重庆大学王主丁等：高中压配电网可靠性协调评估中2参数和4N+2M参数等值电源研究

在高中压混合配电网的可靠性评估中,一般将高压配电网作为具有2参数的等值电源来处理,这种方法在考虑不同电压等级间的相互影响时可能存在较大误差。考虑到高压配电网一般存在多个但个数有限的切负荷率的实际情况,以及高压配电网不同切负荷率与中压馈线转供率相互结合对可靠性评估的不同影响,提出了具有4N+2M个参数的高压配电网等值电源,给出了相应参数和可靠性指标计算的一般表达式,并对2参数和4N+2M参数等值电源进行了比较分析,指出了它们的适用范围。典型算例结果表明,高压配电网对中压负荷点可靠性的影响率算术平均值约为12%,虽然采用4N+2M参数等值电源较使用2参数等值电源计算工作量略微增加,但能有效避免2参数等值电源可能导致的计算误差。

引言

配电系统直接连接用户,对最终用户的可靠性影响最大,合理的配电网系统可靠性评估,对提高用户可靠性水平有重要作用。配电系统结构复杂且规模庞大,且由于高中压配电网的不同特点,可靠性评估方法各异,采用统一的评估方法可能导致计算精度或时间上的问题。因此,有必要在考虑高中压配电网相互影响的基础上进行配电网可靠性的简化协调评估[1]。

目前,针对多电压等级的配电网可靠性评估,大多数文献[2-9]都采用2参数等值电源法,即将上级停电影响结果等效为含2个独立可靠性参数(即故障率及修复时间)的电源元件。文献[10]提出了具有含更多可靠性参数的等值电源模型,以便考虑停电过程中上下级电网间真实的配合与响应,但没详细说明需要增加哪些可靠性参数,也未给出简洁的参数和可靠性指标计算的一般表达式。

本文提出了具有4N+2M个参数的高压配电网等值电源,给出了等值电源参数计算公式和高压配电网对中压馈线停电时间影响附加值的解析表达式;针对4N+2M参数等值电源和2参数等值电源的特点进行了比较分析,指出了它们的适用范围;典型算例表明了本文研究的意义和实用性。

1 研究基础

1.1 协调评估基本思路

首先,采用高压配电网可靠性评估方法计算各高压变电站低压母线的可靠性指标[11-13],并将其作为中压馈线上级电网等值电源的可靠性参数;然后,结合上级电网等值电源的可靠性参数,基于中压配电网可靠性评估方法[14],计算考虑了高压电网影响的中压配电网可靠性指标。

1.2 配电网两分层等值方法

本文针对每个高压变电站低压母线,将其高压侧的配电网视为中压配电网的等值电源,将其中压负荷侧的配电网(含高压变电站低压母线)视为高压配电网的等值负荷,如图1所示。

配电网两分层等值方法示意图

1.3 误差指标定义

为研究高压配电网对中压配电网可靠性评估的影响,本文定义了高压配电网影响率指标αα：

α=THV − TMVTHV×100(1)

式中THVTHV和TMVTMV分别为考虑和不考虑高压配电网影响的中压馈线系统平均停电持续时间的准确值。

为比较2参数等值电源和本文提出的4N+2M参数等值电源的误差大小,分别定义了误差率β2β2和β4N+2Mβ4N+2M：

β2=THV2−THVTHV−TMV×100 (2)

β4N+2M=THV4N+2M−THVTHV−TMV×100(3)

式中THV2T2HV和THV4N+2MT4N+2MHV分别为采用2参数等值电源和4N+2M参数等值电源计算得到的中压馈线系统平均停电持续时间的近似值。

1.4 假设条件

对于实际配电网存在的多种负荷削减方式,如平均负荷削减、分级负荷削减和随机负荷削减等,考虑到实际应用中往往无法获得确切的负荷削减方式,本文采用平均削减负荷方式(即在负荷削减区域内,对所有负荷点按同一比例削减),据此以期推导出可靠性指标计算的通式。

