基于配網重構的交直流混聯配電網可靠性分析

程林，王旭，黃俊輝，李琥，常垚

(1．清華大學電機工程與應用電子技術系，北京市 100084；2.國網江蘇省電力公司經濟技術研究院，南京市 210009)

基于配網重構的交直流混聯配電網可靠性分析

程林1，王旭1，黃俊輝2，李琥2，常垚1

(1．清華大學電機工程與應用電子技術系，北京市 100084；2.國網江蘇省電力公司經濟技術研究院，南京市 210009)

傳統10 kV等級供電區域為開環運行，并且區域之間聯絡開關都處于冷備用狀態，一旦發生變壓器故障，在聯絡開關閉合前負荷供電中斷。同時變電站的主變設備設計容量大，主變壓器平均負載率較低。一種好的解決方法是在傳統10 kV交流配網中加入多端柔性直流互聯裝置建立交直流混聯配電網。根據交直流混聯配電網的特點，提出了一種適合于交直流混聯配電網的可靠性評估方法，在保證系統可靠性的基礎上，研究是否可以減小變壓器容量冗余。建立了考慮備用元件的多端柔性直流互聯系統的可靠性模型，采用支路交換法在變壓器故障時進行配電網重構為負荷恢復供電。通過對加入多端柔性直流互聯裝置的10 kV配電網算例進行可靠性評估，結果證明了多端柔性直流互聯裝置接入配電網后，可以提高系統可靠性，同時根據系統配網重構的結果證明系統主變壓器的設計容量可以減小。

交直流混聯配電網；配網重構；可靠性；平均負載率

0 引 言

我國10 kV配電網為了防止高低壓電磁環網大都為環形結構，但采用開環運行的方式。區域之間的聯絡開關正常處于斷開狀態使得10 kV供電區域的供電來源單一。一旦發生變壓器故障(N-1故障)而失去單一電源，在線路聯絡開關閉合之前負荷就會失去電源使得該區域的生產和人們的生活受到影響。同時傳統交流配電網為了保證相鄰饋線的主變壓器發生故障時可以為該饋線的負荷供電，變壓器的容量冗余配置較大，造成主變壓器的平均負載率較低。

柔性直流互聯裝置可以對有功功率、無功功率實行解耦控制，能夠快速靈活地調節有功功率和無功功率。傳統10 kV交流配電網在加入多端柔性直流互聯裝置后形成交直流混聯配電網，多端柔性直流裝置構成的直流網絡可以互聯多個饋線，可以顯著提高系統中變壓器“N-1”故障時的負荷轉供能力[1-6]。

文獻[7-11]建立了多端柔性直流互聯裝置的可靠性模型，將多端柔性直流互聯裝置按功能和容量分成各個子模塊建模，也考慮了各模塊中元件帶有備用的可靠性模型，最后再按子模塊串聯關系得到多端柔性直流互聯裝置的可靠性模型。文獻[12]是對直流配電網的可靠性評估，文獻[13-16]是對交流配電網的可靠性評估，文獻[17-19]給出了不同的配網重構方法。

目前國內外對于在10 kV交流配網中加入多端柔性直流互聯裝置構成的交直流混聯配電網的可靠性評估方面研究較少。鑒于此，本文在參考國內外研究的基礎上，提出一種對含多端柔性直流互聯裝置的交直流混聯配電網可靠性評估的方法，在保證系統可靠性的基礎上，研究是否可以減小變壓器容量冗余。該方法首先對多端柔性直流互聯裝置建立可靠性模型，考慮裝置內主要元件帶有備用的情況。該方法同時根據多端柔性直流互聯裝置功率可調的特點，考慮到配電網中主變壓器發生故障時，用支路交換法進行配網重構恢復負荷供電，從而可系統地評估含多端柔性直流互聯裝置的交直流混聯配電網的系統可靠性，并根據計算結果得到系統饋線變壓器所需備用容量可減少的結論。

本文第1節建立考慮備用元件的多端柔性直流互聯裝置的可靠性模型；第2節闡述本文提出的考慮配網重構的一種含多端柔性直流互聯裝置的交直流混聯配電網的可靠性評估算法；第3節通過算例給出對本文所提出可靠性計算方法的演示，說明安裝多端柔性直流互聯裝置在保證系統可靠性的前提下，可以減小主變壓器設計容量冗余。

