分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響探討

蘇文豪，薛璐璐

（國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830000）

引言

在配電系統(tǒng)中，系統(tǒng)可靠性可通過可靠性指標(biāo)進(jìn)行衡量。在本研究中，從可靠性評(píng)估基礎(chǔ)與目標(biāo)出發(fā)，將評(píng)估指標(biāo)劃分為三類，分別為元件、負(fù)荷點(diǎn)、系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。其中，元件指標(biāo)指元件在正常運(yùn)行狀態(tài)下的指標(biāo)，包括平均停運(yùn)時(shí)間、故障停運(yùn)率、平均檢修時(shí)間等；負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)主要通過等效元件指標(biāo)體現(xiàn)出來(lái)，也就是將系統(tǒng)縮小成把各個(gè)負(fù)荷從電源分開的等效元件。負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)是在基本指標(biāo)基礎(chǔ)上，利用邏輯運(yùn)算獲取的結(jié)果，可看成估計(jì)指標(biāo)[1]。

1 配電網(wǎng)可靠性評(píng)估

在實(shí)際工程中，如若無(wú)法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，只得知給定界限范圍或任意點(diǎn)值時(shí)，便可采用區(qū)間數(shù)學(xué)進(jìn)行求解。

1.1 區(qū)間數(shù)與運(yùn)算

假設(shè)給定數(shù)為A，A屬于實(shí)數(shù)域R，當(dāng)條件A≤A1時(shí)，則有界數(shù)集合為：

式中，A代表區(qū)間X的下限；A1代表上限；當(dāng)上限與下限的數(shù)值相同時(shí)，則區(qū)間數(shù)[A,A1]代表點(diǎn)區(qū)間數(shù)。區(qū)間數(shù)具有獨(dú)特性，取值點(diǎn)的變量被稱為點(diǎn)變量，在特定區(qū)間內(nèi)，不清楚具體數(shù)值或分布情況時(shí)，區(qū)間便可被直接描述出來(lái)，尤其是在變量值為一區(qū)間時(shí)，只可用區(qū)間數(shù)進(jìn)行表達(dá)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)初始結(jié)構(gòu)

配電系統(tǒng)主要包括主副饋線兩個(gè)方面，對(duì)于一些較為繁瑣的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可采用可靠性等值法將其轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛湫坞娋W(wǎng)，如圖1所示。圖1中，LP1與LP2均為負(fù)荷點(diǎn)，位于支路首層，LP3與4位于支路第二層，剩下的LP5—LP7位于支路第三層，由此形成網(wǎng)絡(luò)初始結(jié)構(gòu)。

1.3 算法流程

在分布式電源中，配電網(wǎng)可靠性計(jì)算的主要步驟如下：首先輸入原始數(shù)據(jù)；然后對(duì)各個(gè)分支線的等效故障率與故障時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，列舉故障事件，明確故障的影響范圍；最后對(duì)不同節(jié)點(diǎn)故障類型進(jìn)行判斷，即可對(duì)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算[2]。

2 分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響

2.1 基本原理

當(dāng)配電網(wǎng)處于負(fù)荷高峰期時(shí)，需要對(duì)負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，此時(shí)很可能出現(xiàn)備用饋線電源量短缺現(xiàn)象，此時(shí)將分布式電源設(shè)置在兩條饋線連接點(diǎn)，利用其向任意饋線供電；將發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置在變電站內(nèi)部，有效處理變電站供電異常情況。通過上述方式，發(fā)電系統(tǒng)由電力部門調(diào)度，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可調(diào)整接線方式，確保順利供電。

2.2 評(píng)估模型構(gòu)建

分布式發(fā)電指用戶現(xiàn)場(chǎng)與附近位置安裝較小的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組功率不超過30 MW，使特殊用戶的用電需求得到滿足，為配電網(wǎng)運(yùn)行提供便利。根據(jù)電網(wǎng)自身特點(diǎn)，可構(gòu)建三種可靠性評(píng)估模型，具體如下：

（1）DG作為配電網(wǎng)，該模式是假設(shè)DG容量不受限，無(wú)需考慮孤島問題，此模式過于理想化，在現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)；

（2）DG作為發(fā)電機(jī)組，該模型是在容量固定的基礎(chǔ)上，忽視特定時(shí)間內(nèi)功率輸出情況，但由于功率傳輸受到限制，應(yīng)采取措施完成配網(wǎng)孤島劃分，以此保障電力供需平衡，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；

（3）DG作為部分失效模型，以太陽(yáng)能為動(dòng)力的分布式電源，結(jié)構(gòu)包括多個(gè)模塊，由許多小發(fā)電模塊并列運(yùn)行達(dá)到額定功率，一旦某個(gè)或某幾個(gè)模塊發(fā)生故障，均會(huì)導(dǎo)致DG輸出功率受到不良影響。在該模型中輸出功率具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，需要對(duì)孤島形成、孤島劃分、概率等問題進(jìn)行綜合分析，與DG實(shí)際應(yīng)用情況相符合，因此本研究采用該評(píng)估模式，依靠區(qū)間算法對(duì)電源可靠性進(jìn)行分析。