2 基于2参数等值电源的协调计算

2.1 2参数等值电源定义

2参数等值电源定义为：针对某变电站低压母线,将其高压侧的配电网等效为一般的电源元件,包含2个独立的可靠性参数(即高压配电网的平均故障率和每次故障平均停电持续时间),见图2。

图2 2参数电源等值示意图

2.2 等值电源参数计算

对于变电站低压母线i,其高压侧配电网等值

电源的平均故障率λHViλiHV可表示为

λHVi=∑k∈Giλk

式中：GiGi为导致变电站低压母线i停电的高压配电网故障状态集合;λkλk为高压配电网故障状态k的停运率(含故障和计划停电),次/年。

对于变电站低压母线i,其高压侧配电网等值

电源的平均停电时间rHViriHV可表示为

rHVi=UHVi/λHVi (5)

式中U HViUi HV为变电站低压母线i的平均停电持续时

间,h/年,可采用下式计算[12]：

UHVi=∑k∈Giλk[Qi,krk,f+(1−Qi,k)ri,k,s](6)

式中：ri,k,sri,k,s为高压配电网故障状态为k时,变电站低压母线i的负荷通过高压配电网转供所需要的时间,h;rk,frk,f为故障状态k的修复时间,h;Qi,kQi,k为故障状态k时变电站低压母线i负荷切除的比例。

2.3 可靠性指标附加值计算

对于与变电站低压母线i直接相连的中压馈线的各负荷点,考虑高压配电网影响后的停电时间附加值可表示为

ΔUMVi=λHVi[KMVimin { rMVi,l,rHVi } +(1−KMVi)rHVi])(7)

式中KMViKiMV和rMVi,lri,lMV分别为变电站低压母线i的负荷在高压侧配网停运时可通过中压线路转供的比例[14]以及转供所需要的时间,h。

3 基于4+2参数等值电源的协调计算

3.1 4+2参数等值电源定义

为考虑高压配电网停运引起的不同切负荷率和中压配电网负荷转供率共同作用对可靠性评估的影响,本文提出了4N+2M参数等值电源：针对某变电站低压母线,将引起该母线切负荷率相同的高压配电网故障状态归为一类,对应切负荷率在0到1之间的某类故障状态,采用4个可靠性参数表示,对应切负荷率为0和1这两种故障状态,分别采用2个可靠性参数表示。因此,对于某变电站低压母线,若存在N种0到1间的不同切负荷率,则有4N个参数;若存在M种切负荷率为0或1的情况(M取值仅为0、1或2),则有2M个参数;等值电源参数共有4N+2M个,且N+M>0。图3为4N+2M参数电源等值示意图。

图3 4N+2M参数电源等值示意图

影响变电站低压母线切负荷率的因素有多种,如高压配电网的结构和负载情况等。若高压配电网转供通道不同,切负荷率可能不同;若系统负荷较大,通过高压配电网进行负荷转供时可能会因高压线路或变压器过载切负荷。考虑到高压转供通道相同的各故障状态切负荷率相同,且系统重载运行情况较少,实际系统切负荷率的种数N+M通常较少(一般不超过2)。

3.2 等值电源参数计算

3.2.1 4参数

针对某变电站低压母线i,对于其高压侧配电网切负荷率在0到1之间的第j个故障状态分类,高压配电网等值电源4个独立可靠性参数包括：平均故障率λHVi,jλi,jHV、平均修复时间rHVi,fri,fHV、平均内部转供时间rHVi,sri,sHV和平均切负荷率QHVi,jQi,jHV,如下所示：

式中：NQiNiQ为对应变电站低压母线i且切负荷率在0到1之间的高压配电网故障状态分类个数;Gi,jGi,j为

针对变电站低压母线i且属于第j个分类的高压配电网故障状态集合。