1 多端柔性直流互聯裝置等效建模

1.1 多端柔性直流互聯裝置子系統劃分

多端柔性直流互聯裝置的核心元件是換流橋，其通常采用全控電力電子器件構成的電壓源換流器(voltage source converter，VSC)，見圖1。主要設備一般包括：換流橋、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、直流線路和極設備、控制及保護系統等。

圖1 柔性直流互聯裝置結構Fig.1 Structure of flexible DC interconnection

為使問題簡化，根據文獻[7-11]給出的多端直流互聯裝置可靠性評估方法，將多端柔性直流互聯裝置按照功能和連接關系劃分為若干個子系統[11]。

(1)換流橋子系統：主要有換流閥組、換流閥冷卻設備及保護裝置等。換流器采用模塊化多電平電壓源換流器(modular multi-level converter，MMC)。

(2)換流變壓器子系統：單相三繞組換流變壓器、交流側斷路器等。

(3)交流濾波器子系統：交流側濾波器、相電抗器等。

(4)控制及保護子系統。

(5)直流線路子系統：主要有直流斷路器、直流電抗、直流輸電線路。

(6)極設備子系統：包括中性點接地支路及相關開關元件。

1.2 多端柔性直流互聯裝置子系統可靠性模型

已經投入工程應用的柔性直流輸電工程，考慮到傳輸容量等影響因素，都采用了雙極兩線制結構，即不采用大地或海水作為回路，因而多端柔性直流互聯裝置不存在單極運行的情況，即運行狀態只有100%容量和0容量2種狀態。按照容量水平建立子系統的狀態空間圖，同時也可將子系統的狀態空間圖組合成整個系統的狀態空間圖[9]。因為多端柔性直流互聯裝置及組成原件是可修復的，且每個元件的狀態數是有限的，主要是運行、維修、安裝3種狀態，并且每個原件的壽命和修復時間都服從指數分布，所以可將整個系統看作在空間上具有若干的離散可識別的狀態，且在時間上是連續的系統，可以用穩態馬爾科夫過程來建模[15]。

多端柔性直流互聯裝置連接主要交流饋線，在變壓器發生故障時進行負荷轉供，具有重要作用。但多端柔性直流互聯裝置很多重要設備結構復雜并且維修時間長，如果子系統中設備發生故障，整個系統可能將無法運行，因而一些重要設備都有備用元件。對于變壓器、交流濾波器等一次設備，由于電壓等級較高一般都采用冷備用方式，而控制保護系統的設備電壓等級低、便于更換，都采用熱備用[10]。對于各個子系統的建模需要考慮到備用的情況。

1.2.1 無備用元件的可靠性模型

直流線路子系統因為直流線路故障后不易更換因而故障后以維修為主，所以本文中采用無備用元件的可靠性模型。

不考慮元件備用時，用狀態轉移圖來模擬元件的運行、維修、安裝3個隨機過程。狀態空間圖如圖2所示，100%表示100%容量狀態；λ為元件的故障率，次/a；μ為元件的修復率，次/a；γ為元件的安裝率，次/a。

圖2 不帶備用的狀態轉移圖Fig.2 State transition diagram of component without spare

根據圖2狀態轉移圖可列寫無備用時，元件的轉移概率矩陣A[15]：

(1)

(2)

求解式(2)中的方程組，得到各個狀態對應的穩態概率p1,p2,p3。

1.2.2 帶備用元件的可靠性模型

當設備分別帶一個冷備用元件和2個冷備用元件時，狀態轉移圖如圖3和圖4[9]。

換流變壓器子系統、交流濾波器子系統、極設備子系統中元件電壓等級高、體積大、修復時間長、更換過程比較費時，本文采用帶一個冷備用元件的可靠性模型。

圖3 元件帶1個備用的狀態轉移圖Fig.3 State transition diagram of component with one spare

圖4 元件帶2個備用的狀態轉移圖Fig.4 State transition diagram of component with two spare

1.2.3 帶熱備用元件的可靠性模型

換流橋子系統的主要元件MMC換流閥、控制及保護子系統中的元件電壓等級相對較低、體積較小、易于更換，可以設置多個備用元件，所以本文中采用帶熱備用元件的可靠性模型。

MMC換流閥的基本電路單元為子模塊，各相橋臂是通過具有相同結構的多個子模塊和1個橋臂電抗器串聯而成，換流器的電壓由串聯的子模塊電壓級聯組成，因而可以通過改變橋臂上串聯的子模塊數量來改變換流器的電壓和輸出功率。假設總共有n個子模塊，只要有k個正常運行則系統正常運行。當運行中的子模塊發生故障則退出運行，由備用的子模塊迅速進入工作狀態，保證系統正常運行不受影響，每個子模塊都只有故障、正常2種狀態[5]。根據這個特點可以用k/n(G)模型來進行等效。對于保護系統等同樣具有熱備用的元件，也可以用該方法進行等效建模。

