单电源环网接线供电系统可靠性建模与计算

单电源环网接线供电系统可靠性建模与计算摘要电力行业在这个飞速发展的社会中的地位举足轻重，人们的生活离不开电，电力系统可靠性和电能质量对于人们的用电需求极为重要。环网供电系统经常被应用在如工业、住宅小区、港口以及高层建筑等10KV交流配电系统中，其可靠性直接影响着人们的日常生活，这就要求供电企业尽最大能力给广大用户提供更安全可靠的用电体验，从而获得更好的经济和社会效益。供电可靠性是电力系统是否成熟的重要评判标准之一，判断电力行业是否能满足社会经济的电能需求并加以完善。通过加强可靠性管理，深入分析可靠性指标，可以发现电力供应链中存在的细微隐患，切实了解电网设备的健康状况，并为进一步加强电力供应安全奠定了坚实的基础。本文以单电源环网接线供电系统的可靠性建模为例，系统计算了配网供电的相关数据，并进行了实例分析。关键词：单电源；环网接线供电系统；可靠性；建模；计算AbstractWiththedevelopmentofinformationtechnologyinmodernsociety,people'sdemandforelectricityisincreasinggradually,andusers'demandforpowerqualityisalsogettinghigherandhigher.Asapartofpowersystemdirectlyconnectedwithpowerusers,single-powerlooppowersupplysystemisoftenusedinindustrialandminingenterprises,residentialdistricts,portsandhigh-risebuildings,etc.Itsreliabilitydirectlyaffectspeople'sdailylife,whichrequirespowersupplyenterprisestodotheirutmosttoprovideuserswithmoresafeandreliableelectricityexperience,soastoachievebettereconomicandsocialbenefits.Tojudgewhetherapowersystemisdependable,anassessmentofpowersupplyreliabilityisagoodchoice.Itcanjudgewhetherthepowerindustrycanmeetthepowerdemandofsocialeconomyandimproveit.Throughstrengtheningreliabilitymanagementandin-depthanalysisofreliabilityindicators,wecanfindsubtlehiddendangersinthepowersupplychain,effectivelygraspthehealthofthepowergridandequipment,andlayasolidfoundationforfurtherstrengtheningthesafetyofpowersupply.Inthispaper,takingthereliabilitymodelingofsinglepowersupplyloopnetworkasanexample,thedataofdistributionnetworkpowersupplyarecalculatedsystematically,andanexampleisanalyzed.Keywords:Singlepowersupply;Ringnetworkwiringpowersupplysystem;Reliability;Modeling;Tocalculate目录20756_WPSOffice_Level1第一章绪论 12766_WPSOffice_Level21.1研究背景 122655_WPSOffice_Level21.2研究意义 16395_WPSOffice_Level21.3本文的主要工作 119533_WPSOffice_Level1第二章环网接线单电源概述 216305_WPSOffice_Level22.1环网接线单电源的特点 