多結(jié)構(gòu)直流配電網(wǎng)可靠性分析

丁倩影

（三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北宜昌 443000）

引言

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為了電力工業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。因此，對(duì)多結(jié)構(gòu)化直流配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行分析具有重要意義。截至目前，已有諸多學(xué)者對(duì)多結(jié)構(gòu)化直流配電網(wǎng)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[1,2]運(yùn)用部件計(jì)數(shù)法，分析了直流配電網(wǎng)設(shè)備的可靠性；文獻(xiàn)[3,4]研究了交、直流配電網(wǎng)的可靠性差異；文獻(xiàn)[5]基于可靠性研究，對(duì)未來(lái)直流配電網(wǎng)的完善提出了相關(guān)建議。

基于上述研究，首先介紹了直流配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后闡述了基于最小割集法的可靠性評(píng)估方法，最后運(yùn)用最小割集法仿真計(jì)算了不同結(jié)構(gòu)下的可靠性指標(biāo)。

1 直流配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

當(dāng)前直流配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

（1）輻射型

采用輻射型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)大范圍受到影響，因此該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障容錯(cuò)率較低[6]。

（2）雙端手拉手型

采用雙端手拉手型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，由于該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有雙向流動(dòng)通道[7]，可以有效降低故障率。

（3）多源環(huán)型

采用輻射型多源環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)迅速定位到故障點(diǎn)，因此可靠性較高。

2 最小割集搜索法

運(yùn)用負(fù)荷最小搜索法，可以將配電網(wǎng)可靠性分析過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)橛筛罴碚鞯呢?fù)荷點(diǎn)故障事件集合。負(fù)荷點(diǎn)的可靠性參數(shù)為：

式中，F(xiàn)為負(fù)荷點(diǎn)的所有割集集合。

3 算例分析

3.1 不同結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)可靠性分析

分別對(duì)交流、輻射型直流、雙端手拉手直流、單源環(huán)型直流、多源環(huán)型直流配電網(wǎng)采用最小割集方法進(jìn)行仿真計(jì)算，得到不同系統(tǒng)的平均供電可用率對(duì)比如圖1所示。由圖1可知，交流配電網(wǎng)的平均供電可用率最高，數(shù)值為0.999 646，而輻射型直流配電網(wǎng)為最低，數(shù)值為0.997 604。對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平均停電時(shí)間進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，輻射型直流配電網(wǎng)的系統(tǒng)停電時(shí)間最長(zhǎng)，而雙端手拉手型和多源環(huán)型的停電持續(xù)時(shí)間較短、系統(tǒng)整體可靠性較高。

對(duì)不同負(fù)荷比情況下的供電可用率進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著直流占比的提高，直流配電網(wǎng)的供電可用率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而手拉手直流配電網(wǎng)的供電用戶率隨之增加。由此可得，相較于交流配電網(wǎng)，直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

3.2 關(guān)鍵設(shè)備冗余配置影響分析

計(jì)算手拉手型直流配電網(wǎng)在不同關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)部元件冗余下的系統(tǒng)平均供電可用率，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，直流變壓器冗余對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響較大，但直流斷路器及MMC換流站冗余對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響較小。

仿真計(jì)算關(guān)鍵部件冗余度對(duì)系統(tǒng)可靠性增益比的影響，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，直流變壓器冗余和直流斷路器冗余的系統(tǒng)可靠性增益比較高，隨著冗余度的不斷增加，元件冗余對(duì)系統(tǒng)可靠性增益比呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

4 結(jié)論

運(yùn)用最小割集法仿真計(jì)算了不同結(jié)構(gòu)下的可靠性指標(biāo)，并進(jìn)行了關(guān)鍵設(shè)備冗余配置影響分析，為直流配電網(wǎng)的可靠性研究可提供一定的理論依據(jù)。