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高中壓配電系統可靠性評估方法研究

來源: www.dcfrg.com.cn 作者:lgg 發布時間:2017-08-27 論文字數:38592字
論文編號: sb2017081917080916912 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是電氣自動化論文,本課題基于高中壓配電系統的結構與特點,根據高中壓配電系統層次間的協調配合關系,提出配電系統多層次間故障協同處理過程,提出一種高中壓配電系統可靠性協同
第一章 緒論
 
針對高中壓配電系統可靠性評估方法進行研究,要著重分析配電系統發生故障后,不同電壓等級各環節間的協調配合過程以及各環節內部故障恢復過程,在對配電系統可靠性評估精細度要求逐步提高的實際需求下,該研究成果可以用于配電系統規劃以及配電系統日常運行維護工作提供面向可靠性的工作中。本章首先對配電系統可靠性研究的發展歷史與發展趨勢,以及研究面臨的主要問題進行簡述;然后對配電系統可靠性評估方法、高壓配電系統接線模式的可靠性評估方法、中壓配電系統多聯絡故障恢復以及多電壓等級電力系統綜合可靠性評估方法等四方面的研究現狀進行了綜述;最后,簡要的說明了本文的主要工作并對各章節內容安排進行了介紹。 
 
1.1 選題背景和意義 
二十世紀中期,電力行業中首次應用了可靠性相關技術,這些技術隨著電力系統規模的不斷壯大而日益成熟,最終促使對電力系統的可靠性研究成為了一門獨立的學科。作為電力系統最重要的關注對象,用戶在利用電能時希望從電力系統中得到持續可靠的供應,故而需要采用相應的概念來衡量電力系統的這種能力,即采用可靠性這一概念來表示系統的可靠供應能力。IEEE 標準 610-1990 對可靠性的定義為“元件或系統在規定的時間內在所處運行條件下實現其規定的功能的能力”[1]。 配電系統承接輸電系統變壓點輸出的電能,并將電能分配給各個用電用戶,是電能在電力系統中傳輸至用戶前的最終一個環節。配電系統包括不同電壓等級的配電站、配電變壓器、配電線路等電氣設施。我國將配電系統稱為供電系統,包含 220k V-380V 之間的多個電壓等級,其中高壓配電系統包括電壓等級在 35k V以上的配電系統,中壓配電系統包括電壓等級為 20k V、10k V 及 6k V 的配電系統,低壓配電系統包括電壓等級為 380V 及 220V 的配電系統。本文研究的高中壓配電系統指從 110k V 高壓配電線路出線端至 10k V 中壓配電線路間的網絡結構,包括 110k V 高壓配電線路、110k V 變電站以及 10k V 中壓配電系統。 根據電力公司不完全統計得到的用戶停電數據顯示,所有停電事件中由配電系統造成的事件占相當一部分比例,其中約有 78%-92%的停電事件由配電系統故障造成[2]。在現代化社會,各項技術的廣泛應用及電力企業的運行管理都需要供電可靠性達到較高水平來進行有效維持,因此,電網迅猛發展也提高了人們對配電系統可靠性的關注度。 而網絡結構日趨復雜、負荷持續增長及電力負荷對可靠性需求越來越高等情況也對配電系統可靠性工作提出了更高的要求,可涵蓋多個電壓等級不同環節的配電系統可靠性評估模型與方法需要與需求相適應。傳統配電系統可靠性分析方法多按不同電壓等級對高壓配電系統、變電站主接線、中壓配電系統分別進行獨立的可靠性評估,且評估對象主要集中于中壓配電系統。在單獨評估某一環節可靠性時,對于上級電網故障的處理方式通常是將其元件退運的停電結果直接等效在饋線的出口母線上,這種對上級結構采取簡化或等效的處理忽視了不同電壓等級間的相互影響與協調,具有局限性。 
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1.2 課題研究的現狀
配電系統可靠性評估方法的雛形源自于工程系統的可靠性評估經典法[3],并
于上世紀中期發展最為迅速。一些計算配電系統的停運率和停運時間的近似方法被提出為以后形成配電系統可靠性評估方法體系提供了條件[4-5]。在接下來的研究歷程中,R.Billinton 和他的助理們相繼撰寫了《電力系統可靠性評估》[6]、《基于蒙特卡洛模擬法的電力系統可靠性評估》[7]等專著,也是在這些專著中有關于配電系統可靠性評估的理論和方法首次得到了詳細地闡述。 根據評估模式、復雜程度、分析深度的不同,配電系統所適宜的評估方法也各不相同。模擬法[8-9]和解析法[10]是當前配電系統可靠性評估研究成果中及工程應用中最常使用的方法,其中蒙特卡洛模擬法[11-12]是模擬法中的代表,該方法的基本原理可簡述為利用抽樣所得的隨機數來表示元件的運行狀態,模擬系統的失效事件,形成失效事件集合后對系統和負荷點的可靠性指標進行計算[13]。與解析法相比,蒙特卡洛模擬法更加的直觀,同時因為其抽樣性質,蒙特卡洛模擬法多用于對負荷等隨機因素的變化進行模擬。由于采用該方法進行可靠性評估的過程中,評估復雜程度受系統元件規模的影響不大,使得該方法具有顯著區別于解析法的優勢,故而常被用于評估網絡結構形式較為復雜的電力系統的可靠性水平。但是為了得到較為準確的結果,抽樣次數需達到一定水平,由此必然導致計算時間較長。 
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第二章 高中壓配電系統可靠性評估方法基礎
 
