CN104218604B - 一种基于网络等值法的配电网可靠性分析方法及系统 - Google Patents

一种基于网络等值法的配电网可靠性分析方法及系统 Download PDF

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郎永波
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Abstract

本发明公开了一种基于网络等值法的配电网可靠性分析方法及系统,该方法包括以下步骤:建立配电网可靠性模型;获取配电网中各元件、各馈线及各负荷点的可靠性参数;利用网络等值法对配电系统中较为复杂的单元进行简化等效;利用FMEA对简化等效后的配电系统的各负荷点建立其故障模式及后果分析表;获得负荷点的可靠性参数,再计算、对比分析整个配电网在并网接入分布式光伏电源前后的可靠性指标。该系统包括:可靠性模型建立单元、可靠性参数获取单元、简化等效单元、故障模式及后果分析单元、分析对比单元。本发明提供的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法及系统,原理清晰、模型简单、计算量相对较少、适应性强,易于运用到实际工程中。

Description

一种基于网络等值法的配电网可靠性分析方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力信息技术领域,特别涉及一种基于网络等值法的配电网可靠性分 析方法及系统。
背景技术
[0002] 配电网是为用户提供电力的终端,其可靠性性能与供电可靠性密切相关。研究资 料表明:配电网引起的停电事故占用户总停电事故的比重很大。配电网的可靠性研究具有 重要意义。此外,配电网的发展非常迅速,规模持续增加,随着光伏产业的迅速发展和并网 核心技术的提高,光伏电源将会广泛应用于配电网,必将对现有系统的可靠性产生深远的 影响。
[0003] 光伏发电并网后,给电网带来了各方面的影响。大型集中式光伏电站并入高压输 电网后,需要解决大功率电能的远距离传输问题。而且,由于光伏电站输出具有周期性、间 歇性和随机性,容量较大的集中式光伏电站将对电网的频率和稳定性造成严重影响,需要 为其增设系统备用发电容量,而这又涉及到电网备用容量的规划问题,而且会增加电网运 行成本。所以从减小对大电网影响的角度出发,发展分布式光伏发电将是未来光伏应用的 重要形式。分布式光伏接入在配电网,就地供电负荷,有剩余电量还可回馈电网,由于容量 较小,几乎不会影响大电网的频率和稳定性。因此,对于含分布式光伏电源的配电网的可靠 性分析显得非常的重要。
发明内容
[0004] 本发明针对上述现有技术中存在的问题,提出一种基于网络等值法的配电网可靠 性分析方法及系统,对含分布式光伏电源的配电网的可靠性进行了分析,分析方法简单,计 算量小,适用性强。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明是通过如下技术方案实现的:
[0006] 本发明提供一种基于网络等值法的配电网可靠性分析方法,包括以下步骤:
[0007] SI:建立配电网可靠性模型;
[0008] S2:获取配电网中各元件、各馈线及各负荷点的可靠性参数;
[0009] S3:利用网络等值法对所述配电网中较为复杂的单元进行简化等效;
[0010] S4:利用FMEA对简化等效后的配电系统中的各负荷点建立其故障模式及后果分析 表;
[0011] S5:获得所述负荷点的可靠性参数,再计算、对比分析整个配电系统在并网接入分 布式光伏电源前后的可靠性指标。
[0012] 进一步地,Sl具体为:
[0013] 将所述各元件视为可修复元件,并且将所述各元件视为标准的两态模型,即正常 工作状态和故障停运状态,其中:保护元件,均视为100 %可靠工作;
[0014] 将所述各负荷点视为恒功率模型;
[0015] 将所述分布式光伏电源,视为一个额定容量的发电机,它只能满足孤岛内不超过 其额定容量的那部分负荷,因此只对孤岛内的负荷的可靠性指标有影响。
