计及N-1校验的复杂配电网可靠性评估研究

鲍薇　燕跃豪　张慧　刘晓辉　杨亚男

摘 要：随着电力系统的快速发展，配电网结构逐步成熟，联络情况更加复杂，单纯依靠传统的配电网可靠性计算方法已无法准确计算复杂配电网可靠性指标。现基于传统的简单的辐射型配电网供电可靠性的评估方法，完备地考虑联络开关、分段开关、支线、备用变压器以及N-1校验情况，提出了改进后的网络等值法模型。该模型先将复杂配电系统分层处理，再逐步等值为简单的辐射型配电网，以计算系统的可靠性。同时，对某省会城市多联络结构的配电网进行了算例分析，结果表明，所提模型简化了配电系统可靠性计算的复杂程度，提高了可靠性计算的精度与速度，更加真实地反映了实际配电系统的可靠程度。

关键词：配电网;可靠性;N-1校验

中图分类号：TM712  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）11-0013-03

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

0    引言

配电系统可靠性研究，对于提高系统供电性能、响应用户用电需求具有重要意义，因此，可靠性评估已成为配电系统规划决策中的一项常规性工作[1]。随着电力系统的快速发展，辐射型配电网逐渐形成联络，供电可靠性逐步提高，配电网结构越来越复杂，相应的配电网可靠性计算步骤变得更加烦琐。传统的配电网可靠性计算方法一般只考虑辐射型网架结构，忽略了N-1校验情况对配电网可靠性的影响。

本文在传统的简单的辐射型配电网供电可靠性评估方法基础上，完备地考虑了联络开关、分段开关、支线、备用变压器以及N-1校验情况，提出了改进后的网络等值法模型。该模型先将复杂配电系统分层处理，再逐步等值为简单的辐射型配电网，以计算系统的可靠性。

同时，本文对某省会城市多联络结构的配电网进行了算例分析，结果表明，本文模型简化了配电系统可靠性计算的复杂程度，提高了可靠性计算的精度与速度，更加真实地反映了实际配电系统的可靠程度。

1    配电系统可靠性评估指标

配电系统的可靠性指标，以数字的形式，可视化反映电力系统的供电可靠性，反映了电力客户对电能质量的满意程度。

本文采用的配电网可靠性指标主要包含两大类：负荷点的可靠性指标和系统可靠性指标[2]。可靠性指标体系如图1所示。

2    计及N-1校验的网络等值法计算方法

2.1    网络等值法原理

为了降低故障枚举的复杂度，网络等值法模型引入“等效”的概念，以一个等效元件来代替具有某种共同属性的多个元件[3]。如图2所示，该配电网络中有四条较为复杂的分支馈线，经过两次等值变换后，转变成图3和图4所示结构。

2.2    等值过程及参数计算

若一负荷点k发生故障，由电源至该负荷点k的最小路径上包括W1个隔离开关和W2个联络开关、x条支路、y个负荷点，根据各个元件的可靠性参数可计算出该负荷点的等效故障率λe[k]、等效年停运时间Ue[k]、等效负荷量Se[k]。计算公式如下：

分析故障负荷点k对整个配电网故障影响情况前，要确定负荷点k的供电路径。一般情况下，联络开关处于常开状态，发生故障时，联络开关闭合，配电网重构，完成负荷转移。因此发生故障前，从电源点到负荷点k的供电路径是唯一的[4]。若k1位于k2的供电路径上，则称k1为k2的父区域，k2为k1的子区域。确定负荷点k的供电路径，可以利用最小路方法，由故障负荷点开始，逐个元件向上搜索，直到电源为止。

2.3    计及N-1校验的等效参数计算

同样根据最小路思想，将最小故障区Zj划分为父子区域。当某个故障区Zi的尾根节点为联络开关，联络开关发生故障时，Zi的父区域同时发生故障，不论是否有联络线，Zi及其父区域中的负荷均无法完成转移，不满足N-1校验[5]。但除联络开关外，Zj中其他元件故障，Zi及其父区域中的负荷在有联络的情况下可考虑负荷转移，在等效过程中，要考虑联络线的转带能力和负荷转移路径，以确定能够完成配电网重构的负荷[6]。Zi故障后根据负荷转移路径分析，确定负荷点的类型：

若Zi在负荷转移路径上，则：

按照以上公式可计算出各区域间的故障影响情况，从而得到Zi的等效电源点的等效参数，计算公式如下：

3    算例分析

本文以某城市部分10 kV配电系统为例，应用所提方法对其进行可靠性评估。其中线路Ⅰ和线路Ⅱ由35 kV变电站出线，线路Ⅲ由110 kV变电站出线。线路Ⅱ和线路Ⅲ联络，且满足N-1校验。发生故障时，S6和S9之间可进行转负荷操作。该系统共有负荷点75个，用户6 347户，平均负荷19.676 MW，配电网结构如图5所示。

利用传统网络等值法和本文模型计算该系统可靠性指标，得到如表1、表2所示结果。

4    结语

计及N-1校验的网络等值法可靠性评估模型完备地考虑了联络开关、备用电源、负荷转移对配电网可靠性指标的影响。算例计算结果表明，对于单辐射的复杂配电网，本文的模型和传统模型指标计算结果相同，但本文模型计算速度更快。对于发生负荷转移的配电网，本文模型计算结果更加精确，能够真实地反映配电网的可靠性现状，对指导配电网规划具有重要意义。

[參考文献]

[1] 万国成，任震，田翔.配电网可靠性评估的网络等值法模型研究[J].中国电机工程学报，2003（5）：49-53.

[2] 杨雪梅.基于等值网络的配电网可靠性评估[D].广州：华南理工大学，2010.

[3] 卢颖.基于FMEA法的简单配电网可靠性评估算法研究和程序设计[J].中国电业（技术版），2015（11）：63-67.

[4] 胡丽娟，刁赢龙，刘科研，等.基于大数据技术的配电网运行可靠性分析[J].电网技术，2017，41（1）：265-271.

[5] 苗友忠，李顺昕，雷为民，等.考虑用户负荷类型的含分布式电源的配电网可靠性评估[J].电力科学与技术学报，2020，35（2）：93-99.

[6] 张杰，王晓刚，邓智杰，等.基于改进网络等值和故障影响矩阵的复杂配电网可靠性评估[J].中国电力，2016，49（7）：20-26.

收稿日期：2022-02-18

作者简介：鲍薇（1985—），女，河南郑州人，高级工程师，研究方向：分布式电源、配电网运行、能源互联网。