考慮臺風影響的含源配電網可靠性研究

史訓濤 柯清派 袁智勇 雷金勇

摘? 要：近年來，我國沿海地區頻繁出現臺風災害，而臺風災害的發生會給電力系統造成巨大損失。為了提高含源配電網的可靠性，就必須要充分考慮臺風的影響。為此，文章便對考慮臺風影響下的含源配電網可靠性進行深入的研究，以此提出一種科學的含源配電網可靠性評估方法，以期能夠全面提高含源配電網的安全運行水平，最大限度的降低臺風給含源配電網運行帶來的不利影響。

關鍵詞：臺風;含源配電網;可靠性

中圖分類號：TM726? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0075-02

Abstract： In recent years， typhoon disasters occur frequently in the coastal areas of China， and the occurrence of typhoon disasters will cause huge losses to the power system. In order to improve the reliability of distribution network with source， the influence of typhoon must be fully considered. For this reason， this paper makes an in-depth study on the reliability of the active distribution network considering the influence of typhoon， and puts forward a scientific reliability evaluation method of the active distribution network， in order to improve the safe operation level of the active distribution network in an all-round way， so as to minimize the adverse impact of typhoon on the operation of active distribution network.

Keywords： typhoon; distribution network with source; reliability

引言

長期以來，由于全球氣候的變化，使極端天氣頻繁出現，這也使沿海地區每年都會受到臺風災害的侵擾，這也給我國沿海地區帶來了巨大的經濟損失。電力系統在運行過程中，更會受到臺風災害的嚴重影響，較強的臺風不僅會造成大規模停電，甚至還會引發電力災難。因此，在配電網建設中，必須要對臺風的影響進行充分考慮。據相關調查表明，臺風對電力系統的影響主要集中在電桿故障，很少出現斷線情況，因此可對斷線情況進行忽略。而本文則僅對電桿故障造成的含源配電網可靠性降低的情況進行考慮，通過分析臺風和含源配電網可靠性之間所存在的內部關系，對于提高含源配電網可靠性，保障當地民眾生命安全具有重要現實意義。

1 臺風模型分析

在對臺風的風場進行模擬時，通常采用Batts臺風模型，該模型是通過對臺風中心的移動風速以及氣旋梯度風速進行疊加，然后以臺風中心與研究位置之間的關系為依據，以此測出臺風風速值的。由Vgx來對梯度最大風速值進行表示，該參數可通過忽略摩擦梯度風方程來求出，具體可表示為

在上述表達式中，地球在自轉過程中所具備的科氏力系數由f進行表示，而經驗系數則由K來進行表示，在研究過程中，將經驗系數的值設定為6.72。而中心壓差則由 P來進行表示，臺風風速的半徑最大值則由Rmax來進行表示，其單位為km。一般而言，該處也是平均最大風速的所在位置，因此可進行以下表示

在上述表達式中，臺風在登陸沿海地區之前，其所具有的中心氣壓差可由？駐P0來表示，而臺風在t時刻登陸沿海地區后，其所具有的中心氣壓值則由？駐P（t）來進行表示，臺風在登陸過程中，其自身運動方向和海岸線之間的夾角則由？茁來進行表示。

一般而言，平均最大風速值V■通常會在Rmax位置上出現，因此可進行以下表示，即

在上述計算公式中，臺風在移動過程中的自身速度由VT進行表示，而速度單位則為m/s。在對風場內不同位置的風速進行計算時，則需按照以下公式來進行，即

從上述公式中，臺風的風場模擬圓中不同點所具有的風速平均值由Vrin來進行表示，而臺風風場的模擬圓之外不同點所具有的風速平均值則由Vrout來進行表示。臺風中心和含源配電網之間的距離則由r來進行表示，以徑向為方向，臺風所具有的強度衰減參數由x來進行表示，將x的取值控制在0.5至0.7范圍以內。

2 電桿的故障率與修正

2.1 荷載效應

電桿結構受到內力與外力變形的影響，便是電桿的荷載，當電桿受到臺風災害影響時，其外力包括三種，一種是臺風給導線施加的風荷載，一種是臺風給桿塔施加的風荷載，還有一種是臺風給絕緣子施加的風荷載。這三種風荷載在計算過程中，需要確定電線的水平檔具、風壓高度的變化系數、電線風壓的不均勻系數、電線體形系數、風向和線路夾角、電線外徑、線路規定標高中的設計風速、風振系數、桿塔迎風面的投影面積、風荷載體形系數、各串絕緣子片數、一相導線中的絕緣子串數以及各片絕緣子的受風面積等參數，這些參數均可從設計規范中進行確定。在對這三種風荷載的值進行計算得出后，便可確定電桿桿身中任意截面的彎矩。

