分布式发电并网运行对配电网可靠性的影响探讨

2020-12-28苏文豪薛璐璐

电工材料 2020年6期

苏文豪，薛璐璐

（国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司，乌鲁木齐 830000）

引言

在配电系统中，系统可靠性可通过可靠性指标进行衡量。在本研究中，从可靠性评估基础与目标出发，将评估指标划分为三类，分别为元件、负荷点、系统可靠性指标。其中，元件指标指元件在正常运行状态下的指标，包括平均停运时间、故障停运率、平均检修时间等；负荷点指标主要通过等效元件指标体现出来，也就是将系统缩小成把各个负荷从电源分开的等效元件。负荷点指标是在基本指标基础上，利用逻辑运算获取的结果，可看成估计指标[1]。

1 配电网可靠性评估

在实际工程中，如若无法对原始数据进行准确计算，只得知给定界限范围或任意点值时，便可采用区间数学进行求解。

1.1 区间数与运算

假设给定数为A，A属于实数域R，当条件A≤A1时，则有界数集合为：

式中，A代表区间X的下限；A1代表上限；当上限与下限的数值相同时，则区间数[A,A1]代表点区间数。区间数具有独特性，取值点的变量被称为点变量，在特定区间内，不清楚具体数值或分布情况时，区间便可被直接描述出来，尤其是在变量值为一区间时，只可用区间数进行表达。

1.2 网络初始结构

配电系统主要包括主副馈线两个方面，对于一些较为繁琐的电网结构，可采用可靠性等值法将其转变为辐射形电网，如图1所示。图1中，LP1与LP2均为负荷点，位于支路首层，LP3与4位于支路第二层，剩下的LP5—LP7位于支路第三层，由此形成网络初始结构。

1.3 算法流程

在分布式电源中，配电网可靠性计算的主要步骤如下：首先输入原始数据；然后对各个分支线的等效故障率与故障时间进行计算，列举故障事件，明确故障的影响范围；最后对不同节点故障类型进行判断，即可对系统可靠性指标进行计算[2]。

2 分布式发电对配电网可靠性的影响

2.1 基本原理

当配电网处于负荷高峰期时，需要对负荷进行转移，此时很可能出现备用馈线电源量短缺现象，此时将分布式电源设置在两条馈线连接点，利用其向任意馈线供电；将发电系统设置在变电站内部，有效处理变电站供电异常情况。通过上述方式，发电系统由电力部门调度，当设备出现异常状态时，系统可调整接线方式，确保顺利供电。

2.2 评估模型构建

分布式发电指用户现场与附近位置安装较小的发电机组，发电机组功率不超过30 MW，使特殊用户的用电需求得到满足，为配电网运行提供便利。根据电网自身特点，可构建三种可靠性评估模型，具体如下：

（1）DG作为配电网，该模式是假设DG容量不受限，无需考虑孤岛问题，此模式过于理想化，在现实中很难实现；

（2）DG作为发电机组，该模型是在容量固定的基础上，忽视特定时间内功率输出情况，但由于功率传输受到限制，应采取措施完成配网孤岛划分，以此保障电力供需平衡，系统稳定运行；

（3）DG作为部分失效模型，以太阳能为动力的分布式电源，结构包括多个模块，由许多小发电模块并列运行达到额定功率，一旦某个或某几个模块发生故障，均会导致DG输出功率受到不良影响。在该模型中输出功率具有较强的随机性，需要对孤岛形成、孤岛划分、概率等问题进行综合分析，与DG实际应用情况相符合，因此本研究采用该评估模式，依靠区间算法对电源可靠性进行分析。

2.3 仿真分析

以RBTS-6配电系统为例，利用区间算法进行可靠性评估，分析电源接入与可靠性间的关系。在本研究的系统中，设有一座33 kV的变电所、40个负荷节点，7条线路与近3000家用户，总负荷均值为10.715 MW。在该系统中，馈线F4是一个结构复杂的配电网，采用区间算法对其可靠性进行评估，并简化等值。系统元件的各项数值如下：变压器故障率点值为0.015、区间值为[0.012,0.018]，单位为次/km·a；计划检修率点值为0.002 5，区间值为[0.002 0,0.003 0],单位为次/km·a；故障修复时间均值的点值为200，区间值为[180,215],单位为h/次；计划检修时间点值为8，区间值为[7,9]；11 kV线路故障率点值为0.065、区间值为[0.05,0.085]，单位为次/km·a；故障修复时间均值的点值为5，区间值为[4,6]，单位为h/次；33 kV线路故障率点值为0.046、区间值为[0.030,0.070]，单位为次/km·a；故障修复时间均值的点值为8，区间值为[7,9],单位为h/次。

在计算过程中，如若断路器故障率为零，对评估结果的影响较小，可忽略不计；断路器在正常工作中概率为80%，隔离开关的操作时间为0.5 h，区间值为[0.40,0.6]。首先，在假设主馈线没有备用电源的情况下，评估电网可靠性，可在原始参数基础上对点值与区间值进行计算，为了避免阶数产生，在计算时每次只对两个区间进行运算；其次，在馈线上方安装分布式发电机，功率为2.00 MW，当主馈线发生异常时，电源可对负荷点供电。根据指标结果可知，可靠性指标均位于区间之中，区间值可将参数变化情况进行反馈，只要参数变化范围始终处于预定内，则可靠性指标也不会超过所得区间；最后，通过对表中数据分析，得出各项指标的变化趋势，除停电频率之外，剩余指标均未发生较大变化，停电频率均值主要指所有受系统控制的用户，在统计阶段内停电频率均值，与馈线连接情况无直接联系。当馈线出现故障时，分布电源作为备用电源，可为下游馈线和负荷提供电力服务，使系统更具可靠性。

2.4 仿真结果

由于分布电源接入位置存在差别，能够对系统可靠性产生较大影响。在电源接入过程中，应在接入点中设置对应的隔离开关。从仿真实验结果可知，分布电源位置与系统可靠性之间存在紧密联系，由于不同指标大小不同，当电源接入到[0.920 5,2.073 5]位置时，系统可靠性达到最佳状态，主要原因是在该区间内如若馈线首端出现异常情况，电源均可变成备用电源为系统提供电源，此时系统供电均值可用率达到99.99%，也就是每户年均停电为0.867 h，与规定的99.9%的要求充分符合，说明具有较强的供电可靠性、安全性。