[發明專利]一種基于網絡等值的直流配用電系統可靠性評估方法

有效

• 申請號: 201910676366.3
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110442939B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 常瀟;王浩;李勝文;王金浩;亢銀柱;張世鋒;衛紅旺;李慧蓬;張敏;樊瑞;梁定康
• 申請（專利權）人: 國網山西省電力公司電力科學研究院;國網山西省電力公司;太原理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種基于網絡等值的直流配用電系統可靠性評估方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步：獲得直流配用電系統原始參數和拓撲結構以及配用電系統負荷參數，關鍵設備的故障率和故障修復時間；

第二步：分別應用直流配用電系統的向上等效和向下等效將系統分解為N個簡單輻射性網絡，將斷路器和變壓器等效為元件S_i，i＝1、2、3……n；將分支饋線之間的主線路與分段開關等效為元件M_i；將分支饋線的熔斷器、變壓器、變流器以及饋線線路等效為元件L_i；

向上等效將系統等效為僅含主饋線的簡單輻射性網絡：若為兩次等效，第一次配用電系統等效，即將次分支饋線等效為D1，D1的可靠性參數的計算方法如下所示：

式中，m為分支饋線等效元件S、M和L的總個數；λ_i為次分支饋線第i個等效元件的故障率；U_i為次分支饋線第i個等效元件的故障修復時間；

第二次等效過程將分支饋線以及次分支饋線的等效參數綜合等效為D2，D2可靠性參數的計算公式如下所示：

式中，n為分支饋線等效元件S、M和L的總個數；λ_i為分支饋線第i個等效元件的故障率；U_i為分支饋線第i個等效元件的故障修復時間；

向下等效計算過程與向上等效參數計算公式相同，為只含分支饋線的簡單輻射性網絡：若為兩次等效，第一次配用電系統等效，即將次分支饋線等效為D3，D3的可靠性參數的計算方法如下所示：

式中，m為分支饋線等效元件S、M和L的總個數；λ_i為次分支饋線第i個等效元件的故障率；U_i為次分支饋線第i個等效元件的故障修復時間；

第二次等效過程將分支饋線以及次分支饋線的等效參數綜合等效為D4，D4可靠性參數的計算公式如下所示：

式中，n為分支饋線等效元件S、M和L的總個數；λ_i為分支饋線第i個等效元件的故障率；U_i為分支饋線第i個等效元件的故障修復時間；

第三步：根據待評估負荷節點，確定等效方案，根據負荷點可靠性指標評估配電系統可靠性指標；

針對負荷節點j，任意等效元件S，M和L的故障都可能導致負荷點j的停電，因此，負荷點j的故障率λ_j的計算公式如下所示：

式中，擬定等效元件S，M和L的個數分別為n₁、n₂和n₃；λ_Si,j為第i個等效元件S故障時負荷點j的故障率，包括主饋線上變壓器故障率λ_Ti,j和斷路器故障率λ_Bi,j；λ_Mk,j為第k個等效元件M故障時負荷點j的故障率，包括主饋線上分段開關故障率λ_Di,j和線路故障率λ_Zi,j；λ_Lm,j為第m個等效元件L故障時負荷點j的故障率，包括分支饋線上熔斷器故障率λ_Fi,j、變壓器故障率λ_Yi,j以及可能存在的變流器故障率λ_Ci,j和線路故障率λ_Ki,j；

負荷點j的年平均停電時間U_j的計算公式如下所示：

式中，γ_Si,j為第i個等效元件S故障的修復時間；γ_Mk,j為第k個等效元件M故障的修復時間；γ_Lm,j為第m個等效元件L故障的修復時間；參數p_kj表征保護裝置的運行/故障狀態，是0到1之間的數；

負荷點j的故障平均停電持續時間γ_j的計算公式如下所示：

等效原件故障修復時間的判定，可分為三種情況：

1)直流配用電系統無備用電源：

配用電系統由主電源供電，分別根據等效元件S、M和L故障時直流配用電系統可能存在的故障修復方式確定故障修復時間；

①等效元件S故障的修復時間：

式中，t_BY和t_DL分別為變壓器和斷路器故障的修復時間，如果元件S包含的變壓器和斷路器同時故障，γ_Si,j為獨立器件修復時間的最大值，如果單一元件故障，γ_Si,j為故障器件的修復時間；

