黃鵬

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司，銀川 750000）

引言

交直流混合配電網(wǎng)[1,2]具備諸多優(yōu)勢，如高可控性、強(qiáng)潮流調(diào)節(jié)能力、低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行損耗和高能源利用效率等。然而，隨著其快速發(fā)展，薄弱線路的可靠性成為一個重要關(guān)注領(lǐng)域。薄弱線路是指在電力傳輸和分配過程中存在潛在問題或存在可靠性較低的線路。薄弱線路會由于老化、材料劣質(zhì)等原因，導(dǎo)致電線的電阻增加、導(dǎo)線質(zhì)量不良或接觸不良頻繁發(fā)生，影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞。因此，進(jìn)行薄弱線路可靠性測試研究十分必要。

金國彬[3]等提出了一種考慮可靠性的交直流混合配電網(wǎng)網(wǎng)架與分布式電源協(xié)同優(yōu)化規(guī)劃方法。該方法在場景構(gòu)建階段考慮了各分布式電源出力和負(fù)荷功率的相關(guān)性和時(shí)序性。在可靠性評估階段，建立了同時(shí)考慮穩(wěn)態(tài)和故障運(yùn)行下可靠性的綜合評估體系，并統(tǒng)一量綱處理可靠性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)之間的聯(lián)系。使用雙層協(xié)同優(yōu)化策略設(shè)計(jì)了交直流混合配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和分布式電源接入容量。仲禮鵬[4]等提出了一種計(jì)及可靠性成本的中壓交直流混合配電網(wǎng)的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。該模型目標(biāo)是最小化投資建設(shè)成本、運(yùn)營成本和可靠性成本，對節(jié)點(diǎn)建設(shè)類型和支路進(jìn)行規(guī)劃求解。隨后，將得到的交直流混合規(guī)劃方案與純交流規(guī)劃方案和純直流規(guī)劃方案進(jìn)行了比較。最后，分析了換流器故障率對交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果的影響。

目前針對交直流混合配電網(wǎng)中薄弱線路可靠性的研究較少，傳統(tǒng)方法單純以運(yùn)行狀態(tài)失效概率為基礎(chǔ)，作為供電網(wǎng)絡(luò)薄弱線路識別的方法，在應(yīng)用到交直流混合配電網(wǎng)時(shí)，面臨運(yùn)行狀態(tài)特征概率波動，識別過程存在明顯誤差。因此，本文基于上述文獻(xiàn)對交直流混合配電網(wǎng)薄弱線路可靠性測試問題進(jìn)行研究。通過對薄弱線路進(jìn)行可靠性研究，可以識別潛在問題、預(yù)測故障風(fēng)險(xiǎn)，并采取預(yù)防措施，包括線路維護(hù)、更換設(shè)備、增加容量等，以減少停電事件和故障發(fā)生的可能性，并提高配電網(wǎng)的供電可靠性和穩(wěn)定性。

1 薄弱線路辨識方法設(shè)計(jì)

在交直流混合配電網(wǎng)中，薄弱線路不僅可能導(dǎo)致停電或供電不穩(wěn)定，還可能對電網(wǎng)的安全性產(chǎn)生重大影響。因此，通過薄弱線路的辨識，可以評估其運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)險(xiǎn)水平，并采取相應(yīng)的維護(hù)和改進(jìn)措施，以提高配電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

從運(yùn)行狀態(tài)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[5]兩個方面確定該配電網(wǎng)的薄弱線路，兼顧交直流混合配電網(wǎng)線路[6-7]運(yùn)行狀態(tài)與固有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變后對于電網(wǎng)造成的影響，搭建交直流混合配電網(wǎng)的線路薄弱性評估指標(biāo)體系。該體系具體如表1 所示。

表1 交直流混合配電網(wǎng)線路薄弱性評估指標(biāo)體系

1）線路開斷凝聚度值越大，表示交直流混合配電網(wǎng)的凝聚度變化越大，即線路越薄弱。

其中線路開斷凝聚度的計(jì)算可表示為：

式中：

χ(C)—指線路(i，j)斷開前交直流混合配電網(wǎng)的凝聚度；

M—交直流混合配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

K—電網(wǎng)平均距離；

bij—節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j之間的最短電氣距離；

χ'(C)—線路(i，j)斷開以后最大連通子網(wǎng)的對應(yīng)凝聚度。

2）線路電氣介數(shù)值越大，表示交直流混合配電網(wǎng)[8,9]中線路擔(dān)負(fù)的傳輸作用越大，該條線路斷開后對于電網(wǎng)的影響越大，也就是線路越薄弱。

線路電氣介數(shù)的計(jì)算可表示為：

式中：

fg—全部發(fā)電節(jié)點(diǎn)集合；

ft—全部負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；

Qi—發(fā)電節(jié)點(diǎn)i的權(quán)重；

Qj—負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的權(quán)重；

l ij(α,β)—負(fù)荷-發(fā)電節(jié)點(diǎn)對線路(i，j)加上單位注入電流元以后線路(α,β)上引發(fā)的電流值。

3）在第k條線路退出運(yùn)行以后，當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓偏移量的值越大時(shí)，表明電網(wǎng)所受影響越大，也就是線路越薄弱[10]。