214950_WPSOffice_Level22.2环网接线单电源的分类 314950_WPSOffice_Level22.2.1间歇性环网接线单电源 314950_WPSOffice_Level22.2.2非间歇性环网接线单电源 45333_WPSOffice_Level22.3环网接线单电源的并网模式 514950_WPSOffice_Level22.3.1环网接线单电源并联并网 514950_WPSOffice_Level22.3.1环网接线单电源切换并网 62638_WPSOffice_Level22.4本章小结 611845_WPSOffice_Level1第三章环网供电概述 715661_WPSOffice_Level23.1环网供电概述 718496_WPSOffice_Level23.2环网供电的技术特点 718196_WPSOffice_Level23.3环网供电的考虑条件 721532_WPSOffice_Level23.4提高环网供电可靠性的措施 84970_WPSOffice_Level23.5本章小结 922915_WPSOffice_Level1第四章电力系统可靠性概述 95531_WPSOffice_Level24.1电力系统可靠性概述 99943_WPSOffice_Level24.2电力系统可靠性评估方法 104235_WPSOffice_Level24.3配电网供电可靠性评估的指标 1114950_WPSOffice_Level24.3.1配电网负荷点可靠性指标 1114950_WPSOffice_Level24.3.2配电网的系统可靠性指标 1229030_WPSOffice_Level24.4电力系统可靠性提高措施 1321084_WPSOffice_Level24.5本章小结 1319609_WPSOffice_Level1第五章含环网接线单电源的配电网孤岛概述 1420344_WPSOffice_Level25.1环网接线单电源的孤岛运行方式 1422341_WPSOffice_Level25.2孤岛运行的分类 147955_WPSOffice_Level25.3本章小结 1514524_WPSOffice_Level1第六章含环网接线单电源配电网可靠性评估 1511380_WPSOffice_Level26.1改进的最小路法在含环网接线单电源配电网可靠性评估中的应用 1514950_WPSOffice_Level26.1.1求最小路集的方法 1514950_WPSOffice_Level26.1.2改进的最小路 174962_WPSOffice_Level26.2含环网接线单电源的配电网供电可靠性评估算法流程 2019397_WPSOffice_Level26.3算例分析 2114950_WPSOffice_Level26.3.1可靠性原始数据 2114950_WPSOffice_Level26.3.2可靠性指标计算结果 23195_WPSOffice_Level26.4本章小结 295700_WPSOffice_Level1第七章总结 302943_WPSOffice_Level1参考文献 3120738_WPSOffice_Level1致谢 32第一章绪论1.1研究背景人们的生活离不开电，电力系统可靠性和电能质量对于人们的用电需求极为重要。同时，公众也越来越注重电力系统的安全性问题，例如对输电线路可能产生的电磁影响等顾虑，开发新的输电线路将会越来越困难。因此许多电力行业先进发达的国家如今也开始考虑不再开发新的线路，而是在用户附近建设分布式发电装置与总电网的配合框架，这样可以在出现故障时维护重要用户的供电避免造成经济损失和人员伤亡[1]。我国国土辽阔，用电环境繁多且不尽相同，这就需要不同的供电线路来满足人们的用电需求。我们可以学习国外的先进经验，根据我国的用电特色采用环网接线单电源来提高供电可靠性。研究与学习单电源环网接线供电系统已经提上日程。1.2研究意义目前还没有一个明确和公认的定义环网接线单电源，一般是指功率在数千瓦至50MW之间的环保型独立电源，可用于企业、工厂、医院、居民、社区体育场馆等其他场合[2]。环网线路单电源接近用户,具有节能效果好、环保性能好、经济性高、供电可靠性高与调峰作用明显等优点，极大地满足了人们的生活需求，而且还符合国家提出的绿色发展理念。