②等效元件M故障的修復時間：

元件M的故障方式有兩種：

方式1：元件M故障致使電功率無法傳遞到負荷節點，負荷點的停電時間為元件M的修復時間，由于元件M包括分段開關和線路，根據不同的故障情況，γ_Mk,j的計算公式如下所示：

式中，t_FD和t_XL為分段開關和線路故障的修復時間，如果線路和分段開關同時故障，γ_Mk,j為線路和分段開關修復時間的最大值，如果單一器件故障，γ_Mk,j為故障器件的修復時間；

方式2：在故障事件發生時，分段開關迅速隔離故障點，負荷停電時間為分段開關的操作時間，故γ_Mk,j的計算公式為：

γ_Mk,j＝t_s (10)

式中，t_s為分段開關的操作時間；

③等效元件L故障的修復時間：

方式1：元件L故障導致電功率無法傳遞到負荷節點，負荷點停電時間為元件L的修復時間，由于元件L包含熔斷器、變壓器、變流器和線路，不同元件的故障組合方式決定了L的故障修復時間：

方式2：由于故障元件L連接在分段開關之后，故障事件發生時，分段開關迅速隔離故障點，負荷的停電時間為分段開關的操作時間t_s；

2)直流配用電系統有理想備用電源：

理想電源即100％可靠的無故障電源；

①故障修復時間為等效元件S的修復時間，當元件S故障時，分段開關斷開故障線路，配電系統分成兩個獨立部分，供電區域和停電區域，因此，對于供電區域，故障修復時間為分段開關的操作時間；對于停電區域，故障修復時間為等效元件S的修復時間，計算公式如下所示：

式中，t_YJS為等效元件S的故障修復時間；

元件M和L故障情況下，故障修復時間的分析方法與無備用電源的情況相同，具體如下；

②等效元件M故障的修復時間：

方式1：元件M故障致使電功率無法傳遞到負荷節點，負荷點的停電時間為元件M的修復時間，由于元件M包括分段開關和線路，根據不同的故障情況，γ_Mk,j的計算公式如下所示：

式中，t_FD和t_XL為分段開關和線路故障的修復時間，如果線路和分段開關同時故障，γ_Mk,j為線路和分段開關修復時間的最大值，如果單一器件故障，γ_Mk,j為故障器件的修復時間；

方式2：在故障事件發生時，分段開關迅速隔離故障點，負荷停電時間為分段開關的操作時間，故γ_Mk,j的計算公式為：

γ_Mk,j＝t_s (14)

式中，t_s為分段開關的操作時間；

③等效元件L故障的修復時間：

元件L故障有兩種方式：

方式1：元件L故障導致電功率無法傳遞到負荷節點，負荷點停電時間為元件L的修復時間，由于元件L包含熔斷器、變壓器、變流器和線路，不同元件的故障組合方式決定了L的故障修復時間：

方式2：由于故障元件L連接在分段開關之后，故障事件發生時，分段開關迅速隔離故障點，負荷的停電時間為分段開關的操作時間t_s；

3)直流配用電系統有非理想備用電源：

當元件M1及L1故障時，分段開關K1斷開，負荷點Lp1與主電源形成獨立回路，Lp1的停電時間為元件M1或L1的故障行修復時間，如公式(9)和(15)；當元件M2或L2故障時，分段開關斷開故障點，Lp1由主電源供電，負荷點Lp1的停電時間為開關K1的操作時間；

當元件M1和L1故障時分段開關斷開，形成備用電源供電的孤島直流配用電系統，由于備用直流電源的可用率為p，期望故障修復時間的計算公式如下：

γ_Mk,j＝γ_Lm,j＝t_s×p+t₁×(1-p) (16)

式中，t₁為備用電源的修復時間；t_s為分段開關的操作時間；當備用電源處于可用狀態，故障修復時間與分段開關的操作時間和備用電源的可用概率有關，可用狀態下期望修復時間為t_s×p，當備用電源處于不可用狀態(1-p)時，期望故障修復時間與備用電源的修時間以及狀態概率有關，故障狀態下期望修復時間為t₁×(1-p)。