2.3 仿真分析

以RBTS-6配電系統(tǒng)為例，利用區(qū)間算法進(jìn)行可靠性評(píng)估，分析電源接入與可靠性間的關(guān)系。在本研究的系統(tǒng)中，設(shè)有一座33 kV的變電所、40個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，7條線路與近3000家用戶，總負(fù)荷均值為10.715 MW。在該系統(tǒng)中，饋線F4是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)，采用區(qū)間算法對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)估，并簡(jiǎn)化等值。系統(tǒng)元件的各項(xiàng)數(shù)值如下：變壓器故障率點(diǎn)值為0.015、區(qū)間值為[0.012,0.018]，單位為次/km·a；計(jì)劃?rùn)z修率點(diǎn)值為0.002 5，區(qū)間值為[0.002 0,0.003 0],單位為次/km·a；故障修復(fù)時(shí)間均值的點(diǎn)值為200，區(qū)間值為[180,215],單位為h/次；計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間點(diǎn)值為8，區(qū)間值為[7,9]；11 kV線路故障率點(diǎn)值為0.065、區(qū)間值為[0.05,0.085]，單位為次/km·a；故障修復(fù)時(shí)間均值的點(diǎn)值為5，區(qū)間值為[4,6]，單位為h/次；33 kV線路故障率點(diǎn)值為0.046、區(qū)間值為[0.030,0.070]，單位為次/km·a；故障修復(fù)時(shí)間均值的點(diǎn)值為8，區(qū)間值為[7,9],單位為h/次。

在計(jì)算過程中，如若斷路器故障率為零，對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響較小，可忽略不計(jì)；斷路器在正常工作中概率為80%，隔離開關(guān)的操作時(shí)間為0.5 h，區(qū)間值為[0.40,0.6]。首先，在假設(shè)主饋線沒有備用電源的情況下，評(píng)估電網(wǎng)可靠性，可在原始參數(shù)基礎(chǔ)上對(duì)點(diǎn)值與區(qū)間值進(jìn)行計(jì)算，為了避免階數(shù)產(chǎn)生，在計(jì)算時(shí)每次只對(duì)兩個(gè)區(qū)間進(jìn)行運(yùn)算；其次，在饋線上方安裝分布式發(fā)電機(jī)，功率為2.00 MW，當(dāng)主饋線發(fā)生異常時(shí)，電源可對(duì)負(fù)荷點(diǎn)供電。根據(jù)指標(biāo)結(jié)果可知，可靠性指標(biāo)均位于區(qū)間之中，區(qū)間值可將參數(shù)變化情況進(jìn)行反饋，只要參數(shù)變化范圍始終處于預(yù)定內(nèi)，則可靠性指標(biāo)也不會(huì)超過所得區(qū)間；最后，通過對(duì)表中數(shù)據(jù)分析，得出各項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)，除停電頻率之外，剩余指標(biāo)均未發(fā)生較大變化，停電頻率均值主要指所有受系統(tǒng)控制的用戶，在統(tǒng)計(jì)階段內(nèi)停電頻率均值，與饋線連接情況無(wú)直接聯(lián)系。當(dāng)饋線出現(xiàn)故障時(shí)，分布電源作為備用電源，可為下游饋線和負(fù)荷提供電力服務(wù)，使系統(tǒng)更具可靠性。

2.4 仿真結(jié)果

由于分布電源接入位置存在差別，能夠?qū)ο到y(tǒng)可靠性產(chǎn)生較大影響。在電源接入過程中，應(yīng)在接入點(diǎn)中設(shè)置對(duì)應(yīng)的隔離開關(guān)。從仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，分布電源位置與系統(tǒng)可靠性之間存在緊密聯(lián)系，由于不同指標(biāo)大小不同，當(dāng)電源接入到[0.920 5,2.073 5]位置時(shí)，系統(tǒng)可靠性達(dá)到最佳狀態(tài)，主要原因是在該區(qū)間內(nèi)如若饋線首端出現(xiàn)異常情況，電源均可變成備用電源為系統(tǒng)提供電源，此時(shí)系統(tǒng)供電均值可用率達(dá)到99.99%，也就是每戶年均停電為0.867 h，與規(guī)定的99.9%的要求充分符合，說(shuō)明具有較強(qiáng)的供電可靠性、安全性。

3 結(jié)論

電源接入位置不同對(duì)系統(tǒng)可靠性具有不同影響，將電源作為饋線備用電源，充分發(fā)揮分布式電源的作用，能使配電網(wǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，與工程要求充分符合。