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高压配电网典型接线方式的可靠性分析
接线图
2023年10月06日 21:10 387
admin
引 言
目前在中压配电网及发输电组合系统可靠性评估方面的研究较多，然而由于运算复杂、运算量大，对高压配电网可靠性评估进行的定量解析研究相对较少。本文利用Matlab仿真软件在符号运算方面的优势，定量分析与比较了高压配电网的3种典型接线方式的可靠性，得到了不同负荷及系统可靠性指标的解析表达式，可供运行和规划人员参考。
1、高压配电网可靠性评估算法
1.1 事件发生的概率与频率
设元件的故障率和修复率分别为l和m，则元件的不可用率(也称为无效度)和可用率分别为
假设某高压配电网有K个元件，每个元件的不可用率为Pi ( i=1，2，…，K)，系统中有M 个元件故障，其余元件正常工作，不妨设第m(1 2.2 典型接线系统的可靠性解析比较 负荷L1的失负荷频率为： (2) 负荷L2的可靠性指标的接线表达式负荷L2的失负荷概率为： 假设网络规划年为n年，贴现率为α，现值为V，等年值为A，则V、A、α、n之间有如下关系： 该公式可分析、比较设备投资、停电损失等经济性。
1.2 可靠性评估算法
目前，工程中广泛应用的电网可靠性评估方法有解析法和模拟法两大类。其中解析法包括网流法和潮流法，潮流法又包括交流潮流法和直流潮流法。直流潮流法具有计算速度快的特点，但存在不能考虑系统暂态电压和无功功率影响的缺陷；交流潮流法可全面考虑系统中各种因素的影响，因此评估结果精度较高，更符合实际情况。高压配电网通常设计为环网，尽可能呈辐射状分片供电，以解除电磁环网和降低短路容量。这就使网络中存在较多的切换线路，增加了网络的复杂程度。高压配电网有如下特点：有备用电源，在异常状态或故障情况下可通过联络线使备用电源向负荷供电；有切换装置，线路故障或计划检修时可闭合联络线路的常开开关以使系统恢复供电；有较多的T接点。利用交流潮流法结合大电网和中压配电网的模型及算法构造了高压配电网可靠性评估算法，过程是：①计算正常运行方式下的潮流；②枚举一故障事件；利用搜索算法确定故障影响范围；判断网络是否解列，如没有解列则转向步骤③ ；切换可切换的负荷，形成分块子系统；③计算故障状态下的潮流，确定故障节点；④判断线路的传输功率是否有越限，如越限则削负荷；计算节点可靠性指标；检查故障事件是否组合完毕，如果未完则转向步骤②；形成系统可靠性指标，得到结果。
元件及元件组合故障后，根据故障持续时间的不同可将负荷分成4类：①故障事件发生后负荷不受故障影响；②故障时间为隔离操作时间；③故障时间为隔离操作时间加切换操作时间；④故障时间为元件修复时间。利用优先搜索方法可确定故障节点、故障影响范围以及对故障后的负荷节点进行归类，从而得到节点以及系统的可靠性指标。运用深度优先搜索方法可判断系统是否解列。在故障隔离后可通过闭合常开联络开关进行负荷转移。
2、典型接线方式的可靠性解析比较
2.1 三种典型接线图
根据网络的结构特点及运行经验归纳了三种典型、常见的高压配电网接线方式，即双T双联络、双T双线路和Ⅱ型接线方法见图1～3。图中黑框表示联络开关，C 表示第i个元件。图1、2中有T接点(A、C)，B、D为等效电源点。可用串并联可靠性等值原理比较两者可靠性的差异。假设断路器、变压器及单位长度线路的故障率分别为l1、l2和l3。，修复时间分别为r1、r2和r3；假设变压器高压侧与T接点的距离为d1，等效电源点与T接点的距离为d2，则线路全长d=d1+d2；联络线路长度为d3。
由于接线结构对称，故仅给出负荷L1、L2以的可靠性分析结果(负荷L3、L4的可类似得出)。
(1) 负荷I 的可靠性指标解析表达式
根据事件发生的概率与频率，可得到图1中负荷L1的可靠性指标。
负荷L1的失负荷概率为：
负荷L1的失负荷期望为
L2的失负荷期望为：
负荷L2的失负荷频率为
采用同样的分析方法可得到图2及图3中的节点可靠性指标和系统可靠性指标。
2.3 基于等年值的经济性比较
3、案例分析
上例系统中，d＝10 km，d3＝5 km(图2中d1=4km，D2＝6km)。4个负荷点有功功率均10MW，线路允许通过的输电量为30MW。线路故障率为0.0239次／(km·a)，修复时间为8 h／次；断路器故障率为0.05次／a，修复时间为8 h／次；变压器故障率为0.01次／a，修复时间为24 h／次。
假设规划年n=30a，贴现率α＝10％，平均产值为10元／kW，架设35 kV线路的投资为15万元／km，运行维护费用为设备投资的2％／a。根据这些数据得到的3种典型接线中负荷点的可靠性指标：双T双联负荷L1的失负荷概率为4.28，L2的失负荷概率为3.82，系统的失负荷概率为10.90；双T双线负荷L1的失负荷概率为4.91，L2的失负荷概率为4.91，系统的失负荷概率为13.00；Ⅱ型负荷L1的失负荷概率为3.82，L2的失负荷概率为3.82，系统的失负荷概率为10.89。
由上可知，Ⅱ型接线方式的可靠性指标优于其他两种方式。运用等年值经济性分析方法可知：图1的系统与图3的系统相比每年增加直接投资7.96万元，相应的运行费用增加1.5万元／a，总投资增加了9.46万元／a。图2受T接线的影响，节点以及系统的可靠性水平较低。综合比较后，Ⅱ型接线方式为最优方案。
4、结论
运用可靠性评估算法对双T双联络、双T双线路和Ⅱ型3种接线方式进行分析，得到了不同结构负荷及系统可靠性指标的解析表达式。运行人员根据该可靠性解析表达式可方便地计算出节点及系统可靠性指标。不同接线方式对节点及系统的可靠性有较大影响，通过经济性和可靠性综合分析后推荐使用“Ⅱ型”接线方式。
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