配電系統可靠性評估用于預估及評價系統中設備的各項狀態及性能能否達到一定可靠性水平要求,是配電系統的規劃設計階段及運行階段必不可少的環節,主要包括確定元件停運模型、選擇系統狀態并評估該狀態所帶來的后果以及進行配電系統可靠性指標的計算等方面內容。本章首先概述高壓配電線路、變電站主接線以及中壓配電線路等高中壓配電系統不同電壓等級各環節的基本結構,然后對傳統配電系統可靠性評估方法從上述四個環節進行簡要介紹,本章內容是后續文章中配電系統可靠性協同評估方法的基礎和框架。 
 
2.1 高中壓配電系統基本結構
本文研究的高中壓配電系統指從 110k V 高壓配電線路至 10k V 中壓配電線路間的連通網絡,根據城市配電系統規劃設計的規范要求[35],可將該結構描述為包括 110k V 高壓配電線路及 110k V 變電站的高壓配電系統,以及包括 10k V 配電線路的中壓配電系統。高壓配電系統是城市電網的骨干,110k V 的高壓線路故障對中壓部分有著較大的影響,高壓配電系統的接線模式影響著中壓配電系統的電能供應情況。對110k V 高壓配電線路的網絡結構進行研究,可明確其在發生故障情況下的故障處理過程,進而分析高壓配電線路對中壓負荷點可靠性的影響。在高壓配電線路設計及建設的實際過程中,采用多種典型接線模式以實現電力的有效供應及網架設計的規范化,主要包括 T 型接線、直供接線以及鏈式接線等形式,也可將不同類型的典型接線形式進行組合得到混合式接線。
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2.2 高中壓配電系統可靠性評估指標
現有研究成果主要從充裕度角度構建可靠性指標對配電系統進行評價,配電系統的可靠性指標主要從兩個層級對系統的可靠性進行描述,一是系統層的,二是用戶層的[36],系統層的為系統可靠性指標,包含停電時間指標、停電頻率指標和停電電量三類指標,用戶層的為負荷點可靠性指標,針對單個負荷點的停電情況進行描述,以表達用戶所得供電的可靠性程度。兩個層級的指標在計算過程中依照先負荷點后系統的順序,一般先采用相應方法獲得負荷點可靠性指標,而后通過綜合該結果獲得系統可靠性指標。 系統可靠性指標用以統計系統可靠性的整體水平,描述了系統中元件發生故障對網絡總體停電影響的嚴重程度。常用系統平均停電頻率作為系統停電頻率類指標,用系統平均停電持續時間作為停電時間類指標,用系統總電量不足作為停電電量類指標,上述指標具體計算方式如式(2-2)至式(2-4)所示:
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第三章  高中壓配電系統可靠性多層次協同評估模型 .......... 16 
3.1  區域網絡圖 ...... 16 
3.1.1  開關裝置分類 ......... 16 
3.1.2  饋線分區 ........ 17 
3.1.3  區域網絡圖 .... 18 
3.1.4  基于區域網絡圖的故障影響分析 .... 21 
3.2  高中壓配電系統可靠性多層次協同評估模型 .... 25
3.3  本章小結 .......... 28 
第四章  高中壓配電系統故障影響協同分析模型 ......... 30
4.1  高壓配電系統遞進式故障影響分析模型 ............ 30 
4.1.1  基于變電站保護策略的負荷轉供 .... 30
4.1.2  基于饋線選切的負荷削減策略 ........ 31 
4.2  中壓配電系統多聯絡故障恢復 .......... 33 
4.2.1  傳統配電系統故障恢復模型 ............ 33 
4.2.2  故障恢復區根樹模型 ...... 33 
4.2.3  多聯絡故障恢復目標函數與約束條件 ..... 35 
4.2.4  基于負荷均衡的單聯絡故障恢復區劃分 .......... 36 
4.2.5  最優聯絡樹生成 ..... 37 
4.3  本章小結 .......... 37 
第五章  算例分析 ....... 39 
5.1  算例系統說明 ........... 39 
5.2  高中壓配電系統可靠性評估結果 ...... 42
5.3  本章小結 .......... 44 
 
