基于配电网可靠性评估的网络等值法模型构建

2018-08-14李艳梅王青云

通信电源技术 2018年6期

李艳梅，王青云

（国网湖北省电力有限公司鄂州供电公司，湖北鄂州 436000）

0 引言

在评估配电网可靠性时，有很多可以采用的评估方法，但其中评估流程最简短、评估结果最准确的便是网络等值评估法。网络等值法不仅可以对结构简单的配电网进行评估，还可以通过简化的方式评估结构复杂的配电网。本文在详述网络等值法的计算依据、可靠度参数以及配电网可靠性指标的基础上设计了网络等值法模型，随后列举实例并分析实例结果，完成本文基于配电网可靠性评估的网络等值法模型构建的研究。

1 基于配电网可靠性评估的网络等值法模型设计

1.1 设计网络等值法计算依据

在设计基于配电网可靠性评估的网络等值法模型时，首先要考虑配电网的组成部分。配电网通常由两个部分组成[1]：一部分是发电机从平衡到不平衡转换之间的主馈线，另一部分是主馈线母线上的分支馈线。其次，要考虑配电网的组成零件。在评估配电网可靠度时，会将配电网的组成零件分成两类：一类是可以进行修复工作的零件，一类是不可以进行修复工作的零件。可以进行修复工作的零件在配电网中占据的比例较大，不可以进行修复工作的零件占据的比例较小。在配电网中，可以进行修复工作的零件主要包括6种，即配电网的电缆线路、配电网的电压器、配电网的架空明线线路、高压断路器、低压断路器以及熔断器。

清算配电网内所有馈线的数量总和，以馈线数量为基础划分配电网的层次。每层内都包括一条馈线和穿过该条馈线的配电网零件。这些零件属于可以进行修复工作的零件类型。实际上，配电网的每一层都是一条分支路线，这些分支路线是等效的，且从最后一层向前一层开始进行等效。只有通过这种方法才能使较复杂的配电网转化为便于评估计算的简单配电网，降低可靠度计算难度，确保计算结果的准确[2]。

1.2 计算可靠度参数

当配电网的分支线路上有熔断器且该零件位于路线的前端时，分支路线一旦出现故障，上一层的路线一定会发生相应变化，可能造成配电网的停电[3]。设定熔断器的工作概率为PFU，设定配电网停电的概率为（1-PFU），那么发生故障的分支路线上的可以进行修复工作的等效零件的故障率计算为：

根据式（1）可以知道，当配电网上的熔断器可靠性是100%时，分支路线出现故障时，上一层的路线不会受分支线路的影响。当配电网的分支路线上没有安装熔断器或是没有将熔断器安装在路线前段时，意味着PFU值等于0。一旦分支路线出现故障，该路线上的等效零件一定会出现故障。等效零件的故障率计算式为：

该故障线路的年停电时间计算式为：

该故障线路的平均停电时间计算式为：

在分支馈线上的可操作零件主要有两个，即断路器和分段开关。这两个零件的安置位置和工作状态对分支馈线的可靠性有很大影响。一般断路器一共有7种工作状态，所以在评估配电网可靠性时要对断路器的模型进行简化，从而确保评估工作的顺利实施。

1.3 计算配电网可靠性指标

在评估配电可靠性时，首先要通过网络等值法简化配电网，将较复杂的配电网转化为较简单的配电网，而转换后的配电网呈辐射状。其次，根据上述方程分别计算故障路线上可以进行修复工作的零件的故障率、等效零件的故障率、故障路线的年停电时间以及故障路线的平均停电时间，并以计算结果为计算配电网分支路线可靠性的指标：

然后，通过方程式计算位于分支馈线前段结构上的等效零件的可靠性。计算出可靠性参数后，将该参数作为与上一层路线相串联的下一层路线的起始点参数，并将上一层路线当作电源，通过迭代运算形成一个呈辐射状的简单配电网。最后，根据计算简单配电网的方程式进行计算，进而确保网络等值法可以准确计算出配电网分支馈线的可靠性指标。

2 配电网可靠性实例计算

2.1 实例计算数据

为完成本文的配电网可靠性评估实验，将选择IEEE-RITY母线8的6号主馈线作为实验对象。6号主馈线是一个较为复杂的配电网，是由若干条分支馈线组合而成。现使用网络等值法来评估该配电网的可靠性。

6号主馈线（即配电网）的结构复杂，包括20条线路、15个熔断器、15个线路负荷点、15个变压器、3个断路器和2个分段开关。因为该配电网的结构较复杂，所以在计算该配电网可靠性指标时，要考虑不同情况下配电网的可靠性强弱。该配电网的路线数据和负荷点数据如表1所示。该路线的故障率为0.06 f/yr，修复单条路线的时间为3 h；断路器的有效工作率为75%，断路器的故障率为0.003 f/yr，修复单个断路器的时间为3 h，断离开关的有效工作时间为15 min；变压器的故障率为0.010 f/yr，修复单个变压器的时间为150 h，从现用变压器切换到备用变压器所需时间为1.5 h；分段开关的有效工作时间为25 min；熔断器的可靠熔断比率为100%。

表1 配电网路线数据

2.2 可靠性指标计算

在计算6号主馈线（即配电网）的可靠性指标时，要进行前提假设。首先，假设在此次实验中配电网的发电、输电系统都在正常工作中，即这两个系统的可靠性都较高，且要假设配电网的发电系统的负荷承载量能够满足本次实验负荷点的需求。在计算6号主馈线的可靠性时，将对下述4种不同的零件配置情况进行依次计算。情况1，配电网的分支路线上不安装熔断器和分段开关，且不安装备用的变压器；情况2，配电网的分支路线上安装熔断器，但是不安装分段开关，也不安装备用的变压器；情况3，配电网的分支路线上安装熔断器和分段开关，但是不安装备用的变压器；情况4，配电网的分支路线上安装熔断器和分段开关，且安装备用的变压器。根据网络等值法对上述4种情况下的配电网可靠性进行分别计算，计算的路线可靠性指标和路线负荷点可靠性指标如表2所示。

表2 路线负荷点可靠性指标

2.3 分析实验结果

根据表2的实验结果可以看出，当配电网的零件配置处于情况1时，配电网的可靠性是最低的。此种情况下，分支线路上没有安装任何零件，致使配电网的可靠性未能得到增强。若想提高配电网的可靠性，需要采取相应的补救措施确保配电系统的可靠性。当配电网的零件配置处于情况2时，由于分支线路上安装了熔断器，所以一旦分支路线出现故障，熔断器将马上进入工作状态，通过自身熔断来对尚未发生故障的分支线路进行隔离，使得只有发生故障的分支路线出现停电，其他分支路线依然正常工作，从而提高配电网的可靠性。可见，情况2下的配电网可靠性高于情况1下的配电网可靠性。当配电网的零件配置处于情况3时，分支路线上除了熔断器还有分段开关。分段开关可以将发生故障的路线从配电网中切除，从而缩短分支路线负荷点的故障时间，缩小出现故障时配电网的停电区域，即情况3下的配电网可靠性高于情况2下的配电网可靠性。当配电网的零件配置处于情况4时，分支路线上不仅有熔断器、分段开关，还安装了备用的变压器，配电网中的变压器修复时间较长。当变压器发生故障时，一定会导致断电网出现长时间停电的情况。