假設n個元件的壽命都服從指數分布，故障率為λ，則可靠度為p=e-λt，不可靠度為q=1-e-λt，則換流閥的可靠度函數[15]為

(3)

換流閥的平均無故障時間為

(4)

1.2.4 兩狀態模型

為了評估整個交直流混聯配電網的可靠性，將多端柔性直流互聯裝置等效為一條輸電線路，需要按100%容量和0容量2種狀態將各個子系統的狀態合并為兩狀態等效轉移模型，再按子模塊的串并聯關系得到多端柔性直流互聯裝置的兩狀態等效模型，如圖5所示。

圖5 子模塊的兩狀態等效模型Fig.5 Equivalent model of sub-module under two states

圖中λeq和μeq分別為狀態合并后的等效故障率和等效修復率，計算方法[10]如下：

(5)

(6)

集合A和B分別為子系統所有運行狀態的集合和所有故障狀態的集合。以圖3中帶一個備用的元件的狀態轉移圖為例，得到：

(7)

(8)

式中pi表示狀態i的穩定概率，可通過確定元件的可靠性模型后列寫元件的狀態轉移概率矩陣，求解式(2)得到。

1.3 柔性直流互聯裝置系統的可靠性模型

各個子系統按照上文所述方法建立兩狀態模型，6個子系統都對整個系統的運行有重要的影響，任一子模塊故障，系統都要退出運行狀態，因此整個系統的可靠性評估模型可以看作是6個子系統的可靠性評估模型串聯而成，得到整個系統的模型[9]，如圖6所示。

圖6中λeq和μeq分別是各個子系統的等效故障率和等效修復率，求取方法如上文。按照元件串聯的關系可以求得整個柔性直流互聯裝置的兩狀態模型和對應的可靠性指標。

圖6 柔性直流互聯裝置狀態空間圖Fig.6 State space diagram of flexible DC interconnection system

2 可靠性評估算法

在得到多端柔性直流互聯裝置的可靠性模型后，在對交直流混聯配電網進行可靠性評估時，可將多端柔性直流互聯裝置等效為一條線路[7]。

帶有多端柔性直流互聯裝置的交直流混聯配電網，對負荷來說相當于多電源供電。饋線變壓器發生故障，系統通過聯絡開關的閉合，調整多端柔性直流互聯裝置流通的有功功率，進行配網重構來恢復負荷供電。變壓器和多端柔性直流互聯裝置對所帶饋線的負荷相當于并聯關系，運用并聯公式可求出變壓器、多端柔性直流互聯裝置組成的等效電源的故障率和每次故障平均停運時間累加到負荷的可靠性指標。

λp=λ1λ2(r1+r2)

(9)

rp=r1r2/(r1+r2)

(10)

Up=λprp

(11)

式中：λi表示元件故障率；ri表示元件每次故障平均停運時間；λp、rp、Up分別表示并聯系統的故障率、每次故障平均停運時間、年平均停運時間。

由文獻[16]總結有基本的中壓網絡負荷的可靠性參數計算方法：

(12)

(13)

式中：λi和Ui分別表示中壓饋線負荷點的年故障率和年平均停運時間；f表示中壓負荷點連接的低壓饋線；λj表示低壓饋線的故障率；Λ表示區域線路發生故障時，只有等線路修復后，負荷才能恢復供電；tr為線路修復時間；M表示區域線路發生故障時，只需隔離故障線路，在隔離設備重合閘后就可由主網絡饋線恢復負荷供電；tq為隔離開關和斷路器設備重合閘時間之和；N表示區域線路故障，負荷可以通過網絡重構由其他未發生故障的饋線恢復供電；tc為網絡重構完成時間。

