計及分布式電源的配電網(wǎng)可靠性評估

宣俊楠

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650000)

計及分布式電源的配電網(wǎng)可靠性評估

宣俊楠

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650000)

結(jié)合幾種現(xiàn)有的分析計算方法的優(yōu)點和拓?fù)鋱D論、網(wǎng)絡(luò)分層簡化的思想，應(yīng)用最小路法對比計算分布式電源在配電網(wǎng)可靠性方面產(chǎn)生的影響，并驗證分布式電源在改善電網(wǎng)可靠性方面起到了積極作用。

配電網(wǎng)；分布式電源；可靠性評估；最小路法

0 前言

分布式電源 (Distributed Generation，DG)指的是為滿足用戶特定的需要、支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運行或同時滿足這兩方面的要求，在用戶現(xiàn)場或靠近用戶現(xiàn)場配置功率為數(shù)KW到50 MW的小型、與環(huán)境兼容的發(fā)電機(jī)組，也指安裝在用戶附近的發(fā)電設(shè)施。

有分布式電源的配電網(wǎng)，在發(fā)生故障時可以形成孤島的模式運行，當(dāng)DG與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行方式接入，若不保留系統(tǒng)進(jìn)線重合閘功能則可采用不間斷供電形成孤島的模式。該模式是指當(dāng)判斷系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線出現(xiàn)故障時，不將DG解列，而是快速跳開聯(lián)絡(luò)線接入開關(guān)，并根據(jù)故障前系統(tǒng)側(cè)和各負(fù)荷功率信息以及各DG的額定功率、調(diào)節(jié)能力，同時判斷并決定是否切除部分負(fù)荷，使DG帶全部或部分負(fù)荷直接進(jìn)入孤島運行的模式。能夠不間斷地向孤島內(nèi)的全部或部分用戶供電，減小對系統(tǒng)備用的要求。

1 配電網(wǎng)可靠性的評估方法

配電網(wǎng)可靠性實際上就是配電網(wǎng)中的負(fù)荷點能以多大的可靠程度得到電系統(tǒng)供給電能的問題，它的可靠性指標(biāo)是衡量系統(tǒng)可靠性的主要標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。在進(jìn)行可靠性研究時，可以通過計算可靠性指標(biāo)來定量評估系統(tǒng)可靠性。按照評估對象的不同層次，可靠性指標(biāo)可分為負(fù)荷點指標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)兩類，系統(tǒng)指標(biāo)由負(fù)荷點指標(biāo)計算得出。

1.1 負(fù)荷點指標(biāo)

反映了各負(fù)荷點的供電可靠性程度，主要包括以下3個方面：

1)負(fù)荷點的年故障率λ，單位：次/年 (年故障次數(shù))；

2)負(fù)荷點的年平均故障停電時間U，單位：小時/年；

3)負(fù)荷點每次故障平均停電時間γ，單位：小時/次。

1.2 系統(tǒng)指標(biāo)

描述的是整個系統(tǒng)的可靠程度，由構(gòu)成這個系統(tǒng)的負(fù)荷點的可靠性指標(biāo)來綜合表現(xiàn)，在進(jìn)行可靠性評估時，一般采用多個指標(biāo)從多個側(cè)面來描述可靠性水平：

1)年平均停電頻率 SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)指每個由系統(tǒng)供電的用戶在一年內(nèi)的平均停電次數(shù)。單位為 “次/用戶·年”。

2)年平均停電時間 SAIDI(System Average Interruption Duration Index)指每個由系統(tǒng)供電的用戶在一年中經(jīng)受的平均停電持續(xù)時間，用一年中用戶經(jīng)受的停電時間的總和除以用戶總數(shù)得來。單位為 “小時/用戶·年”。

3)平均供電可用率ASAI(Average Service A-vailability Index)是指一年中用戶經(jīng)受的不停電小時總數(shù)占總供電小時數(shù)的比重。用戶要求的總供電小時數(shù)采用全年12個月平均運行的用戶數(shù)乘以一年8 760個小時。

式中：∑Ni為系統(tǒng)中用戶的數(shù)量；λi為負(fù)荷點i的故障率；Ui為負(fù)荷點i的年平均故障停電持續(xù)時間。

2 配電網(wǎng)可靠性算例分析

為了對可靠性評估的方法做出詳細(xì)的闡述，以及對比分析在有分布式電源時對可靠性產(chǎn)生了什么影響，本文假設(shè)了四個情形進(jìn)行計算：

1)樹形單分支配電網(wǎng)的可靠性；

2)分支間可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)供電時的可靠性；

3)考慮電源的故障時的可靠性；

4)當(dāng)有分布式電源投入運行時的可靠性。

圖1 樹形結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)

算例所用配電網(wǎng)如圖所示，為一個由小母線，輸電線，變壓器，斷路器和隔離開關(guān)組成的放射形配電網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)的參數(shù)假設(shè)為：

表1 各元件的可靠性指標(biāo)

表2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)

2.1 單分支網(wǎng)絡(luò)的可靠性

若兩主電源為理想電源，不考慮其故障，聯(lián)絡(luò)開關(guān)K1斷開。則對每一個分支作簡單的計算即可。

負(fù)荷點的可靠性指標(biāo)計算方法以負(fù)荷點1為例。

負(fù)荷點1的年故障率λ：

負(fù)荷點1的年平均故障時間U：

負(fù)荷點1的每次故障平均停電時間：

用該計算方法得出各分支分列運行下配網(wǎng)中每個負(fù)荷點的可靠性指標(biāo)：

表3 單分支網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷點可靠性指標(biāo)