[0016] 进一步地,S2具体为:对于元件,获取的可靠性参数有年故障率、平均修复时间以 及年平均持续修复时间;对于馈线,获取的可靠性参数为其单位长度的故障率;对于负荷 点,获取的可靠性参数为用户数。
[0017] 进一步地,S3具体包括以下步骤:
[0018] S31:按照配电网系统的馈线数,对配电网进行分层处理,每一条馈线及该馈线所 连接的各元件为一层;
[0019] S32:将配电网的每一层等效为一条相应的等效分支线路。
[0020] 进一步地,S5具体包括以下步骤:
[0021] S51:获得所述负荷点的可靠性参数:负荷点等效年故障率、负荷点等效年平均停 电持续时间以及负荷点等效平均停电持续时间;
[0022] S52:获得所述配电网在并网接入分布式光伏电源前后的可靠性指标:每年用户停 电次数、用户停电持续时间、系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、用户平均停电持 续时间以及平均供电可用率;
[0023] S53:对并网接入分布式光伏电源前后的配电系统可靠性指标进行分析对比,得出 分布式光伏电源接入后对配电网可靠性的影响。
[0024] 本发明还提供一种基于网络等值法的配电网可靠性分析系统,该系统包括:
[0025] 可靠性模型建立单元:用于建立配电网可靠性模型;
[0026] 可靠性参数获取单元:用于获取配电网中各元件、各馈线及各负荷点的可靠性参 数;
[0027] 简化等效单元:用于利用网络等值法对所述配电网中的较为复杂的单元进行简化 等效;
[0028] 故障模式及后果分析单元:用于利用FMEA对简化等效后的配电网中的各负荷点建 立其故障模式及后果分析表;
[0029] 分析对比单元:用于获得所述负荷点可靠性参数,再计算、对比分析整个配电系统 在并网接入分布式光伏电源前后的可靠性指标。
[0030] 相较于现有技术,本发明具有以下优点:
[0031] (1)本发明利用一个等效元件来代替一部分配电网络,从而将复杂结构的配电网 逐步简化成简单辐射状主馈线系统。对辐射状配电网而言,该等效方法具有很好的适应性。
[0032] (2)本发明原理清晰、简单、模型准确,对所有可能的故障事件或元件失效进行分 析,并确定对负荷点的影响,找出系统的故障模式集合,最终在此状态集合的基础上,求得 系统的可靠性指标。
[0033] (3)本发明适应性较强,易于运用到实际工程中。
附图说明
[0034]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明:
[0035] 图1为本发明的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法的操作流程图;
[0036] 图2为本发明的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法的步骤S3的具体操作流 程;
[0037] 图3为本发明的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法的步骤S5的具体操作流 程;
[0038] 图4为含分布式光伏电源的发电系统的简要结构不意图;
[0039]图5a为本发明的实施例1的简化等效原理的等效前的示意图;
[0040]图5b为本发明的实施例1的简化等效原理的等效后的示意图;
[0041]图6a为本发明的实施例1的步骤S3的简化等效前的示意图;
[0042]图6b为本发明的实施例1的步骤S3的第一次等效后的示意图;
[0043] 图6c为本发明的实施例1的步骤S3的第二次等效后的示意图;
[0044] 图7为本发明的基于网络等值法的配电网可靠性分析系统的结构图。
具体实施方式
[0045] 下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0046] 实施例1:
[0047]参阅图1-图6,本发明提供的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法,包括以下 步骤:
[0048] SI:建立配电网可靠性模型;
[0049] S2:获取配电网中各元件、各馈线及各负荷点的可靠性参数;
[0050] S3:利用网络等值法对所述配电系统中的较为复杂的单元进行简化等效,将较为 复杂的的配电网简化成相对简单的辐射状配电网;
[0051] S4:利用FMEA对简化等效后的配电网中的各负荷点建立其故障模式及后果分析 表;
[0052] S5:获得所述负荷点可靠性参数、再计算、对比分析整个配电系统并网接入分布式 光伏电源前后的可靠性指标。
[0053] 其中,Sl具体为:
[0054]将所述各元件视为可修复元件,并且将所述各元件视为标准的两态模型,即正常 工作状态和故障停运状态,其中:保护元件,均视为100 %可靠工作,可修复元件主要包括: 架空线路、电缆线路、断路器、隔离开关、熔断器、分断开关及配电器等;
[0055] 将所述各负荷点视为恒功率模型;
[0056] 将所述分布式光伏电源,视为一个额定容量的发电机,它只能满足孤岛内不超过 其额定容量的那部分负荷,因此只对孤岛内的负荷的可靠性有影响。
[0057] S2具体为:对于元件,获取的可靠性参数有年故障率λ(次/年)、平均修复时间r(小 时)以及年平均持续修复时间U(小时/年);对于馈线,获取的可靠性参数为其单位长度的故 障率λ〇[次/(公里•年)];对于负荷点,获取的可靠性参数为用户数。
[0058] 下面以一个配电网为例,该配电网有9个负荷点,11个隔离开关,1个分段开关,21 个断路器,7台配电变压器和5段母线。设负荷支路首端的熔断器100%可靠性工作,并网接 入的分布式光伏电源额定输出功率为230Wp,每台逆变器交流侧额定功率为100kW。该配电 网中各元件、馈线及负荷点的可靠性参数如表1所示。
[0059]表 1
Figure CN104218604BD00071
[0061] S3具体包括以下步骤:
[0062] S31:按照配电网系统的馈线数,对配电网进行分层处理,每一条馈线及该馈线所 连接的各元件为一层;
[0063] S32:将配电网的每一层等效为一条相应的等效分支线路。
[0064]在网络等值法中,对于复杂结构配电网的可靠性评估含向上等效及向下等效两 种,在向上等效中,将分支馈线对上级馈线的影响用一个串在上级馈线中的等效节点元件 来代表;而向下等效中,将上级馈线对下级馈线的影响用一个串在下级馈线首端的等效节 点元件来表示。本实施例采用前者等效,先按配电网的馈线数,对配电网进行分层处理,每 一条馈线及该馈线所连接的各元件为一层。配电网的每一层都可以等效为一条相应的等效 分支线路,从末层开始逐步向上等效,最后可以将一个带多分支馈线的复杂配电网等效为 一个简单辐射状配电网。
[0065] 参阅图5a所示的配电网中,虚线框I代表一负荷支路,虚线框II代表分段开关,N/0 表示联络开关,此外,在靠近电源的地方还有断路器。对该类配电网进行可靠性评估时,可 将断路器、各馈线、分断开关等分别看成一个节点,如果把负荷支路也当成串在回路中的一 个节点元件,附图5a可以完全等效为附图5b。此时,节点与节点之间的连线只表示一种连接 关系,不带任何属性,配电网的故障均由各节点的属性决定。
[0066]对简单辐射状主馈线系统,如果忽略二重及以上元件同时故障,各负荷节点的可 靠性指标计算方法如下。设节点j为一负荷支路对应的节点,则该负荷点对应的故障率 停电持续时间rj及年停电持续时间Uj分别为:
[0067] ( 1 )
Figure CN104218604BD00081
[0068] (2 )
[0069] (3.)
[0070] 式中,Ak '为附图5b中第k个结点的等效故障率;Aj1为负荷支路j的线路故障率,它 等于线路长度乘以单位长度线路的故障率,为负荷支路j上变压器的等效故障率,r jk为 求第j个节点时第k个节点故障导致的第j个节点的停电持续时间;m为负荷支路j上线路的 等效停电持续时间;为负荷支路j上变压器的等效停电持续时间。
Figure CN104218604BD00082
[00711 η个元仳盅S姿的πτ靠桦指烷讦管公忒.
