多結構直流配電網可靠性分析

丁倩影

（三峽大學 電氣與新能源學院，湖北宜昌 443000）

引言

隨著電力系統規模的不斷擴大，配電網的安全穩定運行成為了電力工業的關注焦點。因此，對多結構化直流配電網的可靠性進行分析具有重要意義。截至目前，已有諸多學者對多結構化直流配電網進行了研究。文獻[1,2]運用部件計數法，分析了直流配電網設備的可靠性；文獻[3,4]研究了交、直流配電網的可靠性差異；文獻[5]基于可靠性研究，對未來直流配電網的完善提出了相關建議。

基于上述研究，首先介紹了直流配電網的拓撲結構，然后闡述了基于最小割集法的可靠性評估方法，最后運用最小割集法仿真計算了不同結構下的可靠性指標。

1 直流配電網拓撲結構

當前直流配電網的拓撲結構主要有以下幾種：

（1）輻射型

采用輻射型拓撲結構，當發生嚴重故障時，會導致配電網大范圍受到影響，因此該拓撲結構的故障容錯率較低[6]。

（2）雙端手拉手型

采用雙端手拉手型拓撲結構，當發生故障時，由于該拓撲結構具有雙向流動通道[7]，可以有效降低故障率。

（3）多源環型

采用輻射型多源環型拓撲結構，當發生故障時，會迅速定位到故障點，因此可靠性較高。

2 最小割集搜索法

運用負荷最小搜索法，可以將配電網可靠性分析過程轉變為由割集表征的負荷點故障事件集合。負荷點的可靠性參數為：

式中，F為負荷點的所有割集集合。

3 算例分析

3.1 不同結構配電網可靠性分析

分別對交流、輻射型直流、雙端手拉手直流、單源環型直流、多源環型直流配電網采用最小割集方法進行仿真計算，得到不同系統的平均供電可用率對比如圖1所示。由圖1可知，交流配電網的平均供電可用率最高，數值為0.999 646，而輻射型直流配電網為最低，數值為0.997 604。對不同拓撲結構的平均停電時間進行仿真計算，計算結果如圖2所示。由圖2可知，輻射型直流配電網的系統停電時間最長，而雙端手拉手型和多源環型的停電持續時間較短、系統整體可靠性較高。

對不同負荷比情況下的供電可用率進行仿真計算，計算結果如圖3所示。由圖3可知，隨著直流占比的提高，直流配電網的供電可用率呈現下降趨勢，而手拉手直流配電網的供電用戶率隨之增加。由此可得，相較于交流配電網，直流配電網的優勢更為明顯。

3.2 關鍵設備冗余配置影響分析

計算手拉手型直流配電網在不同關鍵設備內部元件冗余下的系統平均供電可用率，計算結果如圖4所示。由圖4可知，直流變壓器冗余對系統可靠性的影響較大，但直流斷路器及MMC換流站冗余對系統可靠性的影響較小。

仿真計算關鍵部件冗余度對系統可靠性增益比的影響，計算結果如圖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可靠性增益比較高，隨著冗余度的不斷增加，元件冗余對系統可靠性增益比呈現下降趨勢。

4 結論

運用最小割集法仿真計算了不同結構下的可靠性指標，并進行了關鍵設備冗余配置影響分析，為直流配電網的可靠性研究可提供一定的理論依據。