随着经济社会的飞速发展，环网线路单电源在电力生产的比重不断提高，因此进行单电源环网接线供电系统的可靠性研究具有十分重大的意义。1.3本文的主要工作电力系统供电可靠性一直都是电力行业的一个重要的指标，在提高可靠性时，要考虑经济、人力、环境等因素。本文主要针对单电源环网接线供电系统进行可靠性建模与计算，主要工作如下：（1）根据单电源环网接线供电系统与电网连接方式和结构特征构建可靠性框图。（2）根据单电源环网接线供电系统元件的连接关系推导可靠度、可用度、平均故障次数/频度、平均故障时间的计算式子。（3）根据单电源环网接线供电系统供电要求制定可靠度最优分配方案。（4）进行实例计算：3个例子以上。第二章环网接线单电源概述2.1环网接线单电源的特点目前还没有一个明确和公认的定义环网接线单电源，一般是指功率在数千瓦至50MW之间的环保型独立电源，可用于企业、工厂、医院、居民、社区体育场馆等其他场合。这些小容量发电设备可以直接连接到配电网络，甚至可在每个家庭中直接安装，主要包括风力发电，太阳能光伏发电，微型气体涡轮，燃料电池等。环网线路单电源接近用户,可以提供附近的有功功率和无功功率补偿,因此可以减少线损以提高供电的可靠性、改善电能。目前DG在电力生产中的比重不断提高，环网布线单电源得到了广泛的应用，主要原因是环网布线单电源具有以下特点:节能效果好单回路网络连接供电可以利用发电的余热进行制冷供热，使能源合理级联使用，大大提高了能源利用率。能源效率可以提高到70%到90%。与此同时，利用天然可再生资源例如风能，水能和太阳能等，可节省传统能源、解决能源短缺的问题.（2）环保性能好环网连接单电源采用风能、天然气、太阳能为能源，可减少有害物质排放，降低环保压力。此外,环网单电源附近可以减少大容量远距离高压输电线路的建设,这不仅降低了高压输电线路的电磁污染,而且减少了高压输电线路和线路走廊占地面积,减少树木砍伐,有利于保护环境。（3）经济性高电源的功耗比传统的远程电网低，减少了传统大型电厂和高压输电线路的建设，节约了施工成本。而环网布线单电源投资少，占地少，施工周期短，同时使配电网的潮流减少，可以保护线路，减少网损。（4）提高供电可靠性随着大型电网和大型电厂的增多，电网的扩张也对供电的安全稳定构成了极大的威胁。传统大型电网具有一些不可避免的弊端。如果主干线路发生故障，将会发生大面积停电。这可以通过安装一个单回路线源来解决，单回路网络与大电网的组合能有效提高系统的可靠性。由于大部分环线单电源安装在用户附近，所以当电网因不可抗力因素发生垮塌时，环线单电源可以继续维持重要用户的供电。（5）调峰作用明显夏季和冬季通常是用电高峰期。这个时候如果冷、热量和供电系统采用,它不仅可以解决在夏天冬天加热和冷却的问题,也提供一部分电能以减少权力的高峰负荷,从而发挥电网高峰监管的作用。2.2环网接线单电源的分类根据回路单电源是否具有间歇性，回路单电源可分为间歇回路单电源和非间歇回路单电源两种[3]。非间歇性环网接线单电源主要包括微型燃气轮机、燃料电池、内燃机、热电联产和其他形式的发电。间歇回路单电源主要涉及随机间歇性能源的使用，随机间歇性能源主要包括风能、太阳能、地热能源、海洋能源等。2.2.1间歇性环网接线单电源以下对是间歇性环网接线单电源的介绍，如表2-1所示。表2-1间歇性环网接线单电源的介绍间歇性环网接线单电源种类能量转化结果特点风力发电机组（WindTurbineGenerator,WTG）风能先转化为动能再转化为电能风力发电机组的输出功率由风能决定。由于风能具有随机性，风力机的输出功率也具有随机性。因此风力发电机组进行发电时，都要保证输出电频率恒定。保证风电的频率恒定有两种方式，一种方式是恒速恒频的运行方式，另一种方式是即变速恒频运行。光伏发电装置光能转化为电能光伏发电装置使用的是可再生能源，并且具有无区位限制，无噪音，环保等优点，所以它有很好的发展前景。但受安装现场天气、日照时间、组件转换效率、粉尘覆盖等因素的影响，光伏发电输出功率具有波动性和间歇性。地热发电装置热能先转化为机械能转化为电能地热发电的优点是：一般不需燃料，发电成本上多数情况下都比\t"/item/%E5%9C%B0%E7%83%AD%E5%8F%91%E7%94%B5/_blank"水电、火电、核电要低，设备的利用时间长，建厂投资一般都低于\t"/item/%E5%9C%B0%E7%83%AD%E5%8F%91%E7%94%B5/_blank"水电站，且不受降雨拉季节变化的影响，发电稳定，可以大大减少环境响污染，等等。