高压配电网可靠性快速评估方法研究

摘要

高压配电网一般指35kV~110kV电压等级的配电网[1]，是连接输电网和中压配电网的枢纽，其可靠性直接影响电网的供电能力，因此研究高压配电网可靠性评估算法十分必要。现有电网可靠性评估方法主要针对中压配电网和主网，中压配电网可靠性评估方法一般仅考虑一阶故障，主网可靠性评估方法需考虑多重故障但计算量大。本文在深入分析了高压配网特点基础上，充分考虑了混合算法的快速准确与高压配电网特点的巧妙结合，实现了高压配电网可靠性的有效评估。
　　针对高压配电网特点，本文分别从故障阶数、网络结构和停电时间三个方面提出了状态空间截断的方法：分析了多重故障对高压配电网可靠性的影响，指出对于高压配电网可靠性评估应考虑到的合理故障阶数为二阶；提出了一种快速确定二阶故障有效支路组合的网络拓扑搜索方法，并对每组有效支路组合建立了一种元件组合树以确定有效元件组合；若某二阶故障有效状态停电时间占比小于设置的阈值，可直接忽略。然后，对需要考虑的二阶故障有效状态提出了利用一阶故障隔离范围进行推导以快速获得二阶故障隔离范围的方法。算例表明，提出的方法对状态空间进行了有效截断，同时避免了确定隔离范围时重复拓扑搜索，对高压配电网可靠性的有效评估具有重要的意义。
　　现有可靠性评估算法考虑容量及电压约束的方法一般针对主网和中压配电网，主网考虑容量约束时通常采用基于潮流的线性甚至非线性规划算法，中压配电网考虑容量约束时一般只考虑了单一方向的负荷转供。鉴于目前高压配电网可靠性评估研究较少，本文提出了一套新的考虑容量及电压约束的可靠性评估快速混合算法：基于高压配电网分区供电特点，将大规模电网转换为多个小规模电网；提出将线路允许电压损耗转化为相应的容量约束，之后的算法不再考虑电压约束；提出基于虚拟初始闭环潮流的元件冗余容量进行容量约束保守校验，快速筛选出部分不受容量约束的故障状态；将网流法引入高压配电网可靠性评估，利用最大流模型进行容量约束详细校验；最后采用消圈法进行最小切负荷快速计算。算例结果表明，提出的方法可显著减少计算量。
　　本文针对高压配电网典型接线可靠性简化公式进行了分析和推导。由于高压配电网备用较多且负荷转供时间较短，元件二阶故障占比较大，因此本文将一阶故障和二阶故障简化公式分列，读者可以根据工程实际需求自行选择是否考虑二阶故障。而且，针对相关导则中常用典型接线方式，推导了其简化公式，据此工程师无需精通可靠性理论或相应软件的使用即可手算典型接线可靠性指标，有较大实用价值。算例表明了本文简化公式的有效和实用。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 可靠性评估算法研究现状

1.3 本论文主要工作

2 高压配电网可靠性评估理论基础

2.1 可靠性指标

2.2 网流模型基础

2.3 本章小结

3 忽略容量及电压约束的高压配电网可靠性评估

3.1 定义及假设

3.2 状态空间截断方法研究

3.3 一阶故障前推故障扩散法

3.4 二阶故障隔离范围推导

3.5 算法流程

3.6 算例分析

3.7 本章小结

4 考虑容量及电压约束的高压配电网可靠性评估

4.1 总体思路和流程

4.2 基于电流和电压的容量约束

4.3 切负荷最小网流规划模型

4.4 模型求解

4.5 算例

4.6 本章小节

5 高压配电网典型接线可靠性评估简化公式

5.1 停电过程及模型假设

5.2 模型推导

5.3 典型接线可靠性简化公式汇总

5.4 算例5

5.5 算例6

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间参与的项目

C. 附图1：某地区城市高压配电网