計(jì)及N-1校驗(yàn)的復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性評(píng)估研究

鮑薇　燕躍豪　張慧　劉曉輝　楊亞男

摘 要：隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步成熟，聯(lián)絡(luò)情況更加復(fù)雜，單純依靠傳統(tǒng)的配電網(wǎng)可靠性計(jì)算方法已無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)。現(xiàn)基于傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的輻射型配電網(wǎng)供電可靠性的評(píng)估方法，完備地考慮聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)、支線(xiàn)、備用變壓器以及N-1校驗(yàn)情況，提出了改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)等值法模型。該模型先將復(fù)雜配電系統(tǒng)分層處理，再逐步等值為簡(jiǎn)單的輻射型配電網(wǎng)，以計(jì)算系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，對(duì)某省會(huì)城市多聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)進(jìn)行了算例分析，結(jié)果表明，所提模型簡(jiǎn)化了配電系統(tǒng)可靠性計(jì)算的復(fù)雜程度，提高了可靠性計(jì)算的精度與速度，更加真實(shí)地反映了實(shí)際配電系統(tǒng)的可靠程度。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);可靠性;N-1校驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM712? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）11-0013-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.004

0? ? 引言

配電系統(tǒng)可靠性研究，對(duì)于提高系統(tǒng)供電性能、響應(yīng)用戶(hù)用電需求具有重要意義，因此，可靠性評(píng)估已成為配電系統(tǒng)規(guī)劃決策中的一項(xiàng)常規(guī)性工作[1]。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，輻射型配電網(wǎng)逐漸形成聯(lián)絡(luò)，供電可靠性逐步提高，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，相應(yīng)的配電網(wǎng)可靠性計(jì)算步驟變得更加煩瑣。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)可靠性計(jì)算方法一般只考慮輻射型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，忽略了N-1校驗(yàn)情況對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響。

本文在傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的輻射型配電網(wǎng)供電可靠性評(píng)估方法基礎(chǔ)上，完備地考慮了聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)、支線(xiàn)、備用變壓器以及N-1校驗(yàn)情況，提出了改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)等值法模型。該模型先將復(fù)雜配電系統(tǒng)分層處理，再逐步等值為簡(jiǎn)單的輻射型配電網(wǎng)，以計(jì)算系統(tǒng)的可靠性。

同時(shí)，本文對(duì)某省會(huì)城市多聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)進(jìn)行了算例分析，結(jié)果表明，本文模型簡(jiǎn)化了配電系統(tǒng)可靠性計(jì)算的復(fù)雜程度，提高了可靠性計(jì)算的精度與速度，更加真實(shí)地反映了實(shí)際配電系統(tǒng)的可靠程度。

1? ? 配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估指標(biāo)

配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，以數(shù)字的形式，可視化反映電力系統(tǒng)的供電可靠性，反映了電力客戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的滿(mǎn)意程度。

本文采用的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)主要包含兩大類(lèi)：負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)[2]。可靠性指標(biāo)體系如圖1所示。

2? ? 計(jì)及N-1校驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)等值法計(jì)算方法

2.1? ? 網(wǎng)絡(luò)等值法原理

為了降低故障枚舉的復(fù)雜度，網(wǎng)絡(luò)等值法模型引入“等效”的概念，以一個(gè)等效元件來(lái)代替具有某種共同屬性的多個(gè)元件[3]。如圖2所示，該配電網(wǎng)絡(luò)中有四條較為復(fù)雜的分支饋線(xiàn)，經(jīng)過(guò)兩次等值變換后，轉(zhuǎn)變成圖3和圖4所示結(jié)構(gòu)。

2.2? ? 等值過(guò)程及參數(shù)計(jì)算

若一負(fù)荷點(diǎn)k發(fā)生故障，由電源至該負(fù)荷點(diǎn)k的最小路徑上包括W1個(gè)隔離開(kāi)關(guān)和W2個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、x條支路、y個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，根據(jù)各個(gè)元件的可靠性參數(shù)可計(jì)算出該負(fù)荷點(diǎn)的等效故障率λe[k]、等效年停運(yùn)時(shí)間Ue[k]、等效負(fù)荷量Se[k]。計(jì)算公式如下：