海洋能源发电装置潮汐能、海流能和波浪能：机械能转化为电能海水温差能：热能转化为电能海水盐差能：化学能转化为电能海洋能是可再生能源,取之不尽、用之不竭。而且清洁无污染,但地域性强，能量密度低。2.2.2非间歇性环网接线单电源以下对是间歇性环网接线单电源的概括，如表2-2所示。表2-2非间歇性环网单电源概括表非间歇性环网接线单电源种类能量转化结果特点微型燃气轮机热能转化为电能微型燃气轮机具有体积小、重量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单、输出功率稳定等优点。燃料电池化学能转化为电能燃料电池的化学能转化为电能的效率高达45%-60%。不同于一般热电厂电站位置的限制,燃料电池安装位置非常灵活,占地面积小,施工周期短。废物排放几乎为零，清洁环保，几乎没有噪声污染。内燃机热能转化为电能内燃机应用范围广泛，因为国家的限电计划导致许多地方都会使用自备电源来进行发电，这就离不开内燃机。在运输方面，海陆空都会用到内燃机；在工业建设方面，采矿、建筑等行业都会用内燃机辅助发电；在军事方面，小到兵器，大到战车、舰艇，都离不开内燃机。内燃机与外燃机相比优点更多，比如重量更轻体积更小，进而减少燃料的消耗量；起动速度更快，操作更加方便，适应性更高；热能转化利用率更高，输出功率更大。但是内燃机对燃料洁净程度也很高，不利于保护环境、绿色发展。热电联产（Cogeneration,combinedheatandpower）“废弃”热能转化为电能热电联产利用发电后的\t"/item/%E7%83%AD%E7%94%B5%E8%81%94%E4%BA%A7/_blank"废热用于工业制造或是利用工业制造的废热发电，达到能量最大化利用的目的。系统使用了各种工业机具原本就会在运作中所产生的废热，等于所发的电都是额外的收益。2.3环网接线单电源的并网模式以下是对环网接线单电源并网方式的介绍。DGDG负荷配电网网DG配电网网负荷（a）并联并网（b）切换并网图2-2环网接线单电源的并网模式2.3.1环网接线单电源并联并网在这种并网方式下，主电源与环线网络连接单电源共同为负荷供电。如果一个电源发生故障，另一个电源可以继续为负荷点供电，保证了负荷点将得到稳定持续的供电[4]。为了防止短路造成的损坏，环网接线的单电源和主电源都需要安装保护装置。2.3.2环网接线单电源切换并网在这种并网方式下，当某个电源发生故障时可以切换至另一个电源维持供电，然后由备用电源负载点继续供电,然而接触加载点开关倒闸操作关闭。2.4本章小结本章介绍了环网接线单电源的特点、分类以及常见的并网方式。第三章环网供电概述3.1环网供电概述为了改善单电源供电的不足之处，环形网络的供电方式逐渐被人们所考虑。维持单电源供电不变，在此基础上建立起各支干线之间的联系，形成一个环形的网络。环形网络的形式不仅能缩小供电范围，对于实行最优分配供电方案也有所帮助。最重要的一点是，当线路某部分出现故障时能被及时隔离，减少故障抢修时间与停电损失，避免更坏的结果。环网供电设备的工作原理是：在电压-延时方式下，分段点位置的开关在正常工作时处于关闭状态。当线路出现异常时，所有开关将被打开。在第一次重合后，线路分段分时、分级投入，直到投到故障段后线路再次跳闸，故障段两侧的开关因受到故障电压而闭锁。当断路器再次合闸后，正常段恢复供电，故障段通过闭锁进行隔离.联络点位置的开关在正常情况下两侧都会感受到电压，此时开关打开。当有一侧电源失压，则该联络开关开始时延时来确认是否出现故障，延时时间整定值为故障段线路完成故障确定后并闭锁的时间。完成延时时间后投入联络开关，后备电源向故障后端正常区间恢复供电[5]。3.2环网供电的技术特点环网供电的技术特点有以下四点。（1）能够现场即时处理事故。

（2）处理事故时快速实时、不需依附于通信，避免因过度依赖通信可能造成大面积的停电。对配电网进行多任务管理。使配电网经济运行的要求得到满足。合理应用调度监视系统，可快速得出故障区段所在位置并联系工作人员进行检修[6]。3.3环网供电的考虑条件环网供电的考虑条件有：

（1）优先选择有互带条件的线路。

