分布式發(fā)電并網(wǎng)運行對配電網(wǎng)可靠性的影響探討

蘇文豪，薛璐璐

（國網(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，從可靠性評估基礎(chǔ)與目標(biāo)出發(fā)，將評估指標(biāo)劃分為三類，分別為元件、負(fù)荷點、系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。其中，元件指標(biāo)指元件在正常運行狀態(tài)下的指標(biāo)，包括平均停運時間、故障停運率、平均檢修時間等；負(fù)荷點指標(biāo)主要通過等效元件指標(biāo)體現(xiàn)出來，也就是將系統(tǒng)縮小成把各個負(fù)荷從電源分開的等效元件。負(fù)荷點指標(biāo)是在基本指標(biāo)基礎(chǔ)上，利用邏輯運算獲取的結(jié)果，可看成估計指標(biāo)[1]。

1 配電網(wǎng)可靠性評估

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

1.1 區(qū)間數(shù)與運算

假設(shè)給定數(shù)為A，A屬于實數(shù)域R，當(dāng)條件A≤A1時，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，則區(qū)間數(shù)[A,A1]代表點區(qū)間數(shù)。區(qū)間數(shù)具有獨特性，取值點的變量被稱為點變量，在特定區(qū)間內(nèi)，不清楚具體數(shù)值或分布情況時，區(qū)間便可被直接描述出來，尤其是在變量值為一區(qū)間時，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方面，對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，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)可靠性計算的主要步驟如下：首先輸入原始數(shù)據(jù)；然后對各個分支線的等效故障率與故障時間進(jìn)行計算，列舉故障事件，明確故障的影響范圍；最后對不同節(jié)點故障類型進(jìn)行判斷，即可對系統(tǒng)可靠性指標(biāo)進(jìn)行計算[2]。

2 分布式發(fā)電對配電網(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，需要對負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，此時很可能出現(xiàn)備用饋線電源量短缺現(xiàn)象，此時將分布式電源設(shè)置在兩條饋線連接點，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，系統(tǒng)可調(diào)整接線方式，確保順利供電。

2.2 評估模型構(gòu)建

分布式發(fā)電指用戶現(xiàn)場與附近位置安裝較小的發(fā)電機組，發(fā)電機組功率不超過30 MW，使特殊用戶的用電需求得到滿足，為配電網(wǎng)運行提供便利。根據(jù)電網(wǎng)自身特點，可構(gòu)建三種可靠性評估模型，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，無需考慮孤島問題，此模式過于理想化，在現(xiàn)實中很難實現(xiàn)；

（2）DG作為發(fā)電機組，該模型是在容量固定的基礎(chǔ)上，忽視特定時間內(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)定運行；

（3）DG作為部分失效模型，以太陽能為動力的分布式電源，結(jié)構(gòu)包括多個模塊，由許多小發(fā)電模塊并列運行達(dá)到額定功率，一旦某個或某幾個模塊發(fā)生故障，均會導(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的隨機性，需要對孤島形成、孤島劃分、概率等問題進(jìn)行綜合分析，與DG實際應(yīng)用情況相符合，因此本研究采用該評估模式，依靠區(qū)間算法對電源可靠性進(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個負(fù)荷節(jié)點，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是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)，采用區(qū)間算法對其可靠性進(jìn)行評估，并簡化等值。系統(tǒng)元件的各項數(shù)值如下：變壓器故障率點值為0.015、區(qū)間值為[0.012,0.018]，單位為次/km·a；計劃檢修率點值為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)時間均值的點值為200，區(qū)間值為[180,215],單位為h/次；計劃檢修時間點值為8，區(qū)間值為[7,9]；11 kV線路故障率點值為0.065、區(qū)間值為[0.05,0.085]，單位為次/km·a；故障修復(fù)時間均值的點值為5，區(qū)間值為[4,6]，單位為h/次；33 kV線路故障率點值為0.046、區(qū)間值為[0.030,0.070]，單位為次/km·a；故障修復(fù)時間均值的點值為8，區(qū)間值為[7,9],單位為h/次。

在計算過程中，如若斷路器故障率為零，對評估結(jié)果的影響較小，可忽略不計；斷路器在正常工作中概率為80%，隔離開關(guān)的操作時間為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，評估電網(wǎng)可靠性，可在原始參數(shù)基礎(chǔ)上對點值與區(qū)間值進(jìn)行計算，為了避免階數(shù)產(chǎn)生，在計算時每次只對兩個區(qū)間進(jìn)行運算；其次，在饋線上方安裝分布式發(fā)電機，功率為2.00 MW，當(dāng)主饋線發(fā)生異常時，電源可對負(fù)荷點供電。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)也不會超過所得區(qū)間；最后，通過對表中數(shù)據(jù)分析，得出各項指標(biāo)的變化趨勢，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)計階段內(nèi)停電頻率均值，與饋線連接情況無直接聯(lián)系。當(dāng)饋線出現(xiàn)故障時，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)在接入點中設(shè)置對應(yīng)的隔離開關(guān)。從仿真實驗結(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，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，說明具有較強的供電可靠性、安全性。

3 結(jié)論

電源接入位置不同對系統(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)運行更加穩(wěn)定可靠，與工程要求充分符合。