分析故障負(fù)荷點(diǎn)k對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)故障影響情況前，要確定負(fù)荷點(diǎn)k的供電路徑。一般情況下，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于常開(kāi)狀態(tài)，發(fā)生故障時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)閉合，配電網(wǎng)重構(gòu)，完成負(fù)荷轉(zhuǎn)移。因此發(fā)生故障前，從電源點(diǎn)到負(fù)荷點(diǎn)k的供電路徑是唯一的[4]。若k1位于k2的供電路徑上，則稱(chēng)k1為k2的父區(qū)域，k2為k1的子區(qū)域。確定負(fù)荷點(diǎn)k的供電路徑，可以利用最小路方法，由故障負(fù)荷點(diǎn)開(kāi)始，逐個(gè)元件向上搜索，直到電源為止。

2.3? ? 計(jì)及N-1校驗(yàn)的等效參數(shù)計(jì)算

同樣根據(jù)最小路思想，將最小故障區(qū)Zj劃分為父子區(qū)域。當(dāng)某個(gè)故障區(qū)Zi的尾根節(jié)點(diǎn)為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)發(fā)生故障時(shí)，Zi的父區(qū)域同時(shí)發(fā)生故障，不論是否有聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，Zi及其父區(qū)域中的負(fù)荷均無(wú)法完成轉(zhuǎn)移，不滿(mǎn)足N-1校驗(yàn)[5]。但除聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)外，Zj中其他元件故障，Zi及其父區(qū)域中的負(fù)荷在有聯(lián)絡(luò)的情況下可考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)移，在等效過(guò)程中，要考慮聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的轉(zhuǎn)帶能力和負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑，以確定能夠完成配電網(wǎng)重構(gòu)的負(fù)荷[6]。Zi故障后根據(jù)負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑分析，確定負(fù)荷點(diǎn)的類(lèi)型：

若Zi在負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑上，則：

按照以上公式可計(jì)算出各區(qū)域間的故障影響情況，從而得到Zi的等效電源點(diǎn)的等效參數(shù)，計(jì)算公式如下：

3? ? 算例分析

本文以某城市部分10 kV配電系統(tǒng)為例，應(yīng)用所提方法對(duì)其進(jìn)行可靠性評(píng)估。其中線(xiàn)路Ⅰ和線(xiàn)路Ⅱ由35 kV變電站出線(xiàn)，線(xiàn)路Ⅲ由110 kV變電站出線(xiàn)。線(xiàn)路Ⅱ和線(xiàn)路Ⅲ聯(lián)絡(luò)，且滿(mǎn)足N-1校驗(yàn)。發(fā)生故障時(shí)，S6和S9之間可進(jìn)行轉(zhuǎn)負(fù)荷操作。該系統(tǒng)共有負(fù)荷點(diǎn)75個(gè)，用戶(hù)6 347戶(hù)，平均負(fù)荷19.676 MW，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

利用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等值法和本文模型計(jì)算該系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，得到如表1、表2所示結(jié)果。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

計(jì)及N-1校驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)等值法可靠性評(píng)估模型完備地考慮了聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、備用電源、負(fù)荷轉(zhuǎn)移對(duì)配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的影響。算例計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于單輻射的復(fù)雜配電網(wǎng)，本文的模型和傳統(tǒng)模型指標(biāo)計(jì)算結(jié)果相同，但本文模型計(jì)算速度更快。對(duì)于發(fā)生負(fù)荷轉(zhuǎn)移的配電網(wǎng)，本文模型計(jì)算結(jié)果更加精確，能夠真實(shí)地反映配電網(wǎng)的可靠性現(xiàn)狀，對(duì)指導(dǎo)配電網(wǎng)規(guī)劃具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2022-02-18

作者簡(jiǎn)介：鮑薇（1985—），女，河南鄭州人，高級(jí)工程師，研究方向：分布式電源、配電網(wǎng)運(yùn)行、能源互聯(lián)網(wǎng)。