（2）在合理的情况下考虑对线路、干线添加分段分支开关和联络开关。（3)出现故障时能自动识别出故障区段并进行隔离，以维持主干线正常运行。（4）设备功能多样化，能满足不同场景下的需求，而且能紧跟配电网自动化升级的脚步。3.4提高环网供电可靠性的措施以下提出几点提高环网供电可靠性的措施:对环网供电的结构进行优化，提高环网供电的占比。认真做好每次线路巡逻排查工作，特别是自然灾害较多的季节，要在心理上和预防工作上做好准备。建立专门的档案并派专人负责监督线路施工。与当地公安机关、地方村委进行合作，鼓励群众举报盗窃破坏电力设施的行为，并对举报属实的群众加以奖励，以达到打击不法分子的目的。加大保护电力设备的宣传，提高群众的安全意识与社会责任感。完善可靠性管理体系，加强对设备、用电操作与用户的管理，积极开展带电作业，缩短故障反应与恢复供电时间，提高供电可靠性[7]。3.5本章小结本章介绍了环网供电的基本概念、环网供电的技术特点以及实施原则，对环网供电可靠性的提高方法进行了概述。第四章电力系统可靠性概述4.1电力系统可靠性概述可靠性即元件可靠运行的概率，高可靠性意味着元件使用寿命长、出现故障的次数少、用于维护的成本较低；低可靠性则是寿命短、故障多和更多的设备维护。电力系统有发电、变电、输电、配电及用户五部分，发电厂将一次能源转化为电能传输、分配给各个用户。电力系统的基本结构如图4-1所示。图4-1电力系统基本结构图电力系统可靠性的归纳介绍如下表所示。表4-1电力系统可靠性归纳电力系统可靠性种类概念备注发电系统可靠性统一并网的全部发电机组按可接受标准及期望数量满足电力系统负荷电力和电量需求的能力。其可靠性指标分为确定性指标和概率性指标发输电系统可靠性由统一并网运行的发电系统和输电系统组成的发输电系统按可接受标准和期望数量向供电点供应电力和电量的能力。无输电系统可靠性从电源点输送电力到供电点按可接受标准及期望数量满足供电负荷电力和电量需求的能力。其可靠性指标也可分为确定性指标和概率性指标配电系统可靠性供电点到用户，包括配电变电站、高低压配电线路及接户线在内的整个配电系统及设备，按可接受标准及期望数量满足用户电力及电量需求的能力。无电气主接线可靠性在组成主接线系统的元件（断路器、变压器、隔离开关、母线等）可靠性的参数已知和可靠性准则给定的条件下，整个主接线系统按可靠性准则满足供电点电力及电量需求的能力。无4.2电力系统可靠性评估方法可靠性评估通常要进行对状态的选择与估计还有计算指标，常用方法有解析法和蒙特卡罗模拟法，这两种方法的对比分析如下表[8]。表4-2电力系统可靠性分析方法介绍电力系统可靠性分析方法种类工作原理特点解析法运用马尔可夫模型，根据电力系统元件的随机参数，建立系统的可靠性数学模型，通过数值计算方法获得系统的各项指标。概念清楚，模型准确，计算结果可信度高。但是它的计算量随系统规模的增大呈指数增长，所以一般只适合于网络规模较小而网络结构较强的系统。对于大的电力系统，或当模型中需考虑的因素较多时，解析法的研究过程会变得非常复杂。蒙特卡罗模拟法概率统计理论与故障树分析。直观易懂，易于工程技术人员掌握和理解。它能发现一些意外事故，容易处理各种实际运行控制策略，采样次数与系统规模无关，在复杂系统可靠性评估中更有优势。4.3配电网供电可靠性评估的指标4.3.1配电网负荷点可靠性指标本文用串联等值原理和并联等值原理计算配电网负荷点可靠性指标。由两个或以上的元件串联成的系统如图4-2所示，并联系统如图4-3所示。12n图4-2n个元件组成的串联系统22n1图4-3n个元件组成的并联系统串联系统和并联系统的可靠性指标计算公式如下表所示。表4-3串联系统与并联系统的可靠性指标计算公式系统种类负荷点故障率（次/年）负荷点每次故障平均停电持续时间（小时/次）负荷点年平均停电持续时间U（小时/年）n个元件组成的串联系统n个元件组成的并联系统注：为设备i的故障率（次/年）；为设备i的故障修复时间（小时/次）。4.3.2配电网的系统可靠性指标配电网的系统可靠性指标如下表所示。表4-4配电网的系统可靠性指标可靠性指标名称定义计算公式及单位备注系统平均停电频率指标SAIFI每个由系统供电的用户在单位时间内所遭受的平均停电次数，可以用一年中用户停电的累积次数除以系统供电用户总数来预测。（次/用户·年）为负荷点i的用户数；为负荷点i的故障率。系统平均停电持续时间指标SAIDI每个由系统供电的用户在一年中遭受的平均停电持续时间，可以用一年中用户遭受的停电持续时间总和除以该年中由系统供电的用户总数来预测。（小时/用户·年）为负荷点i的等值年平均停电时间。