[007:
[007-
[007^
[0075]结合上述串联、并联计算公式对附图6a中的虚框里的元件进行简化,得到等效元 件El~E5,进而第一次等效参考附图6b;然后同理,再对附图6b进行第二次等效,得到等效 元件E6~E16,最终等效结果见附图6c。
[0076] 简化后的孤岛内负荷点的等效故障率计算步骤为:运用式(5),按照分布式光伏电 源与主馈线的二重故障进行折算,不考虑两段主馈线同时故障。由于并网接入的分布式光 伏电源可在主馈线故障时断开分断开关,对孤岛内负荷点进行单独供电,故只有当分布式 光伏电源和主馈线同时故障时,才会造成负荷点的停运。
[0077] S4具体为:利用FMEA对简化等效后的配电网中的各负荷点建立其故障模式及后果 分析表,见表2和表3。
[0078] 表 2
Figure CN104218604BD00091
[0083] S5具体包括以下步骤:
[0084] S51:获得所述负荷点可靠性参数:负荷点等效年故障率、负荷点等效年平均停电 持续时间以及负荷点等效平均停电持续时间;
[0085] 负荷点的可靠性指标相关定义公式如下:
[0086] (1)负荷点i的年故障率Ai(annual failure rate at Load point i,次/年),指 负荷点i在一年中因配电网中元件的故障而造成停电的次数,各负荷点的λ大小说明了该负 荷点的供电的可靠性程度。
[0087] (2)负荷点i年平均停电持续时间Ui(annual outage duration at load point lh/年):
[0088]( 7 )
[0089] 式中,rij
Figure CN104218604BD00101
为兀仵j的故障造成负荷点i的故障时间,Ne为元件数。
[0090] (3)负荷点i的平均停电持续时间ri(average outage duration at load point i.h/次):
[0091]
Figure CN104218604BD00102
(8)
[0092] S52:获得所述整个配电网在并网接入分布式光伏电源前后的可靠性指标:每年用 户停电次数、用户停电持续时间、系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、用户平均停 电持续时间以及平均供电可用率;
[0093]配电网的可靠性指标相关定义公式如下:
[0094] (1)系统平均停电频率 SAIFI(system average interruption frequency index):
[0095]
Figure CN104218604BD00103
( 9 )
[0096] 式中,Ni为负荷点i的用户数;
[0097] (2)系统平均停电持续时间 SAIDI(system average interruption durationindex):
[0098]
Figure CN104218604BD00104
( 10)
[0099] (3)用户平均停电持续时间CAIDI(customer average interruption duration index):
Figure CN104218604BD00105
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] 根据上述公式分别计算在并网接入分布式光伏电源(PV)前后负荷点及配电网的 可靠性指标,计算出的结果见表4~表7,表4~表6分别为在并网接入分布式光伏电源前后 负荷点的年故障率、年平均停电持续时间及平均停电持续时间,表7为在并网接入分布式光 伏电源前后配电网的可靠性指标。
[0104] 表4
Figure CN104218604BD00111
[0113] S53:对并网接入分布式光伏电源前后的可靠性指标进行分析对比,得出分布式光 伏电源接入后对配电网可靠性的影响。
[0114] 可靠性指标数据表明并网接入的分布式光伏电源只对孤岛内负荷点的可靠性指 标有影响,对孤岛外的负荷点的可靠性指标没有任何影响。分布式光伏电源接入后孤岛内 负荷点的等效故障率略有增加,这是因为考虑了分布式光伏电源的故障影响,但是孤岛内 负荷点的年停运时间大大减小。
[0115] 实施例2:
[0116] 参阅图7,本发明提供的基于网络等值法的配电网可靠性分析系统,可用于实施实 施例1所提供的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法,该系统包括:
[0117] 可靠性模型建立单元1:用于建立配电网可靠性模型;
[0118] 可靠性参数获取单元2:用于获取配电网中各元件、各馈线及各负荷点的可靠性参 数;
[0119] 简化等效单元3:用于利用网络等值法对所述配电网中的较为复杂的单元进行简 化等效;
