李志,余紹峰,彭佳盛,楊游航,方徐康,文云峰

(1.浙江華電器材檢測研究院有限公司,杭州市 310000;2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,長沙市 410000)

0 引 言

隨著全球氣候不斷變化,極端災(zāi)害事件日益頻發(fā),電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行受到嚴峻挑戰(zhàn)[1-3]。配電網(wǎng)具有獨特的拓撲結(jié)構(gòu)和運行特性,相較于輸電網(wǎng)更容易受到極端自然災(zāi)害的影響,配電網(wǎng)在極端災(zāi)害事件下的應(yīng)對能力近年來受到了國內(nèi)外廣泛關(guān)注[4-8]。彈性是衡量系統(tǒng)在極端災(zāi)害或嚴重故障情況下,通過改變自身狀態(tài)以減少故障持續(xù)過程中的系統(tǒng)損失,并在故障結(jié)束后盡快恢復(fù)到正常狀態(tài)的能力[9-11]。配電網(wǎng)的彈性評估主要針對極端災(zāi)害或嚴重故障事件下配電系統(tǒng)對擾動的預(yù)防、抵御以及快速恢復(fù)能力進行評估[12]。

目前,國內(nèi)外針對極端災(zāi)害情況下的配電網(wǎng)彈性評估已開展了諸多研究。彈性評估指標(biāo)體系層面,文獻[13-14]兼顧配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和運行過程,構(gòu)建了綜合考慮脆弱性和恢復(fù)力的彈性指標(biāo);文獻[15]根據(jù)我國城市配電網(wǎng)的實際情況,建立了一套涵蓋預(yù)防階段、滲透階段和恢復(fù)階段的城市彈性配電網(wǎng)評估指標(biāo)體系。彈性評估方法層面,文獻[16]計算實際系統(tǒng)功能曲線的缺額面積,定性分析不同場景下的彈性水平;文獻[17]和[18]分別利用彈性三角形模型和彈性梯形模型實現(xiàn)彈性指標(biāo)的構(gòu)建和評估;文獻[19]考慮臺風(fēng)災(zāi)害,提出了一種考慮網(wǎng)架重構(gòu)和災(zāi)區(qū)復(fù)電過程的配電網(wǎng)抗臺風(fēng)韌性評估模型;文獻[20]同時考慮多種災(zāi)害,提出多種極端災(zāi)害共同作用的電網(wǎng)彈性計算方法。上述文獻均將各種開關(guān)等配電自動化開關(guān)設(shè)備考慮為即開即斷的理想狀態(tài),缺少對開關(guān)設(shè)備動作邏輯過程的詳細分析,未將開關(guān)設(shè)備和饋線自動化影響納入配網(wǎng)彈性整體評估流程之中。

近年來,我國配電自動化建設(shè)與應(yīng)用已經(jīng)取得了較大發(fā)展[21]。然而,當(dāng)前我國城市配電自動化建設(shè)仍然存在調(diào)控運行支撐不足、狀態(tài)感知能力有待增強等問題,配電網(wǎng)故障快速處置和負荷靈活轉(zhuǎn)供能力有待提升[22]。此外,一些地市中壓配網(wǎng)設(shè)備自動化終端覆蓋率低,低壓配網(wǎng)透明化處于起步階段,臺區(qū)和低壓停電感知能力不足,臺區(qū)重復(fù)停電和居民頻繁停電問題突出。在“雙碳”目標(biāo)及新型電力系統(tǒng)構(gòu)建背景下,未來配電網(wǎng)仍需大力推進配電自動化建設(shè),以切實保障民生供電[23]。

配電自動化作為配電網(wǎng)彈性提升的重要手段,在大規(guī)模故障發(fā)生后的瞬間,能夠?qū)崿F(xiàn)故障區(qū)域的精準(zhǔn)定位與隔離[24],并快速恢復(fù)非故障區(qū)域的正常運行,為負荷的持續(xù)供電提供有力支撐。但配電自動化的接入無疑增加了配電網(wǎng)拓撲和運行方式的復(fù)雜性[25],不同配電開關(guān)設(shè)備接入數(shù)量和不同饋線自動化模式下非故障區(qū)域會出現(xiàn)不同的失電表現(xiàn),對配電網(wǎng)彈性水平具有不同程度的影響?，F(xiàn)有研究缺乏配電自動化接入情況對配電網(wǎng)極端災(zāi)害應(yīng)對能力的量化評估,配電自動化開關(guān)設(shè)備和不同饋線自動化模式對大范圍故障恢復(fù)的影響尚未得到充分考慮。