系统平均供电可用率指标ASAI一年中用户获得的不停电时间总数与用户要求的总供电时间之比。（无）默认一年中用户要求的供电时间为全年8760小时。系统电量不足指标ENSI系统中停电负荷的总停电量。（KWh/年）为连接在停电负荷点i的平均负荷（KW），等于负荷点i的年峰荷与负荷系数的乘积。用户平均停电频率指标CAIFI每个受停电影响的用户所遭受的平均停电次数。（次/停电用户·年）EFF为受停电影响的负荷点的集合，受停电影响的用户每户均按一次计算。用户平均停电持续时间指标CAIDI一年中被停电的用户所遭受的平均停电持续时间，可以用一年中用户停电持续时间的总和除以该年停电用户总次数来估计。（小时/停电用户·年）无。4.4电力系统可靠性提高措施提高电力系统可靠性的措施如下:优先选择可靠性更高的供电设备，并对设备进行定期维护，即在计划维修的时间段内没有特殊原因必须进行设备大修或小修。该维修系统对确保电力系统的安全运行和提高供电可靠性具有积极作用。增加冗余度。对于发电系统，增加冗余意味着增加装机容量，即增加备用容量;对于输电系统，增加冗余则是增加输电线路的数量或截面积。由此可见要根据具体情况来增加冗余度，提高供电可靠性。(3)提高输电线路和主接线的可靠性。在允许的情况下尽量多采用双回路供电，因为双路供电的可靠性比单路的高[9]。4.5本章小结本章对电力系统可靠性进行了总结归纳，然后介绍了常用的评估方法以及概括出相应的指标，最后提出了提高电力系统可靠性的措施。第五章含环网接线单电源的配电网孤岛概述5.1环网接线单电源的孤岛运行方式当主电网发生故障时，为了隔离会使部分区域独立于整个系统。如果DG继续为该部分区域供电，就与该区域形成了一个孤岛，如图5-1示。故障点DGDG故障点DGDGL1L2L3L4L5孤岛运行L1L2L3L4L5孤岛运行图5-1孤岛形成示意图5.2孤岛运行的分类一般情况下孤岛运行可以分为计划孤岛运行与非计划孤岛运行。计划孤岛是在安装DG时就已经确定的合理的孤岛区域，不因主网是否故障、其他位置的故障而变化，在脱离主网之后可以维持孤岛内部稳定并持续供电。如果分离点在功率平衡点附近，那么孤岛在脱离主网后可以实现内部的系统稳定功率基本平衡，安全实现新稳态模式的转换。计划孤岛能够发挥DG的优点来增强电网的稳定性，通过合理布置DG、对孤岛范围的科学规划，可以让DG在出现孤岛时能够对孤岛内负荷持续安全供电，避免造成全网停电，从而提高了整个系统的安全性。当其中一个区发生故障时，联络线上的保护动作会让另一个区与之脱离，从而形成一个孤岛继续供电。非计划孤岛是指非事先计划与主网脱离的一种孤岛形式。当主网发生故障时，部分区域突然与主网脱离，形成孤岛，一般与故障发生位置和孤岛电源的输出功率有关。这种脱离范围不确定的孤岛会给电网的安全和调度造成很多困扰，如存在安全隐患、电能质量下降、影响自动重合闸等[10]。5.3本章小结本章分析孤岛出现的原因，然后介绍两种不同的孤岛运行方式。第六章含环网接线单电源配电网可靠性评估6.1改进的最小路法在含环网接线单电源配电网可靠性评估中的应用6.1.1求最小路集的方法任意选取两个节点作为输入点和输出点，这两点之间的弧的集合为一条路，所有路的集合为路集。本文中负荷点的输入点和输出点分别为电源进线和出线。如果任意除掉一台设备会令这条路不成立，则这条路就是最小路，最小路的集合为最小路集[11]。X4X1②X4X1X3①X3X5X5X2③图6-1系统图如图6-1所示的系统，其路集为：最小路集为：求取最小路集可用联络矩阵法、布尔行列法和搜索法等。本文应用广度优先搜索算法求最小路集，流程图6-2如图所示。是是结束开始写出网络关联矩阵进行图遍历搜索访问顶点后做已访问记号从顶点出发，横向搜索图找到顶点的第一个邻接顶点是否已被访问过？访问下一个邻接顶点将此顶点放入已访问顶点队列是否所有顶点都已被访问过？访问此顶点是图6-2流程图6.1.2改进的最小路假设环网接线单电源模型为第2章中介绍的两种，并采用直接与主网并联的并网方式，并对环网接线单电源加入前后的可靠性指标做出分析，在此基础上得出单电源环网接线供电系统可靠性分析方法。对每一个负荷点求取其最小路并根据实际情况将非最小路上的设备故障对负荷点可靠性的影响折算到相应的最小路节点上，仅对其最小路上的元件与节点进行计算即可得出结果。这种计算方法可以找到系统的薄弱环节。