以下將介紹本文采用的故障模式下采用支路交換法的配網重構。

2.1 故障模式下配網重構

城市10kV交流配電網大都采用閉環設計，開環運行的方式，配網重構的方式可以選取支路交換法[17]。在10kV輻射狀配電網中，閉合一個聯絡開關會形成環路，為了保持輻射狀結構，需要打開環路上一個分段開關。而對于輻射狀配電網，饋線越長，饋線末端負荷的端電壓越可能不滿足運行要求，所以應盡量由多端柔性直流互聯裝置為負荷恢復供電，避免其他變壓器所帶饋線過長。每當通過支路交換法形成新的配電網結構，先檢查是否符合約束條件，如符合約束條件，再計算系統失負荷量，選取系統失負荷量最小的結構為最優配網重構結構。

配網重構的目標函數為

minLdloss

(14)

式中Ldloss為系統切負荷量，即負荷能量損失量或負荷停電時間。

配網重構要滿足3個約束條件。

(1)網絡拓撲約束：

gk∈G

(15)

式中：gk為重構后網絡拓撲結構；G為所有可行的輻射狀網絡拓撲的集合。

(2)功率約束：

(16)

式中：Sk為電源點能夠提供的復功率；Sl,i為電源點所在饋線的第i個負荷的復功率；C為電源點所在饋線的負荷集合。

(3)負荷端電壓約束和支路電流約束：

(17)

在通過閉合聯絡開關，打開分段開關形成新的輻射狀配電網拓撲的配網重構過程中，某一饋線可能需要承擔相鄰饋線的負荷，導致饋線過長，支路末端負荷端電壓不滿足運行約束，此時需要重新進行配網重構。即每一電源所帶饋線不能太長，因為10kV輻射狀配電網每一段饋線對應一個負荷，所以電源帶負荷數有限，得到等效約束條件：

Nk,l≤Nk

(18)

式中：Nk,l為饋線k的負荷數；Nk為饋線k最大能帶負荷數。

對于開環輻射狀配電網，饋線越長，饋線末端負荷端電壓下降越多，可能不滿足運行約束。配網重構，首先增加多端柔性直流互聯裝置提供的有功功率，由故障變壓器原饋線的多端柔性直流互聯裝置為負荷供電。當多端柔性直流互聯裝置提供的功率不足，負荷再通過閉合饋線末端聯絡開關向相鄰饋線轉移，負荷轉供完畢進行約束條件檢查，不符合約束條件，則再次增大多端柔性直流互聯裝置的輸出功率，檢查約束條件，直到所有饋線都符合約束條件，一次配網重構完成。對重構后的配電網系統采取故障模式分析法計算系統的失負荷量，并記錄。

2.2 算法步驟

本文提出的交直流混聯配電網可靠性評估流程如圖7所示。

圖7 交直流混聯配電網可靠性評估流程Fig.7 Reliability evaluation process for DC/AC hybrid distribution network

(1)通過深度優先搜索算法分析輻射狀配電網的初始化結構。

(2)假定一條線路的主變壓器發生故障，通過聯絡開關的閉合和調整多端柔性直流互聯裝置的有功功率來實現配網重構。

(3)配網重構的方式為支路交換法，每閉合一個聯絡開關形成環路的同時，打開環路上的一個分段開關，始終保持配電網的輻射狀結構，優先調整多端柔性直流互聯裝置輸出功率恢復負荷供電，選取變壓器所帶饋線長度增加較少的配網重構方案。

(4)每當形成一個配網結構，對其進行安全校驗，如果配網重構方案不滿足約束條件，回到步驟(3)重新進行配網重構。

(5)對于符合約束條件的配網重構方案，計算系統失負荷量并記錄方案的配網結構和系統失負荷量。

(6)當所有開關交換項執行完畢，比較得到的配網重構方案的系統失負荷量，選取系統失負荷量最小的方案作為該變壓器故障情況下的配網重構方案。

(7)當所有變壓器故障模式都枚舉完畢，進行負荷損失分析后，就可以計算得到交直流混聯配電網的可靠性指標。

3 算例分析

3.1 算例系統介紹

本文采用圖8作為算例分析，該系統的參數如下。

(1)系統中涉及了4臺變壓器下的中壓配電系統，變壓器容量均為50 MVA。

(2)為了便于說明網絡重構過程，圖8中繪出了6條中壓饋線，所有饋線通過隔離開關分為3段。

(3)為便于說明計算流程，省略對系統中其他饋線的建模，這部分饋線的總負荷在圖8中給出。圖中標注負荷數值的饋線都和其他饋線通過聯絡開關連接，在圖中未畫出。在出現變壓器故障時標注負荷數值的饋線不會出現電壓下降等問題，可實現正常的負荷轉供。

