计及N-1校验的复杂配电网可靠性评估研究

摘 要：

随着电力系统的快速发展，配电网结构逐步成熟，联络情况更加复杂，传统的配电网可靠性计算方法无法准确计算复杂配电网可靠性指标。现基于传统的简单的辐射型配电网供电可靠性的评估方法，完备地考虑联络开关、分段开关、支线、备用变压器以及N-1校验情况，提出了改进后的网络等值法模型。该模型先将复杂配电系统分层处理，再逐步等值为简单的辐射型配电网，以计算系统的可靠性。同时，对某省会城市多联络结构的配电网进行了算例分析，结果表明，所提模型简化了配电系统可靠性计算的复杂程度，提高了可靠性计算的精度与速度，更加真实地反映了实际配电系统的可靠程度。

0 引言

配电系统可靠性研究，对于提高系统供电性能、响应用户用电需求具有重要意义，因此，可靠性评估已成为配电系统规划决策中的一项常规性工作[1]。随着电力系统的快速发展，辐射型配电网逐渐形成联络，供电可靠性逐步提高，配电网结构越来越复杂，相应的配电网可靠性计算步骤变得更加烦琐。传统的配电网可靠性计算方法一般只考虑辐射型网架结构，忽略了N-1校验情况对配电网可靠性的影响。

本文在传统的简单的辐射型配电网供电可靠性评估方法基础上，完备地考虑了联络开关、分段开关、支线、备用变压器以及N-1校验情况，提出了改进后的网络等值法模型，该模型先将复杂配电系统分层处理，再逐步等值为简单的辐射型配电网，以计算系统的可靠性。同时，本文对某省会城市多联络结构的配电网进行了算例分析，结果表明，本文模型简化了配电系统可靠性计算的复杂程度，提高了可靠性计算的精度与速度，更加真实地反映了实际配电系统的可靠程度。

1 配电系统可靠性评估指标

配电系统的可靠性指标，以数字的形式，可视化反映电力系统的供电可靠性，反映了电力客户对电能质量的满意程度。本文采用的配电网可靠性指标主要包含两大类：负荷点的可靠性指标和系统可靠性指标[2]。可靠性指标体系如图1所示。

2 计及N-1校验的网络等值法

计算方法

2.1 网络等值法原理

为了降低故障枚举的复杂度，网络等值法模型引入“等效”的概念，以一个等效元件来代替具有某种共同属性的多个元件[3]。如图2所示，该配电网络中有四条较为复杂的分支馈线，经过两次等值变换后，转变成图3和图4所示结构。

2.2 等值过程及参数计算

若一负荷点k发生故障，由电源至该负荷点k的最小路径上包括W1个隔离开关和W2个联络开关、x条支路、y个负荷点，根据各个元件的可靠性参数可计算出该负荷点的等效故障率λe[k]、等效年停运时间Ue[k]、等效负荷量Se[k]。计算公式如下：

分析故障负荷点k对整个配电网故障影响情况前，要确定负荷点k的供电路径。一般情况下，联络开关处于常开状态，发生故障时，联络开关闭合，配电网重构，完成负荷转移。因此发生故障前，从电源点到负荷点k的供电路径是唯一的[4]。若k1位于k2的供电路径上，则称k1为k2的父区域，k2为k1的子区域。确定负荷点k的供电路径，可以利用最小路方法，由故障负荷点开始，逐个元件向上搜索，直到电源为止。

2.3 计及N-1校验的等效参数计算

同样根据最小路思想，将最小故障区Zj划分为父子区域。当某个故障区Zi的尾根节点为联络开关，联络开关发生故障时，Zi的父区域同时发生故障，不论是否有联络线，Zi及其父区域中的负荷均无法完成转移，不满足N-1校验[5]。但除联络开关外，Zj中其他元件故障，Zi及其父区域中的负荷在有联络的情况下可考虑负荷转移，在等效过程中，要考虑联络线的转带能力和负荷转移路径，以确定能够完成配电网重构的负荷[6]。Zi故障后根据负荷转移路径分析，确定负荷点的类型：

若Zi在负荷转移路径上，则：

若Zj不在负荷转移路径上，则：

按照以上公式可计算出各区域间的故障影响情况，从而得到Zi的等效电源点的等效参数，计算公式如下：

✦+

+

3 算例分析

本文以某城市部分10 kV配电系统为例，应用所提方法对其进行可靠性评估。其中线路Ⅰ和线路Ⅱ由35 kV变电站出线，线路Ⅲ由110 kV变电站出线。线路Ⅱ和线路Ⅲ联络，且满足N-1校验。发生故障时，S6和S9之间可进行转负荷操作。该系统共有负荷点75个，用户6 347户，平均负荷19.676 MW，配电网结构如图5所示。

利用传统网络等值法和本文模型计算该系统可靠性指标，得到如表1、表2所示结果。

4 结语

计及N-1校验的网络等值法可靠性评估模型完备地考虑了联络开关、备用电源、负荷转移对配电网可靠性指标的影响。算例计算结果表明，对于单辐射的复杂配电网，本文的模型和传统模型指标计算结果相同，但本文模型计算速度更快。对于发生负荷转移的配电网，本文模型计算结果更加精确，能够真实地反映配电网的可靠性现状，对指导配电网规划具有重要意义。

审核编辑 ：李倩