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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
关键词:系统可靠性馈线分布式

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。

3 结论

电源接入位置不同对系统可靠性具有不同影响,将电源作为馈线备用电源,充分发挥分布式电源的作用,能使配电网运行更加稳定可靠,与工程要求充分符合。

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