(4)系統中用數字標注的負荷均為2 MVA。

(5)設系統中安裝有單端容量為9 MVA的3端柔性直流互聯裝置。

(6)圖8中聯絡開關N/O正常狀態是打開的，配網重構需要時閉合。

表1[9]給出了多端柔性直流互聯裝置中主要組合元件的可靠性原始參數，線路元件可靠性參數如表2所示。

圖8 算例模型

表2 交流系統元件的可靠性指標Table 2 Reliability indices of AC components

3.2 多端柔性直流互聯裝置可靠性參數

根據本文第1節的方法，由表1計算得到的按上文劃分的多端柔性直流互聯裝置的子模塊等效可靠性參數如表3所示。

最終得到多端柔性直流互聯裝置的可靠性參數如表4所示。

3.3 交直流混聯配電網的可靠性評估

進行評估時，首先對變壓器故障進行枚舉，按照第2節的算法求取每一個變壓器故障下的系統最佳配電網重構方案，得到負荷在各個變壓器故障下的狀態后，就可以計算得到交直流混聯配電網的可靠性指標。

表3 柔性直流互聯子系統等效兩狀態可靠性參數
Table 3 Reliability parameters of flexible DC interconnection subsystem under equivalent two states(次·a-1)

表4 柔性直流互聯裝置可靠性參數Table 4 Reliability indices of flexible DC interconnection device

例如當變壓器2發生故障時，進行網絡重構后變壓器的帶負載關系見表5。

表5 變壓器2故障配網重構方案
Table 5 Network reconfiguration scheme for
2nd transformer fault

以負荷點10為例，該負荷點的停電時間為：

λp=λ1λ2(r1+r2)=2.09×1.2×(11.39+
12)/8 760次/a=6.70×10-3次/a

(19)

rp=r1r2/(r1+r2)=11.39×
12/(11.39+12) h=5.84 h

(20)

式中：λ1、λ2分別為多端柔性直流互聯裝置故障率、變壓器2故障率；r1、r2分別為多端柔性直流互聯裝置每次故障平均修復時間、變壓器2每次故障平均修復時間；λp為等效并聯電源的故障率，次·a-1;rp為每次故障平均修復時間,h。

(21)

式中：λi為給負荷供電的饋線的故障率；ri為饋線故障的平均修復時間；D為對該負荷點供電有影響的饋線段集合；U為該負荷點的停電時間，h。

選取平均供電可用率指標(average service availability index, ASAI)作為系統可靠性評價指標，計算公式為

(22)

式中：Ni為負荷點i的用戶數；Ui為負荷點i的年停電時間；R為系統所有負荷點的集合。

進而得到如表6所示的交直流混聯配電網的可靠性指標。

表6 系統可靠性指標
Table 6 Reliability indices of system %

3.4 柔性直流互聯的優勢分析

針對圖8中的算例進行進一步的研究，可以發現實行3端柔性直流互聯具有如下的優勢。

(1)故障狀態下提高負荷轉供速度，進而提升系統可靠性。加入柔性直流互聯裝置后，變壓器2和變壓器1、3通過3端柔性直流互聯裝置連接從而互為備用。一旦變壓器2發生故障，3端柔性直流互聯裝置可以立即提高輸送有功功率，由變壓器1、3共同為負荷平穩地供電，不需要閉合聯絡開關沒有開關操作時間，有效減小了負荷停運率，縮短了停電時間。因為原系統可靠性已較高，所以提升可靠性難度較高，在 10 kV配電網中加入多端柔性直流互聯裝置在較高的可靠性水平下進一步提高了系統可靠性，這一配電網設計可在一些負荷大、對供電要求高的地區實行。表6給出的計算結果，驗證了上述分析。