[0120] 故障模式及后果分析单元4:用于利用FMEA对简化等效后的配电网中的各负荷点 建立其故障模式及后果分析表;
[0121] 分析对比单元5:用于获得所述负荷点可靠性参数,再计算、对比分析整个配电系 统在并网接入分布式光伏电源前后的可靠性指标。
[0122] 此处公开的仅为本发明的优选实施例,本说明书选取并具体描述这些实施例,是 为了更好地解释本发明的原理和实际应用,并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员 在说明书范围内所做的修改和变化,均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (5)

1. 一种基于网络等值法的配电网可靠性分析方法,其特征在于,包括以下步骤: S1:建立配电网可靠性模型,具体为: 将各元件视为可修复元件,并且将所述各元件视为标准的两态模型,即正常工作状态 和故障停运状态,其中:保护元件,均视为100 %可靠工作; 将各负荷点视为恒功率模型; 将分布式光伏电源,视为一个额定容量的发电机; S2:获取配电网中各元件、各馈线及各负荷点的可靠性参数,所述元件的可靠性参数包 括:年故障率λ、平均修复时间r以及年平均持续修复时间U; S3:利用网络等值法对所述配电网中的较为复杂的单元进行简化等效,简化后的孤岛 内负荷点的等效故障率计算步骤为:运用下式
Figure CN104218604BC00021
其中,心、\2分别为两元件的年故障率,ri、r2*别为两元件的平均停电持续时间; 按照分布式光伏电源与主馈线的二重故障进行折算,不考虑两段主馈线同时故障; S4:利用FMEA对简化等效后的配电网中的各负荷点建立其故障模式及后果分析表; S5:获得所述负荷点可靠性参数,再计算、对比分析所述配电网在并网接入分布式光伏 电源前后的可靠性指标。
2. 根据权利要求1所述的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法,其特征在于,S2具 体为: 对于元件,获取的可靠性参数有年故障率、平均修复时间以及年平均持续修复时间;对 于馈线,获取的可靠性参数为其单位长度的故障率;对于负荷点,获取的可靠性参数为用户 数。
3. 根据权利要求1所述的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法,其特征在于,S3具 体包括以下步骤: S31:按照配电网的馈线数,对配电网进行分层处理,每一条馈线及该馈线所连接的各 元件为一层; S32:将配电网的每一层等效为一条相应的等效分支线路。
4. 根据权利要求1所述的基于网络等值法的配电网可靠性分析方法,其特征在于,S5具 体包括以下步骤: S51:获得所述负荷点的可靠性参数:负荷点等效年故障率、负荷点等效年平均停电持 续时间以及负荷点等效平均停电持续时间; S52:获得所述配电网在并网接入分布式光伏电源前后的可靠性指标:每年用户停电次 数、用户停电持续时间、系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、用户平均停电持续时 间以及平均供电可用率; S53:对并网接入分布式光伏电源前后的配电系统的可靠性指标进行分析对比,得出分 布式光伏电源接入后对配电网可靠性的影响。
5. -种基于网络等值法的配电网可靠性分析系统,其特征在于,包括: 可靠性模型建立单元:用于建立配电网可靠性模型,配电网可靠性模型的建立方法具 体为: 将各元件视为可修复元件,并且将所述各元件视为标准的两态模型,即正常工作状态 和故障停运状态,其中:保护元件,均视为100 %可靠工作; 将各负荷点视为恒功率模型; 将分布式光伏电源,视为一个额定容量的发电机; 可靠性参数获取单元:用于获取配电网中各元件、各馈线及各负荷点的可靠性参数,所 述元件的可靠性参数包括:年故障率λ、平均修复时间r以及年平均持续修复时间U; 简化等效单元:用于利用网络等值法对所述配电网中的较为复杂的单元进行简化等 效,简化后的孤岛内负荷点的等效故障率计算步骤为:运用下式
Figure CN104218604BC00031
其中,心、\2分别为两元件的年故障率,ri、r2*别为两元件的平均停电持续时间; 按照分布式光伏电源与主馈线的二重故障进行折算,不考虑两段主馈线同时故障; 故障模式及后果分析单元:用于利用FMEA对简化等效后的配电网中的各负荷点建立其 故障模式及后果分析表; 分析对比单元:用于获得所述负荷点可靠性参数,再计算、对比分析整个配电网在并网 接入分布式光伏电源前后的可靠性指标。
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