針對現(xiàn)有研究的不足,本文提出一種考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的配電網(wǎng)彈性評估方法,可為指導(dǎo)配電開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的建設(shè)選型提供參考依據(jù)。首先,建立分塊-斷路器關(guān)聯(lián)矩陣,利用配電開關(guān)設(shè)備的開斷組合,確定不同饋線自動化模式下的動作邏輯過程和負荷變化情況;其次,構(gòu)建考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的配電網(wǎng)彈性評估指標(biāo)體系,分析不同饋線自動化模式參與下的系統(tǒng)失負荷情況,獲取各場景配電網(wǎng)系統(tǒng)功能曲線,提出考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的彈性評估流程;最后,通過改進的IEEE-33節(jié)點配電網(wǎng)算例驗證所提方法的有效性,揭示開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式配置情況對系統(tǒng)彈性水平的影響。

1 開關(guān)設(shè)備及饋線自動化模式動作邏輯分析

開關(guān)設(shè)備作為配電自動化的基礎(chǔ),在大規(guī)模故障發(fā)生后,能有效實現(xiàn)故障隔離、限制故障范圍,保證非故障區(qū)域正常供電[26]。本文著重研究斷路器和聯(lián)絡(luò)開關(guān)2種“三遙”開關(guān)設(shè)備對配電網(wǎng)彈性水平的影響。通過梳理配電開關(guān)設(shè)備動作邏輯過程,厘清不同饋線自動化模式下開關(guān)設(shè)備的開斷次序,明確不同饋線自動化模式動作過程中非故障區(qū)域的失電情況,比較不同饋線自動化模式下配電網(wǎng)遭遇極端災(zāi)害事件的抵御與快速恢復(fù)能力。

1.1 分塊-斷路器關(guān)聯(lián)矩陣的建立

對于含有斷路器的配電網(wǎng)來說,線路故障導(dǎo)致前向搜索斷路器跳閘,由于配電網(wǎng)部分線路有相同的前向搜索斷路器,可對配電網(wǎng)進行分塊處理,建立系統(tǒng)的分塊-斷路器關(guān)聯(lián)矩陣,從而簡化饋線自動化模式動作邏輯分析過程。

圖1所示的簡單配電系統(tǒng)共有11個節(jié)點、3個斷路器,分別位于節(jié)點1與上級配電網(wǎng)之間、節(jié)點4—5之間和節(jié)點9—10之間?？筛鶕?jù)斷路器位置將配電網(wǎng)分為4塊,每一分塊中所有線路的上游斷路器均相同。正常運行時,斷路器處于閉合狀態(tài);故障發(fā)生時對應(yīng)斷路器斷開,例如節(jié)點10與節(jié)點11之間線路發(fā)生故障,則節(jié)點9和節(jié)點10之間的斷路器斷開;節(jié)點2—3發(fā)生故障,則節(jié)點1與上級配電網(wǎng)之間斷路器斷開。

圖1 簡單配電系統(tǒng)分塊示意圖Fig.1 Block diagram of simple power distribution system

假設(shè)某配電網(wǎng)含有N個斷路器,配電網(wǎng)共根據(jù)斷路器位置分為M塊,將分塊后的每個區(qū)域視為新的節(jié)點,將開關(guān)設(shè)備所在線路視為分塊間的聯(lián)絡(luò)線路,可建立分塊-斷路器關(guān)聯(lián)矩陣H來表示配電網(wǎng)中每個分塊與其上游斷路器的對應(yīng)關(guān)系,矩陣H的行數(shù)和列數(shù)分別為N和M。若分塊n的上游斷路器為斷路器m,則關(guān)聯(lián)矩陣H中元素Hmn=1,否則Hmn=0。圖1所示配電網(wǎng)的分塊-關(guān)聯(lián)矩陣可表示為:

(1)