(2)降低系統所需備用容量，提高變壓器負載率。假設在圖8配電網中沒有安裝多端柔性直流互聯裝置，聯絡開關可以迅速閉合并且忽略故障，同時忽略饋線故障。當變壓器2發生故障時需要閉合變壓器1、2所帶饋線的聯絡開關，變壓器1、2所帶負荷均由變壓器1供電，變壓器的最小容量至少為50 MVA。變壓器1、2均正常運行時變壓器1的平均負載率為44%，變壓器2的平均負載率為56%。有多端柔性直流互聯裝置時，當變壓器2故障，變壓器1、3可通過柔性直流互聯裝置為變壓器2所帶負荷供電，同時變壓器3的部分負荷還可由變壓器4供電，變壓器容量最小都可以取40 MVA。正常運行狀態時變壓器1、4的平均負載率是55%，變壓器2、3的平均負載率是70%。

4 結 論

本文建立了考慮備用元件的中壓多端柔性直流互聯裝置的可靠性模型，并提出了考慮多端柔性直流互聯裝置自身可靠性模型、配電網故障后網絡重構恢復負荷供電的交直流混聯配電網可靠性評估方法，并通過算例驗證了方法的有效性。

算例表明，多端柔性直流互聯裝置接入配電網后，可以通過提高負荷轉供速度，提供備用容量2方面的作用來提高系統可靠性，在保證系統可靠性的基礎上，還可以降低主變壓器的設計容量進而顯著提高系統平均負載率。

[1]VAN HERTEM D, GHANDHARI M. Multi-terminal VSC HVDC for the European Supergrid[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14(9)：3156-3163.

[2]黃仁樂，程林，李洪濤.交直流混合主動配電網關鍵技術研究[J].電力建設，2015，36(1)：46-51. HUANG Renle, CHENG Lin, LI Hongtao. Research on key technology of AC/DC hybrid active distribution network[J]. Electric Power Constructure，2015，36(1)：46-51.

[3]黃華. 柔性直流輸電在城市電網中應用的可行性[J].電氣技術，2011(8)：29-32. HUANG hua. The application of VSC-HVDC in urban power grid [J]. Electrical Engineering，2011(8)：29-32.

[4]曾嘉思，徐習東，趙宇明. 交直流配電網可靠性對比[J].電網技術，2014，38(9)：2582-2589. ZENG Jiasi, XU Xidong, ZHAO Yuming. Reliability comparision of AC and DC distribution network[J]. Power System Technology，2014，38(9)：2582-2589.

[5]馬為民，吳芳劼，楊一鳴，等.柔性直流輸電技術的現狀及應用前景分析[J].高電壓技術，2014，40(8)：2429-2439. MA Weimin, WU Fangjie, YANG Yiming, et al. Flexible HVDC transmission technology’s today and tomorrow [J].High Voltage Engineering，2014，40(8)：2429-2439.

[6]湯廣福，羅湘，魏曉光. 多端直流輸電與直流電網技術[J].中國電機工程學報，2013，33(10)：8-17. TANG Guangfu, LUO Xiang, WEI Xiaoguang. Multi-terminal HVDC and DC-grid technology[J]. Proceeding of the CSEE，2013，33(10)：8-17.

[7]丁明，李小燕，畢銳，等. 含VSC-HVDC的交直流混合發輸電系統可靠性評估[J].電網技術，2008，32(16):53-58. DING Ming, LI Xiaoyan, BI Rui, et al. Reliability assessment of Hybrid AC/DC power system containing VSC-HVDC[J]. Power System Technology，2008，32(16)：53-58.

[8]丁明，王京景，宋倩.基于k/n(G)模型的柔性直流輸電系統換流閥可靠性建模與冗余性分析[J]，電網技術，2008，32(21)：32-36，41. DING Ming，WANG Jingjing，SONG Qian. Reliability modeling and redundancy analysis of converter values for VSC-HVDC power transmission system based onk-out-of-n: G model [J], Power System Technology，2008，32(21)：32-36，41.

[9]丁明，畢銳，王京景.基于FD法和模型組合的柔性直流輸電可靠性評估[J].電力系統保護與控制，2008,36(21):33-37. DING Ming, BI Rui, WANG Jingjing. FD method and combined model for reliability assessment of HVDC flexible[J]. Power System Protection and Control，2008,36(21):33-37.