得到系統(tǒng)中每個負(fù)荷點的可靠性指標(biāo)后，代入系統(tǒng)可靠性指標(biāo)公式，得出該情形系統(tǒng)可靠性：

2.2 分支間可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)供電

當(dāng)有支路間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)參與運行時，即開關(guān)K1在需要時可控制其開合。假設(shè)負(fù)荷點2在其上游節(jié)點出現(xiàn)故障時，可通過開關(guān)K1的閉合由母線F2對其進(jìn)行供電，當(dāng)負(fù)荷點6的上游發(fā)生故障時，可通過開關(guān)K1的閉合由母線F1對其進(jìn)行供電。計算可見，由于負(fù)荷點2和負(fù)荷點6可通過分支間聯(lián)絡(luò)開關(guān)通過其他分支供電，其可靠性得到了明顯的改善。

將各負(fù)荷點指標(biāo)代入系統(tǒng)可靠性指標(biāo)公式，得出系統(tǒng)可靠性指標(biāo)：

2.3 電源故障時電網(wǎng)可靠性指標(biāo)

當(dāng)考慮電源F1、F2的故障時，通過上述方法計算得出各負(fù)荷點可靠性指標(biāo)，可見，由于電源的故障，使得配電網(wǎng)負(fù)荷點的可靠性下降了，將負(fù)荷點指標(biāo)帶入系統(tǒng)公式，得到系統(tǒng)指標(biāo)：

2.4 有分布式電源時電網(wǎng)可靠性

假設(shè)電源接入位置和所形成的孤島為圖2所示：

圖2 形成孤島示意圖

DG參與運行后，對配電網(wǎng)中的負(fù)荷點6和負(fù)荷點7的運行產(chǎn)生了影響，對該配網(wǎng)的可靠性產(chǎn)生了影響。由數(shù)據(jù)可見，由于負(fù)荷點6和負(fù)荷點7上游發(fā)生故障時，可由DG對其進(jìn)行供電而不會造成停電，所以DG的投入降低了負(fù)荷點6和負(fù)荷點7的故障率。

將各負(fù)荷點可靠性指標(biāo)帶入系統(tǒng)公式得出可靠性系統(tǒng)指標(biāo)：

2.5 結(jié)果分析

將以上四種假設(shè)情形下計算得到的可靠性系統(tǒng)指標(biāo)列入表4進(jìn)行比較分析：

表4 四種情況下的系統(tǒng)指標(biāo)

對比情形1和情形2，可以看出在有聯(lián)絡(luò)線的影響時，系統(tǒng)的平均故障率降低了，系統(tǒng)的平均故障持續(xù)時間也降低了，系統(tǒng)的供電可用率提高了，不同分支間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)互為備用可以提高配電網(wǎng)的可靠性。

對比情形2和情形3，可以看出電源的故障對配電網(wǎng)的可靠性影響非常大，如果電源不理想，則加大了系統(tǒng)的平均故障率，增加了系統(tǒng)平均故障持續(xù)時間，降低了配電網(wǎng)的供電可用率。電源可靠性越高，相應(yīng)的配電網(wǎng)的可靠性也就越高。

對比情形3和情形4，可以看出分布式電源的投入運行，對配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)有較大的影響，它降低了系統(tǒng)的平均故障率，減少了系統(tǒng)平均故障持續(xù)時間，增加了系統(tǒng)供電可用率。分布式電源作為備用電源的形式投入電網(wǎng)運行，明顯提高了配電網(wǎng)的可靠性。

3 結(jié)束語

通過計算結(jié)果分析可以表明，分支間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)互為備用對電網(wǎng)的運行有積極的作用，能夠提高配電網(wǎng)的靈活性和可靠性；電源的質(zhì)量在配電網(wǎng)的可靠性評估中的影響比較大，提高供給電源的可靠性對提高配電網(wǎng)可靠性有關(guān)鍵的作用；分布式電源作為電網(wǎng)的備用電源的形式運行，對配電網(wǎng)的可靠性和靈活性也有很明顯的作用，分布式電源合理的接入方式和接入位置對配電網(wǎng)的可靠性有較大的改善效果。

本文介紹了評估配網(wǎng)可靠性的幾個常用的接點指標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)，運用了最小路法進(jìn)行算例計算，假設(shè)了在幾個不同的情形，計算說明了幾個影響配電網(wǎng)可靠性的因素，并且驗證了分布式電源作為備用電源接入電網(wǎng)對供電可靠性的提高具有積極的作用。

隨著電力的改革和電力市場的逐步放開，從我們的國情出發(fā)，分布式電源符合可持續(xù)發(fā)展、節(jié)約能源、發(fā)展新型能源、減少環(huán)境污染，所以發(fā)展分布式發(fā)電技術(shù)是我國發(fā)展和諧社會的必然選擇。分布式電源的接入對配電網(wǎng)可靠性以及經(jīng)濟(jì)性的提高具有的貢獻(xiàn)，是用戶和電力企業(yè)密切關(guān)注的問題，因此，研究計及分布式發(fā)電的配電網(wǎng)的可靠性具有重要的意義。

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Reliability Assessment of Distribution Network with Distributed Generation

XUAN Junnan
(Kunming Power Supply Bureau，Kunming 650000，China)

This paper made some analysis about distribution system reliability which has DG.In this paper，several existing calculation method have been combined，application for a small tree radial structure of distribution network，Contrast to describe the impact of DG of a distribution network reliability，and verify that the DG has played a positive role in improving grid reliability.

distribution system；distributed power；reliability assessment；minimal path method

TM74

B

1006-7345(2015)06-0041-04

2015-06-01

宣俊楠 (1989)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，從事繼電保護(hù)工作 (e-mail)407797062＠qq.com。