下面根据图6-3来介绍加入环网接线单电源后的改进最小路算法在含DG的配电网供电可靠性评估的中的应用。图6-3简单的含DG的配电网接线图所有设备都可以被归类到最小路设备或非最小路设备。图6-3中负荷点LP3到电源点的最小路由主馈线1、2、3和分支线c组成，这些线路上的设备为最小路上的设备。对于最小路上的设备处理原则为：（1）如果最小路上的设备在孤岛划分的范围内，那么这些设备发生故障均会使负荷点停止运行，其停运率和停运时间将参与可靠性计算。(2)如果最小路上的设备在孤岛划分范围之外，且主馈线上装有分段装置（如隔离开关），那么这类设备发生故障引起的负荷点停运时间仅为Max{S,T}，其中S为分段装置的操作时间，T为形成孤岛需要的倒闸操作时间，参与可靠性计算的为这些设备停运率和停运时间。对于非最小路上的设备，可以根据实际情况进行折算。对于非最小路上的设备折算的处理原则为：（1）若分支线首端装有熔断器，则当分支线上设备发生故障时，熔断器熔断，其它支线不受故障的影响。（2）对于主馈线，隔离开关后的设备发生故障所引起的前段负荷点停运时间为隔离开关的操作时间S。（3）对于环网接线单电源，只有当环网接线单电源和主馈线同时发生故障时才对负荷点的可靠性计算有影响，按环网接线单电源与主馈线的二阶故障进行折算，故障率和年平均停电时间折算公式如下：（6-1）（6-2）（6-3）式中：，是环网接线单电源的故障率和故障平均停电持续时间。，是第k段主馈线的故障率和故障平均停电持续时间。在环网接线单电源和负荷点两者前面的主馈线段数量。应用上述方法可以求得负荷点等值故障率和故障停电持续时间，进而求得含环网接线单电源的配电网供电可靠性指标（具体计算公式参见4.3）。此外，可对每台设备对负荷点可靠性的贡献进行记录，用于分析、改善供电系统。6.2含环网接线单电源的配电网供电可靠性评估算法流程含环网接线单电源的配电网供电可靠性评估计算流程如图所示。输入原始数据输入原始数据确定孤岛的划分搜索负荷节点求各对应负荷节点的最小路判断最小路上的设备是否在孤岛划分的范围内，并执行相应的计算将非最小路上设备节点对负荷点可靠性的计算折算到最小路节点上计算负荷点的可靠性指标检查负荷点搜索是否完毕计算整个配电网的可靠性指标输出结果否否是是图6-4计算流程6.3算例分析6.3.1可靠性原始数据以IEEE-RBTSBus6系统主馈线F4为基础，在主馈线23和29处加入2个环网接线单电源，改动后的电气接线图如图6-5所示。该系统包括30条线路、23个负荷点、21个隔离开关、23个熔断器（装设在每条负荷支路首端，图中没有画出）、23个配电变压器、4个断路器和2个环网接线单电源。各设备的原始数据如表6-1至表6-3所示。设熔断器与断路器能正常工作不会出现故障，隔离开关操作的时间为0.5h。图6-5电气接线图表6-1设备可靠性参数名称故障率平均修复时间（h）馈线0.05（次/km·a）4配电变压器0.0015（次/台·a）30环网接线单电源5（次/a）50表6-2线路数据序号馈线长度（km）线路标号10.67,1320.752730.89,2140.94,1051.63,5,8,15,20,2862.52,6,18,23,26,72.81,12,16,22,25,3083.211,17,19,24,2993.514表6-3负荷数据负荷点数目负荷点编号符合类型负荷点用户数负荷值（MW）1LP2二类1260.18081LP5一类1320.20702LP1,LP6二类1470.16592LP15,LP20二类10.19292LP4,LP18一类10.24312LP7,LP23三类10.21012LP9,LP21三类10.28313LP3,LP13,LP17二类10.25014LP10,LP12,LP16,LP22三类760.15854LP8,LP11,LP14,LP19三类790.15546.3.2可靠性指标计算结果设配电网中的Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷和Ⅲ类负荷的权重系数分别为、、，并令=0.5，=0.3，=0.2。方案一：不接入环网接线单电源。计算结果如下表所示。