一种自动分块评估的智能配电网供电可靠性研究①

屈侦永

(延安大学,陕西 延安 716000)

0 引 言

分布式电源出力具备随机性,将直接影响配电网供电可靠性,进而导致电力用户生产受到影响[1-2]。配电网的供电可靠性可通过序贯仿真法、非序贯仿真法、准序贯仿真法、解析法等方法进行评估[3]。柔性负荷是指全部用电量均可以在不同时间段转移变化的负荷,其中包含分布式电源、蓄电池[4]。鉴于随着柔性负荷在配电网中的接入,配电网的结构、配电网的运行方式、配电网供电可靠性评估模型均发生变化[5]。此次研究提出以馈线与负荷间开关数量的差异为依据,对网络进行优化编号和分块,实现网络的自动分块、分区。取分块、分区结果完成网络故障枚举,找出供电可靠性指标,进行配电网供电可靠性评估。

1 智能配电网供电可靠性评估方法

1.1 自动分块技术的设计

配电网中的开关设备具备电流保护职能、故障隔离职能,研究中以开关设备承担的不同职能为划分依据,将网络划分成正常区、隔离区、停电区。当配电网发生故障后,位于不同区域的负荷点停电持续时间不同。根据线路与负荷间开关数量的不同,进行节点、开关的编号,进而实现负荷块、开关块的自动划分。在节点优化编号后,编号相同的节点、线路、开关、负荷支路自动形成一个块。换言之,配电网节点优化编号结束后,具有相同编号的元件自动形成块。对块进行故障枚举,就能获得各块内负荷点的可靠性指标。

1.2 配电网供电可靠性评估指标

此次研究选择利用负荷点可靠性指标以及系统可靠性指标作为研究配电网供电可靠性的切入点。负荷点供电可靠性由负荷点年平均故障率λ(负荷点年平均停电次数)、年平均停电持续时间U等基本指标进行评估,如式(1)-(2):

式(1),(2)中n i表示负荷点i的停电次数;T ui表示负荷点i的工作时间;T di表示负荷点i的停电时间;D表示统计时间。可靠性指标计算式中,上标单撇表示元件故障停运指标,上标双撇表示元件计划检修停运指标。单重故障状态下,负荷支路等效故障率λLP为式(3)-(4):

式(3)中P F指熔断器F可靠断开的概率;λL'指线路L故障率;λT'指变压器故障率。

式(4)为单重故障下负荷支路的等效恢复供电时间r LP的计算式,其中t f,L指线路L故障维修时间;λnL指线路L计划检修率;t f,T指变压器T的故障维修时间;λnT指变压器T的计划检修率;t m,L指线路L的计划检修时间;t m,T指变压器T的计划检修时间,如式(5):

式(5)中利用多元件串联公式进行块的等效故障率λZ的计算,其中λQS指隔离开关QS的计划检修率。配电网供电可靠性也可通过系统可靠性指标进行评估,指标包括系统平均停电频率指标是;系统内用电用户平均停电持续时间指标;系统供电用户平均停电持续时间指标;平均供电可用率指标;系统缺供电量指标。其中λi表示负荷节点i的年平均故障率,N i表示负荷点i的用户数,N T表示系统内总用户数,P ai表示负荷点i的平均负荷。

2 智能配电网供电可靠性分析

2.1 可靠性实验方案设计

此次研究中利用RBTS bus6的馈线4作为算例,该馈线所在网络中线路、配变个数分别为30条,25个,负荷点、熔断器均有25个,断路器、隔离开关分别有4个、25个。其中包含虚拟开关以及虚拟负荷点。计算时,忽略上级电网故障影响,以及自动化开关造成的故障隔离时间的差别,设置如表1所示的五个方案。

表1 五个方案条件对比

表1的方案Ⅰ中开关、熔断器均完全可靠,并且不考虑计划检修和二阶故障,块内无联络线;方案Ⅱ中熔断器完全可靠,开关不完全可靠,并且不考虑计划检修和二阶故障,块内无联络线;方案Ⅲ中开关、熔断器均不完全可靠,并且不考虑计划检修和二阶故障,块内无联络线;方案Ⅳ中开关、熔断器均不完全可靠,并且考虑计划检修和二阶故障,块内无联络线;方案Ⅴ中开关、熔断器均不完全可靠,并且考虑计划检修和二阶故障,块内有联络线。

2.2 负荷点可靠性和系统可靠性

对比五种方案中负荷点可靠性的差别,以及五种方案中系统可靠性的差别,具体情况见图1。

图1中,对比方案Ⅰ,方案Ⅱ,方案Ⅲ,方案Ⅳ中的负荷点年平均故障率λ,显示负荷点的年平均故障率受到熔断器的不可靠率以及隔离开关的故障率等两种因素的影响,隔离开关故障率对负荷点年平均故障率的影响程度更大;负荷点年平均故障率易受计划检修因素的影响,在该因素作用下,年平均故障率至少增加50%,提示配电网供电可靠性分析中,应当将不同元件故障、配电网计划检修等情况纳入考虑范围。

图1 五种方案的负荷点年平均故障率对比图

图2中方案Ⅳ的条件为开关、熔断器均不完全可靠,并且考虑计划检修和二阶故障,块内无联络线。图5显示方案Ⅳ的系统负向可靠性指标(系统平均停电频率指标S1,系统内用电用户平均停电持续时间指标S2,系统供电用户平均停电持续时间指标S3,系统缺供电量指标S5)均高于其他四种方案,且方案Ⅳ的系统正向可靠性指标(平均供电可用率指标S4)明显低于其他四种方案。这是由于相比于方案Ⅰ,方案Ⅱ,方案Ⅲ,方案Ⅳ考虑的可靠性影响因素较为复杂,更贴合实际情况,提示可靠性评估应从多个方面的故障情况进行考虑。

图2 五种方案的系统可靠性对比图

3 结 语

鉴于分布式电源、电动汽车的增加,会对配电网供电可靠性造成直接或间接的影响。此次研究提出一种新的自动分块评估法,利用分出来的块作为单位,进行配电网供电的故障分析,包括负荷点故障分析以及系统可靠性分析,从而实现智能配电网供电可靠性研究。研究结果表明,方案Ⅳ的系统负向可靠性指标高于其他四种方案,其系统正向可靠性指标显著低于其他四种方案;联络线可以明显增加负荷点、系统的供电可靠性,与联络线的距离越近,负荷点指标可靠性越高。说明进行配电网供电可靠性评估时,应综合考虑可能存在的开关故障情况、熔断器不可靠情况、配电网设备检修情况、配电网中二阶故障情况,进而使配电网供电可靠性分析结果更加贴合实际。此次研究虽然取得了一定成果,但缺乏对分布式电源故障情况的考虑,后续实验中应将其纳入考虑范围。