H12=H23=H34=1表示斷路器1、2、3分別為分塊2、3、4的上游斷路器,分塊2發(fā)生故障,斷路器1跳閘;分塊3發(fā)生故障,斷路器2跳閘;分塊4發(fā)生故障,斷路器3跳閘。

1.2 不同饋線自動化模式的動作邏輯分析

同一個配電網(wǎng)系統(tǒng)在面對多次相同故障情況時,開關(guān)設(shè)備的最終狀態(tài)一致,故系統(tǒng)最終結(jié)果層面的彈性指標(biāo)也相互統(tǒng)一。然而,不同動作過程中非故障區(qū)域會出現(xiàn)不同的失電表現(xiàn)。因此,有必要對不同饋線自動化模式進行動作邏輯分析,評估不同饋線自動化模式過程層面的彈性水平,描述不同饋線自動化模式配電網(wǎng)應(yīng)對極端災(zāi)害事件的能力。

饋線自動化是利用自動化裝置或系統(tǒng),監(jiān)視配電網(wǎng)的運行狀況,及時發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)故障,進行故障定位、隔離和恢復(fù)對非故障區(qū)域的供電[27-29]。饋線自動化按信息處理方式分為集中型、就地重合式和智能分布式[30]。3種饋線自動化模式在供電區(qū)域、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和特點方面具有較大差異,其對比如表1所示。

表1 饋線自動化模式對比Table 1 Feeder automation scheme comparison

本文著重對集中型饋線自動化、電壓時間型就地重合式饋線自動化、速動型智能分布式饋線自動化3種饋線自動化模式進行動作邏輯分析,研究其對配電網(wǎng)彈性水平的影響,為饋線自動化模式的建設(shè)選型提供理論與技術(shù)支持。

線路接線結(jié)構(gòu)如圖2所示,以裝設(shè)2個斷路器、1個聯(lián)絡(luò)開關(guān)的線路接線結(jié)構(gòu)為例,分析3種不同饋線自動化模式的動作過程,推導(dǎo)不同模式下非故障區(qū)域的各負荷節(jié)點停電時長。

圖2 線路接線結(jié)構(gòu)Fig.2 Line connection structure

1)集中型饋線自動化。

集中型饋線自動化模式在故障發(fā)生后,將故障信息上傳至主站,根據(jù)主站的判斷進一步控制開關(guān)設(shè)備的開斷,實現(xiàn)故障定位、隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)。以圖2為例,當(dāng)故障K1發(fā)生時,斷路器1斷開,終端將故障信息上傳至主站,主站經(jīng)過信息處理實現(xiàn)故障定位,并斷開分段開關(guān)FS13和FS14實現(xiàn)故障隔離,最后閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS1實現(xiàn)非故障區(qū)域負荷L15的供電。在該模式下,具體負荷的停電時長為:

(2)

式中:Ωup、Ωdown分別為故障上游節(jié)點和故障下游節(jié)點集合;Tz、Td分別為主站信息處理時間和斷路器重合時間;Tl,i為第i個聯(lián)絡(luò)開關(guān)的重合時間。

2)電壓時間型就地重合式饋線自動化。

電壓時間型就地重合式饋線自動化主要通過斷路器、分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的動作配合實現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)。以圖2為例,當(dāng)故障K1發(fā)生時,斷路器1斷開,經(jīng)過斷路器1合閘時間后,斷路器重新合閘,FS11、FS12和FS13分別經(jīng)過對應(yīng)合閘時間實現(xiàn)合閘,FS13合閘瞬間斷路器1再次斷開,FS13閉鎖,斷路器1、FS11和FS12在經(jīng)歷各自合閘等待時間后再次合閘,實現(xiàn)故障上游非故障區(qū)域的供電,斷開FS14、閉合LS1,實現(xiàn)故障下游的非故障區(qū)域供電恢復(fù)。該模式下各節(jié)點負荷停電時長為:

(3)

式中:Tf,i為第i個分段開關(guān)重合時間;Tf,k為故障上游最近一個分段開關(guān)合閘時間。

3)速動型智能分布式饋線自動化。

該模式是指故障發(fā)生后斷路器未斷開,僅依靠終端之間的相互通信即可實現(xiàn)非故障區(qū)域的隔離。以圖2為例,當(dāng)故障K1發(fā)生時,斷路器無需斷開,僅依靠終端之間的互相通信即可斷開FS13和FS14,實現(xiàn)故障區(qū)域的隔離,進一步閉合LS1實現(xiàn)故障下游非故障區(qū)域負荷的復(fù)電。在該模式下,非故障區(qū)域只有故障下游負荷出現(xiàn)停電情況,且故障下游負荷停電時長為:

Ti=∑Tl,i,i∈Ωdown

(4)

2 配電網(wǎng)彈性評估方法

2.1 彈性評估指標(biāo)

為評估開關(guān)設(shè)備及饋線自動化模式接入情況對配電網(wǎng)彈性水平的影響,本文從宏觀結(jié)果和微觀過程2個角度著手,宏觀結(jié)果層面指標(biāo)描述配電網(wǎng)系統(tǒng)在遭遇極端災(zāi)害事件后的最終表現(xiàn),微觀過程層面指標(biāo)揭示配電網(wǎng)系統(tǒng)在遭遇極端災(zāi)害事件中的配電自動化動作能力,構(gòu)建多維度彈性評估指標(biāo)體系,對配電網(wǎng)系統(tǒng)在遭遇極端災(zāi)害事件中配電自動化動作能力和遭遇極端災(zāi)害事件最終表現(xiàn)進行描述。

1)系統(tǒng)有功功率缺額量。

系統(tǒng)有功功率缺額量定義為無災(zāi)害情況下系統(tǒng)功能曲線與極端災(zāi)害情況下系統(tǒng)功能曲線的積分值之差。系統(tǒng)功能在本文中取為負荷值,該指標(biāo)從結(jié)果層面揭示了遭遇極端災(zāi)害事件全過程中的負荷損失,體現(xiàn)了配電網(wǎng)整體的脆弱性,計算式為:

(5)

式中:IPD為系統(tǒng)有功功率缺額量;T0、T分別為遭遇極端災(zāi)害事件的初始時刻和最終時刻;QR(t)、Q1(t)分別為理想狀態(tài)系統(tǒng)功能曲線和實際情況下功能曲線。

2)最大失負荷比例。

最大失負荷比例定義為故障最嚴重情況下的系統(tǒng)負荷量與未發(fā)生故障情況下的系統(tǒng)負荷量之比,該指標(biāo)從結(jié)果層面描述了自動化接入的配電網(wǎng)在遭受故障情況下的系統(tǒng)堅韌性,計算式為:

(6)

式中:Ra為最大失負荷比例;ΩN為系統(tǒng)所有負荷節(jié)點集合;ΔPload,j為節(jié)點j的負荷有功功率損失量。

3)平均失負荷速度。

平均失負荷速度定義為失負荷總量與失負荷過程時間之比,該指標(biāo)描述了系統(tǒng)在無法完全吸收災(zāi)害所造成的影響下失去負荷的速度,從結(jié)果層面體現(xiàn)了配電網(wǎng)的堅強性,計算式如下:

(7)

式中:VSLL為負荷損失速度;Te為失負荷過程持續(xù)時間。

4)非故障區(qū)重要負荷平均停電時長。

非故障區(qū)重要負荷平均停電時長定義為在饋線自動化的動作邏輯過程中,非故障區(qū)域重要負荷短暫的停電時長之和與非故障區(qū)域的重要負荷之比,該指標(biāo)表征了饋線自動化實現(xiàn)故障隔離、非故障區(qū)域重要負荷恢復(fù)供電的效率,從過程層面體現(xiàn)不同饋線自動化模式對于彈性水平的影響作用,計算式為:

(8)

5)系統(tǒng)平均停電次數(shù)。

系統(tǒng)平均停電次數(shù)定義為在饋線自動化的動作邏輯過程中,系統(tǒng)所有節(jié)點停電次數(shù)與節(jié)點數(shù)之比,該指標(biāo)表征了每個由系統(tǒng)供電的用戶在饋線自動化的動作邏輯過程中所遭受到的平均停電次數(shù),從過程層面體現(xiàn)不同饋線自動化模式對于彈性水平的影響作用,計算式為:

(9)