線路退出以后的電壓偏移量的計(jì)算可表示為：

式中：

λ—交直流混合配電網(wǎng)[11-13]中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；

U i'(k)—第k條線路退出運(yùn)行以后節(jié)點(diǎn)i的電壓；

U i(k)—第k條線路退出運(yùn)行以前節(jié)點(diǎn)i的電壓。

4）線路潮流轉(zhuǎn)移熵的計(jì)算可表示為：

式中：

?δlk—第l條線路分擔(dān)第k條線路所轉(zhuǎn)移的潮流增量；

Qlk—第k條線路斷開后，第l條線路的有功潮流；

Ql0—第l條線路的有功潮流初始值；

P(k)—第k條線路的對應(yīng)潮流轉(zhuǎn)移熵；

r—線路總數(shù)；

χlk—第l條線路對第k條線路的潮流轉(zhuǎn)移沖擊率。

接著應(yīng)用層次分析法計(jì)算該交直流混合配電網(wǎng)[14,15]各指標(biāo)的評分，完成其薄弱線路辨識。

綜合上述過程，對線路開斷凝聚度、線路電氣介數(shù)、線路退出以后的電壓偏移量這三種正向指標(biāo)進(jìn)行評分，可表示為：

式中：

yab'—第a個指標(biāo)中的第b個數(shù)值評分結(jié)果，a包括D(i,j)、J(α,β)和O(k)；

yab—第a個指標(biāo)中的第b個數(shù)值的評分結(jié)果；

yabmin—yab的最大值；

yabmax—yab的最小值。

當(dāng)yab越大，即線路開斷凝聚度、線路電氣介數(shù)、線路退出以后的電壓偏移量這三種正向指標(biāo)數(shù)值越高，yab'越接近0，表明該線路的綜合評分較低，會被辨識為薄弱線路。

對于線路潮流轉(zhuǎn)移熵這種負(fù)向指標(biāo)進(jìn)行評分，可表示為：

表示當(dāng)yP(k)越大，即線路潮流轉(zhuǎn)移熵?cái)?shù)值越低，y′P(k)越接近低，表明該線路的綜合評分較低，會被辨識為薄弱線路。

2 可靠性測試實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)用交直流混合配電網(wǎng)設(shè)置

選擇一個直流電壓等級為±10 k、交流電壓等級為10 kV 的交直流混合配電網(wǎng)，該配電網(wǎng)的線路參數(shù)如表2所示。

該交直流混合配電網(wǎng)的總無功負(fù)荷為5.68Mvar，總有功負(fù)荷為9.68 MW。相關(guān)的傳感器參數(shù)設(shè)置如表3 所示。傳感器產(chǎn)生的波形如圖1 所示。

圖1 傳感器產(chǎn)生的波形

表3 傳感器參數(shù)設(shè)置

利用大功率數(shù)字化恒流源與電路老化監(jiān)測器測試試驗(yàn)交直流混合配電網(wǎng)薄弱線路的老化程度，并根據(jù)老化程度定義其可靠性，可表示為：

式中：

?—交直流混合配電網(wǎng)薄弱線路的老化程度；

ξ—交直流混合配電網(wǎng)薄弱線路的可靠性。

在不同接線模式下實(shí)施交直流混合配電網(wǎng)薄弱線路的可靠性測試[16]。通過可靠性指標(biāo)衡量本文方法下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 單輻射接線模式下的薄弱環(huán)節(jié)可靠性測試

在單輻射接線模式下，利用本文方法對交直流混合配電網(wǎng)的薄弱線路辨識結(jié)果如表4 所示。

表4 辨識結(jié)果

其可靠性測試結(jié)果如圖2 所示。

圖2 可靠性測試結(jié)果

根據(jù)圖2 的可靠性測試結(jié)果，在單輻射接線模式下，薄弱線路均有不同程度的老化，其中薄弱線路4 的可靠性最低，低于30 %，薄弱線路2、6、7、8、9 的可靠性較高，達(dá)到（60~90）%，薄弱線路1、3、5 的可靠性最高，高于90 %。

2.3 手拉手接線模式下的薄弱環(huán)節(jié)可靠性測試

在手拉手接線模式下，利用本文方法對交直流混合配電網(wǎng)的薄弱線路辨識結(jié)果如表5 所示。

表5 辨識結(jié)果

其可靠性測試結(jié)果如圖3 所示。

圖3 可靠性測試結(jié)果

根據(jù)圖3 的可靠性測試結(jié)果，在手拉手接線模式下，薄弱線路10 可靠性最低，低于30 %，薄弱線路1、2、3、4、5、9 的可靠性較高，達(dá)到（60~90）%。

2.4 三供一備接線模式下的薄弱環(huán)節(jié)可靠性測試

在三供一備接線模式下，利用本文方法對交直流混合配電網(wǎng)的薄弱線路辨識結(jié)果如表6 所示。

表6 辨識結(jié)果

其可靠性測試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 可靠性測試結(jié)果

根據(jù)圖4 的可靠性測試結(jié)果，在三供一備接線模式下，薄弱線路9 的可靠性最低，低于30 %，薄弱線路1~6、8、10、12 的可靠性較高，達(dá)到（60~90）%，不存在可靠性高于90 %的薄弱線路。

3 結(jié)束語

通過對交直流混合配電網(wǎng)薄弱線路實(shí)施可靠性測試，能夠有效獲得薄弱線路的可靠性水平，從而針對性地采取解決措施，提升系統(tǒng)的整體可靠性水平。在研究中，主要完成了以下工作：

1）從運(yùn)行狀態(tài)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩個方面出發(fā)，搭建了交直流混合配電網(wǎng)的線路薄弱性評估指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)了混合配電網(wǎng)中薄弱線路的辨識。

2）利用傳感器實(shí)現(xiàn)了交直流混合配電網(wǎng)薄弱線路的老化程度測試，并轉(zhuǎn)化為可靠度作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

3）以某交直流混合配電網(wǎng)為例實(shí)施了深入分析。