2.2 故障率模型

在含源配電網中，其電桿材質大多以混凝土為主，因其在制作工藝上有著不同差異，因此會使其抗彎強度產生分散，而對于混凝土電桿而言，其抗彎強度是滿足正態分布規律的，由此便可通過公式來表示其概率密度函數，在此過程中需要應用到混凝土電桿抗彎強度的標準差及其均值。通過公式計算可對電桿中的荷載效應及其強度變量進行求出，并以此對基本變量是元件狀態的功能函數進行建立。在此過程中需要確定元件的強度，而本文便以正態分布態勢中的某個隨機性變量進行設定，而風力荷載對元件所產生的內部效應，也就是應力和風向以及風速是存在聯系的。因元件強度是滿足正態分布態勢的，因此，基本變量是元件狀態的功能函數也應滿足正態分布態勢。由此便可分別得出元件在正常狀態與故障狀態下的功能函數依據，從而根據元件受到風力荷載而形成的內部效應，即可對電桿故障率進行計算。

2.3 修正

從電桿的故障率模型分析中，可以確定電桿的抗彎強度是滿足正態分布態勢的，這并沒有對不同電桿所存在的不同運行狀態進行充分考慮。在含源配電網中，每個電桿都有著不同的投入運行時間，而且所采用的加固支撐方法也有所不同，這勢必會給電桿的故障率計算造成影響。為了消除這種影響，就必須要針對該因素來修正電桿的故障率。在將電桿進行投入運行時，電桿發生故障的頻率和其投入運行的時間有著內在的變化規律，由此便可利用曲線來繪制電桿的故障率與其使用壽命，以此描述兩者間的關系，在該繪制曲線中可以看出，整個曲線的形狀呈現出兩側高而中間低的變化態勢，并且曲線中間的低洼地帶較為平坦，這使得曲線形狀看起來像一個“浴盆”，由此便可將該曲線稱之為元件的故障率浴盆曲線。電桿在最初投入運行時，由于其尚處于磨合階段，這使得電桿在初期使用時有著很高的故障率初始值，而隨著電桿投入運行時間的不斷增加，其故障率的值會隨之降低，直至達到一個較為穩定的恒定值。由此便可得出各個電桿在發生老化后時的故障率修正系數，而該系數則可通過威布爾分布來進行表示，在對該系數進行計算時，需要確定威布爾的分布形狀參數、電桿的投入運行年限、并通過修正后得到電桿的故障率模型，在該模型中便應用了經過修正以后的電桿故障率。

3 考慮臺風影響的含源配電網可靠性評估

3.1 臺風影響下的甩負荷風險指標

沿海地區在發生臺風災害后，由于電桿出現故障而引發停電，致使其他線路無法對電能進行有效的輸送。這時電桿的故障停電區域通常會通過轉供電與孤島運行兩種模式進行結合采用，其中，轉供電能夠對故障停電區域實施轉帶，以確保電能的正常提供。而孤島內部分布式電源則需對高負荷等級的用戶進行優先滿足供電，而且因天氣的影響，會使分布式電源在運行過程中產生劇烈的波動，進而造成孤島中剩余的負荷會因分布式電源無法有效出力而發生停電。為此，可通過LLR指標來評估臺風影響下含源配電網的風險，以此實現對含源配電網在出現故障時，能夠描述其所受到的負荷損失。在利用LLR指標來評估臺風影響下含源配電網風險時，需要明確蒙特卡羅的抽樣次數、臺風影響下發生倒桿事故的概率及其引發的后果嚴重程度。

3.2 風險指標計算

本文通過蒙特卡羅狀態抽樣法來處理臺風影響下含源配電網的運行狀態數據，通過對抽樣結果進行判斷，以此分析含源配電網是否出現故障。如果出現故障，則需計算其風險指標，如果沒有出現故障，則繼續進行抽樣，直到全部抽樣次數完成為止。最后再對各個故障狀態下全部風險指標的和進行求出，由此便可得到當前含源配電網在臺風影響下的整體風險指標值，從而實現對含源配電網在臺風影響下的可靠性評價。其具體計算流程如下：第一步是對系統結構中所有設備的參數及需要對狀態數據的抽樣次數進行設置，第二步通過抽樣來獲得系統狀態，并根據抽樣結果來判斷系統是否處于故障狀態，如發生故障，則進行第三步，如未發生狀態，則返回至第二步。第三步是對故障狀態風險的指標分量進行計算，并判斷是否抽樣結束，如未結束則自動返回至第二步，如已結束則需進行最后一步，也就是對風險指標值進行計算。

4 結束語

總而言之，本文對臺風影響下的含源配電網可靠性進行了風險評估，從而使含源配電網能夠具備更高的風險預警能力，最大限度的降低負荷損失。本文針對臺風影響下含源配電網的運行，提出了一種用于其風險評估的方法，通過對臺風在登陸過程中所具有的風速特征進行考慮，并針對電桿運行狀態，以此構建了含源配電網中的電桿故障率修正模型，然后將LLR作為含源配電網發生故障時的供電能力指標，以此實現了臺風影響下含源配電網的LLR計算，利用該指標便可使含源配電網的運行狀態得到真實反映。

參考文獻：

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