式中:Tai為系統(tǒng)平均停電次數(shù);T為時刻數(shù);N為系統(tǒng)負荷節(jié)點總數(shù)。

6)分布式電源發(fā)電損失量。

分布式發(fā)電損失量定義為所有時刻的分布式發(fā)電因為系統(tǒng)故障損失的發(fā)電量之和,該指標(biāo)從過程層面揭示了配電自動化開關(guān)設(shè)備處理故障過程中的分布式發(fā)電運行情況,計算式為:

(10)

2.2 考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的配電網(wǎng)彈性評估流程

本文所提出的考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的配電網(wǎng)彈性評估流程如圖3所示,具體包含以下步驟:

圖3 考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的配電網(wǎng)彈性評估流程Fig.3 Flow chart of resilience evaluation considering switchgear and feeder automation modes

步驟1：輸入配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和故障信息,配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括拓撲結(jié)構(gòu)、負荷和支路參數(shù)等,故障信息包括故障支路以及故障發(fā)生時刻。

步驟2：根據(jù)斷路器位置對配電網(wǎng)進行分塊,建立系統(tǒng)的分塊-斷路器關(guān)聯(lián)矩陣,明確不同分塊發(fā)生故障時斷路器的響應(yīng),簡化配電網(wǎng)配電自動化動作邏輯分析過程。

步驟3：基于故障信息,在步驟2的基礎(chǔ)上斷開故障分塊對應(yīng)的斷路器,實現(xiàn)故障的隔離,進一步分析聯(lián)絡(luò)開關(guān)在非故障區(qū)域供電恢復(fù)階段的動作情況,完成故障情況下的開關(guān)設(shè)備開斷情形分析。

步驟4：分析不同饋線自動化模式下配電自動化開關(guān)設(shè)備的動作邏輯過程,明晰不同饋線自動化模式在故障恢復(fù)過程中實現(xiàn)故障隔離、非故障區(qū)域恢復(fù)供電的范圍,基于式(2)、(3)、(4)分別計算集中型饋線自動化、電壓時間型就地重合式饋線自動化、速動型智能分布式饋線自動化3種饋線自動化模式動作過程中的各負荷失電時長。

步驟5：對所有時刻進行仿真,獲取負荷狀態(tài)曲線,從微觀過程、宏觀結(jié)果2個層面開展多維度彈性指標(biāo)計算,基于式(5)—(10)確定不同饋線自動化模式下系統(tǒng)有功功率缺額量、最大失負荷比例、平均失負荷速度、非故障區(qū)重要負荷平均停電時長、系統(tǒng)平均停電次數(shù)和分布式電源發(fā)電損失量,綜合評估配電網(wǎng)彈性水平。

3 算例分析

3.1 算例概況

基于改進的IEEE-33節(jié)點配電網(wǎng)驗證所提方法對于評估配電自動化接入情況對配電網(wǎng)彈性影響的有效性。改進的IEEE-33節(jié)點配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改進的IEEE-33節(jié)點配電系統(tǒng)拓撲Fig.4 Modified IEEE 33-bus distribution system topology

在該算例中,總有功負荷為3.715 MW,節(jié)點3、5、14、22、28為重要負荷節(jié)點,其余為普通負荷節(jié)點。在節(jié)點23處接入額定容量為300 kW的風(fēng)力發(fā)電裝置;在節(jié)點4、13均接入微型燃氣機組,額定容量分別為500 kW和600 kW;在節(jié)點8、22分別接入額定容量均為550 kW的光伏發(fā)電裝置,光伏發(fā)電裝置與風(fēng)力發(fā)電裝置在系統(tǒng)發(fā)生故障后會脫網(wǎng)運行,微型燃氣機組在故障后能繼續(xù)與系統(tǒng)保持聯(lián)系。

測試系統(tǒng)含有斷路器9個,接入位置由圖中的×表示,分塊-斷路器模型如圖5所示。根據(jù)斷路器位置將測試系統(tǒng)共分為9塊,聯(lián)絡(luò)開關(guān)3個,分別位于節(jié)點25與節(jié)點32之間、節(jié)點18與節(jié)點33之間和節(jié)點13與節(jié)點22之間,斷路器的合閘時間為5 s,聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合時間為7 s,主站信息處理時間為2 min。

圖5 算例系統(tǒng)分塊圖Fig.5 Block diagram of the test system

配電網(wǎng)的分塊-關(guān)聯(lián)矩陣為:

(11)

由分塊-關(guān)聯(lián)矩陣可知,每一個分塊對應(yīng)的前向斷路器為與分塊序號相同的斷路器,即當(dāng)分塊m發(fā)生故障時,斷路器m斷開。

場景取為極端臺風(fēng)天氣影響下配電網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模故障,02:00:節(jié)點10—11之間線路出現(xiàn)故障;03:00:節(jié)點6—7之間線路出現(xiàn)故障;04:00:節(jié)點19—20之間線路出現(xiàn)故障;05:00:節(jié)點30—31之間線路出現(xiàn)故障,06:00開始對故障線路進行修復(fù),每個時刻僅修復(fù)一條線路,故障線路修復(fù)順序與線路故障順序一致。

3.2 算例結(jié)果分析

3.2.1 開關(guān)設(shè)備對配電網(wǎng)彈性水平的影響

分別設(shè)置配電網(wǎng)中不含自動化設(shè)備、僅含斷路器和含斷路器及聯(lián)絡(luò)開關(guān)的3種場景,并進行分析計算,評估開關(guān)設(shè)備接入情況對配電網(wǎng)彈性水平的影響。

圖6為3種情況下的配電網(wǎng)功能曲線,縱坐標(biāo)代表配電網(wǎng)未失電的負荷有功功率值,橫坐標(biāo)代表時間。01:00—05:00時段出現(xiàn)線路故障,部分負荷出現(xiàn)失電現(xiàn)象,系統(tǒng)功能曲線呈現(xiàn)下降趨勢,從05:00開始故障線路逐步被修復(fù),系統(tǒng)功能曲線出現(xiàn)回升,因此3種場景下的系統(tǒng)功能曲線均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。從圖6可以看出,不含配電自動化開關(guān)設(shè)備的場景各時刻的系統(tǒng)功能均最小,僅含斷路器場景居中,含斷路器和聯(lián)絡(luò)開關(guān)場景的曲線各時刻系統(tǒng)功能最大,整體曲線位于最上方。

由不同開關(guān)接入數(shù)量場景系統(tǒng)功能曲線計算得到3種場景下的相關(guān)彈性指標(biāo)如表2所示。

表2 不同開關(guān)接入場景彈性指標(biāo)計算結(jié)果Table 2 Results of resilience index in scenarios with different switches

對比無配電自動化開關(guān)設(shè)備場景和有配電自動化開關(guān)設(shè)備場景可知,無配電自動化開關(guān)設(shè)備接入場景系統(tǒng)有功功率缺額為26.005 MW·h,場景2(僅含斷路器)中斷路器的接入將系統(tǒng)有功功率缺額減小為12.495 MW·h,場景3(含斷路器和聯(lián)絡(luò)開關(guān))的系統(tǒng)有功功率缺額為9.545 MW·h,說明配電自動化開關(guān)設(shè)備的接入能夠有效減小極端事件帶來的系統(tǒng)功率缺額,提升配電網(wǎng)應(yīng)對極端事件的彈性水平。同時,場景1(無配電自動化開關(guān)設(shè)備)的最大失負荷比例為100%,而含有配電自動化開關(guān)設(shè)備的2個場景(場景2和場景3)的最大失負荷比例為69.9%,說明配電自動化開關(guān)設(shè)備的接入能夠有效減小最大失負荷比例,場景2和場景3的最大失負荷比例均為69.9%,這是因為極端災(zāi)害導(dǎo)致在多個時刻均發(fā)生了線路斷開的大規(guī)模故障,就本算例情形而言,最大失負荷比例已經(jīng)達到了不可避免的69.9%,就平均失負荷速度指標(biāo)而言,場景1、2、3的計算結(jié)果分別為3.715、0.865、0.649 MW/h,說明配電自動化開關(guān)設(shè)備的接入也能有效減小平均失負荷速度,提高極端事件下配電網(wǎng)的堅韌性。對比場景2和場景3的系統(tǒng)有功功率缺額彈性指標(biāo)計算結(jié)果可知,由于聯(lián)絡(luò)開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)故障情況下負荷的轉(zhuǎn)供,因此其接入能夠有效地減小系統(tǒng)有功功率缺額,提高配電網(wǎng)的極端事件應(yīng)對能力。