[10]孫宇斌，劉文霞，裘劍明，等.計及備用元件的柔性直流輸電系統可靠性評估方法[J].現代電力，2013,30(1):8-12. SUN Yubin, LIU Wenxia, QIU Jianming, et al. The reliability evaluation method for VSC-HVDC system by considering of standby components[J]. Modern Electric Power，2013,30(1):8-12.

[11]任震，黃雯瑩，冉立.高壓直流輸電可靠性評估[M].北京：中國電力出版社，1996: 44-60.

[12]GREINER C J, LANGELAND T, SOLVIK J. Reliability evaluation of multi-terminal DC networks with DC circuit breakers[C]//IEEE Trondheim Power Tech. Trondheim，Norway：IEEE，2011: 1-8.

[13]XIE Kaigui, CAO Kan, YU D C. Reliability evaluation of electrical distribution network containing multiple overhead feeders on a same tower[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2011，26(4)：2518-2525.

[14]WANG Z, SHOKOOH F, QIU J. An efficient algorithm for assessing reliability indexes of general distribution systems[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2002, 17(3)：608-614.

[15]程林，何劍.電力系統可靠性原理和應用[M].北京：清華大學出版社，2015：320-333.

[16]謝翔，袁越，李振杰.含微網的新型配電網供電可靠性分析[J].電力系統自動化，2011，35(9)：67-72. XIE Xiang, YUAN Yue, LI Zhenjie, Reliability analysis of a novel distribution network with microgrid[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011，35(9)：67-72. [17]王守相，王成山.現代配電系統分析[M].北京：高等教育出版社，2014：193-196.

[18]GUO Jingli, WANG Xiuli, BIE Zhaohong, et al. Reliability modeling and evaluation of VSC-HVDC transmission systems[C]//PES General Meeting/Conference & Exposition. Washington, USA：IEEE, 2014.

[19]GUPTA N, SWARN A, NIAZI K R. A modified branch-exchange heuristic algorithm for large-scale distribution networks reconfiguration[C]//2012 Power and Energy Society General Meeting. San Diego, USA: IEEE, 2012.

(編輯 張媛媛)

Reliability Analysis of AC/DC Hybrid Distribution Network Based on Network Reconfiguration

CHENG Lin1, WANG Xu1, HUANG Junhui2, LI Hu2, CHANG Yao1

(1.Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;2. State Grid Jiangsu Economic Research Institute, Nanjing 210009, China)

Traditional 10kV distribution network runs in the open-loop mode and the contact switch between regions is in cold standby state. If a transformer fault occurs, before the contact switch closes, the load is out of power. Meanwhile, the main transformer in substation is designed with large capacity, and the average load rate of the main transformer is low. It’s a good solution to establish AC/DC hybrid distribution network by adding the multi-terminal flexible DC interconnection into the traditional 10kV AC distribution network. According to the characteristics of AC/DC hybrid distribution network, this paper proposes a new reliability evaluation method for AC/DC hybrid distribution network, in order to explore whether the transformer capacity redundancy can be reduced with keeping the reliability of the system. We construct the reliability model of multi-terminal flexible DC interconnection with considering the spare components, and adopt network reconfiguration to restore power to load with using branch exchange method during transformer fault. According to the reliability evaluation of a 10kV distribution network with multi-terminal flexible DC interconnection, the results prove that the reliability of distribution network increases after adding the multi-terminal flexible DC interconnection. Meanwhile, the results of the network reconfiguration prove that the designed capacity of the main transformer can decrease.

AC/DC hybrid distribution network; network reconfiguration; reliability; average load rate

國家高技術研究發展計劃項目(863計劃)(2015AA050102)； 國家自然科學基金項目(51177078)

TM 732

A

1000-7229(2016)05-0002-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.05.016

2016-03-17

程林(1973)，男，博士，副教授，主要從事電力系統可靠性分析、電力系統安全經濟分析等方面的教學和科研工作；

王旭(1994)，男，碩士研究生，研究方向為配電網可靠性分析；

黃俊輝(1965)，男，本科，高級工程師，主要從事電網規劃及相關管理工作；

李琥(1979)，男，碩士，高級工程師，主要從事電力系統規劃設計方面的研究工作；

常垚(1990)，男，博士研究生，研究方向為電力系統可靠性分析、配電系統規劃。

Project supported by The National High Technology Research and Development of China (863 Program) (2015AA050102)； National Natural Science Foundation of China(51177078)