第五章 算例分析
 
5.1 算例系統說明 
采用等效上級電源的方法[34],對高壓配電線路以及變電站兩個環節故障影響均進行等效計算,包含高壓配電線路及 110k V 變電站在內的高壓配電系統故障對各系統可靠性指標影響明顯,所占比例均達到 10%以上。可見,雖然高壓配電系統中元件故障率相對較低,但元件的故障修復時間較長,其故障同樣對負荷點造成較大的停電影響,因此僅計算中壓配電系統故障影響不能全面反映配電系統整體的可靠性水平。 由表 5-7 及表 5-8 可以看出,采用上級電源等效的方法計算得到系統可靠性指標與采用基于多層次協同分析的高中壓配電系統可靠性評估方法計算所得結果具有明顯差異,采用上級電源等效方法得到系統可靠性水平較低。主要原因是采用上級電源等效方法計算系統可靠性時,將所有上級所有故障影響結果等效為一個故障率為λ等效及故障修復時間 r 等效的元件,未考慮某一元件故障處理過程中下游結構對上游故障的配合與響應,沒有該故障造成負荷削減量的傳遞。可見,基于上級電源等效的故障影響分析過程無法反應配電系統故障處理的實際情況,可靠性評估結果不能精確體現系統可靠性水平。 
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總結 
 
近年來,電力相關行業對電力系統可靠性的關注逐漸從發輸電可靠性向配電系統可靠性進行轉移,尤其是供電企業在進行電網規劃時更加注重分析配電系統的可靠性水平對電力系統整體的影響。隨著配電系統結構日趨復雜,對配電系統可靠性分析方法也提出了更高的要求,欲對配電系統可靠性進行全面綜合的評估,需要分析不同電壓等級配電系統典型接線模式及相應運行特點,尤其是中壓配電系統多聯絡結構的故障恢復過程,同時需要計及各環節在故障發生后的協調配合過程,以實現配電系統可靠性的準確評估。 針對上述問題,本課題基于高中壓配電系統的結構與特點,根據高中壓配電系統層次間的協調配合關系,提出配電系統多層次間故障協同處理過程,提出一種高中壓配電系統可靠性協同評估方法;同時針對高壓配電系統的典型接線模式以及中壓配電系統多聯絡結構,提出高中壓配電系統故障影響協同分析方法,分別構建高壓配電系統遞進式故障影響分析模型以及中壓配電系統多聯絡故障恢復模型。論文主要工作如下: 
(1)結合配電系統區域網絡圖,提出了基于區域網絡圖的高中壓配電網故障影響分析方法。計及配電系統不同環節對負荷點可靠性的影響,構建了基于配電系統各環節間故障協同處理過程的高中壓配電系統可靠性評估方法,評估結果可更加準確全面地反映配電系統可靠性水平。 
(2)針對中壓配電系統多聯絡結構建立高配電自動化水平下的中壓配電系統多聯絡故障恢復模型,模型求解過程及準確程度適用于對配電系統可靠性進行快速分析。 
(3)考慮高壓配電系統的典型接線模式構成及運行特點,建立了高壓配電系統遞進式故障影響分析模型,結合中壓配電系統多聯絡故障恢復模型,提出了高中壓配電系統故障影響協同分析方法,故障影響分析過程符合配電系統運行實際,具有實用性。 
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參考文獻(略)

原文地址:http://www.dcfrg.com.cn/dqzdh/16912.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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