會超過所得區間；最后，通過對表中數據分析，得出各項指標的變化趨勢，除停電頻率之外，剩余指標均未發生較大變化，停電頻率均值主要指所有受系統控制的用戶，在統計階段內停電頻率均值，與饋線連接情況無直接聯系。當饋線出現故障時，分布電源作為備用電源，可為下游饋線和負荷提供電力服務，使系統更具可靠性。

2.4 仿真結果

由于分布電源接入位置存在差別，能夠對系統可靠性產生較大影響。在電源接入過程中，應在接入點中設置對應的隔離開關。從仿真實驗結果可知，分布電源位置與系統可靠性之間存在緊密聯系，由于不同指標大小不同，當電源接入到[0.920 5,2.073 5]位置時，系統可靠性達到最佳狀態，主要原因是在該區間內如若饋線首端出現異常情況，電源均可變成備用電源為系統提供電源，此時系統供電均值可用率達到99.99%，也就是每戶年均停電為0.867 h，與規定的99.9%的要求充分符合，說明具有較強的供電可靠性、安全性。

3 結論

電源接入位置不同對系統可靠性具有不同影響，將電源作為饋線備用電源，充分發揮分布式電源的作用，能使配電網運行更加穩定可靠，與工程要求充分符合。