3.2.2 饋線自動化模式對配電網(wǎng)彈性水平的影響

分析集中型饋線自動化、電壓時間型就地重合式饋線自動化、速動型智能分布式饋線自動化3種饋線自動化模式對配電網(wǎng)彈性水平的影響,相關(guān)彈性指標(biāo)計算結(jié)果如表3所示。

表3 不同饋線自動化模式彈性指標(biāo)計算結(jié)果Table 3 Results of resilience index of different feeder automation modes

模式1(集中型饋線自動化模式)由于存在一個分鐘級別的主站信息處理時間而導(dǎo)致系統(tǒng)在多次故障情況下非故障區(qū)域停電總時間為260 s;模式3(速動型智能分布式饋線自動化模式)可以直接通過終端的通信達到非故障區(qū)域的供電,因此在該模式多次故障情況下非故障區(qū)域停電總時間僅為11.5 s;模式2(電壓時間型就地重合式饋線自動化)需要多次對開關(guān)進行重合,多次故障情況下非故障區(qū)域負荷平均停電總時長為51.5 s。對比3種模式的非故障區(qū)域負荷平均停電總時長可知,模式3在故障恢復(fù)過程中能夠最小程度地影響非故障區(qū)域的供電,模式2次之,模式1會對非故障區(qū)域的負荷供電造成較大的影響;模式1和模式3場景下的系統(tǒng)平均停電次數(shù)均為0.42次,模式2的系統(tǒng)平均停電次數(shù)為0.84次,這是由于模式2會出現(xiàn)多次重合閘而導(dǎo)致多次短暫停電的緣故。對比3種模式下的分布式發(fā)電損失量可知,模式3不存在損失量,能夠最大程度減小分布式電源發(fā)電的損失量;模式1最大,為61.4 MW·h;模式2居中,其分布式電源發(fā)電損失量為6.4 MW·h。彈性指標(biāo)的計算結(jié)果表明對于3種饋線自動化模式,速動型智能分布式饋線自動化模式下配電網(wǎng)應(yīng)對極端事件的能力最佳,集中型饋線自動化模式比電壓時間型就地重合式饋線自動化的停電次數(shù)更少,而其他2個彈性指標(biāo)均表現(xiàn)最差,因此集中型饋線自動化模式下配電網(wǎng)彈性水平最差,電壓時間型就地重合式饋線自動化模式下配電網(wǎng)應(yīng)對極端事件的能力在3種模式中處于中間水平。

4 結(jié) 論

為評估開關(guān)設(shè)備和不同饋線自動化模式對配電網(wǎng)彈性水平的影響,本文提出了一種考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化接入情況的配電網(wǎng)彈性評估方法。主要結(jié)論如下:

1)所提彈性評估方法考慮了配電自動化配置情況的影響,分析了開關(guān)設(shè)備接入和饋線自動化模式的動作邏輯過程,能夠更加真實地反映配電網(wǎng)遭遇極端災(zāi)害事件后短期運行狀態(tài)(如非故障區(qū)域負荷停電時長、系統(tǒng)平均停電次數(shù))。

2)2種開關(guān)設(shè)備的接入能夠有效實現(xiàn)故障區(qū)域的隔離、非故障區(qū)域的供電恢復(fù),斷路器的接入可以有效減小系統(tǒng)最大失負荷比例,聯(lián)絡(luò)開關(guān)的接入能夠減小系統(tǒng)遭遇極端事件時的平均失負荷速度,提高極端事件下配電網(wǎng)的堅韌性。

3)不同饋線自動化模式下的設(shè)備動作次序?qū)е路枪收蠀^(qū)域短暫停電時長存在差別,就本文研究的3種饋線自動化模式而言,速動型智能分布式饋線自動化對彈性水平的提升作用最大,集中型饋線自動化促進作用最弱。

本文提出的考慮開關(guān)設(shè)備和饋線自動化模式的彈性評估方法對于極端災(zāi)害事件下配電網(wǎng)彈性精準(zhǔn)評估具有重要意義,如何將分布式電源接入對配電自動化的影響納入考慮、進一步制定合理經(jīng)濟的配電自動化配置方案等彈性提升措施是下一階段的研究方向。