表6-4方案一负荷点的可靠性指标负荷点（次/a）（h/次）（h/a）11.2901.22291.577521.2901.56202.015031.2901.77912.295041.2901.90122.732551.2902.11823.290061.3202.49243.610071.3302.71434.167581.2903.23064.167591.3203.61934.7775101.2904.08535.2700111.7153.64586.2525121.7153.97236.8125131.7154.22747.2500141.9552.30184.5000151.9552.47624.9401161.9552.69575.2700171.9552.91945.7075181.9553.20596.2675191.9553.28816.625201.9733.52346.9500211.9353.65897.0800221.9353.94837.6400231.9354.20168.1300由上表可以得到系统的可靠性指标，结果如下表所示。表6-5方案一系统的可靠性指标可靠性指标不考虑DG作用SAIFI(次/户·a)1.5249SAIDI(h/户·a)4.2014CAIDI(h/户·a)2.7553ASAI0.9995ENSI(MW·h/a)23.1049方案二：将环网接线单电源看作有额定容量限制的发电机，假设发电机最大输出为其额定功率，保持输出1MW。在馈线23、29分别加入1MW的EDG，采用改进的最小路法得出负荷点可靠性指标如下表所示。表6-6方案二下负荷点的可靠性指标负荷点（次/a）（h/次）（h/a）11.2901.22291.577521.2901.56202.015031.2901.77912.295041.2901.90122.452551.2902.11822.732561.3202.49243.290071.3302.71433.610081.2903.23064.167591.3203.61934.7775101.2904.08535.2700111.7153.64586.2525121.7153.97236.8125131.7154.22747.2500141.9771.04302.0622152.0221.24642.5202161.9851.44092.8596171.9891.66583.3131181.9931.95073.8873191.9741.03612.0455202.0161.31392.6490211.9821.40902.7933221.9851.69403.3624231.9901.94523.8707表6-7方案二下系统的可靠性指标可靠性指标加入EDG后SAIFI(次/户·a)1.53432SAIDI(h/户·a)3.30376CAIDI(h/户·a)2.15330ASAI0.99962ENSI(MW·h/a)16.41286方案三:在馈线23和29加入一个1MWEDG和一个1MW的SDG，结果如下表所示。表6-8方案三负荷点的可靠性指标负荷点（次/a）（h/次）（h/a）11.2901.22291.577521.2901.56202.015031.2901.77912.295041.2901.90122.452551.2902.11822.732561.3202.49243.290071.3302.71433.610081.2903.23064.167591.3203.61934.7775101.2904.08535.2700111.7153.64586.2525121.7153.97236.8125131.7154.22747.2500141.9771.04302.0622152.0221.24642.5202161.9851.44092.8596171.9891.66583.3131181.9931.95073.8873191.9661.47932.9089202.0071.74813.5092211.9731.85033.6506221.9752.13574.2179231.9792.38654.7226由表6-8可以得到系统的可靠性指标，结果如下表。表6-9方案三系统的可靠性指标可靠性指标加入EDG、SDG后SAIFI(次/户·a)1.53309SAIDI(h/户·a)3.41856CAIDI(h/户·a)2.22985ASAI0.99961ENSI(MW·h/a)17.27025方案四:在馈线23和29加入一个0.5MWEDG和一个0.5MW的SDG，计算结果如下表所示。表6-10方案四负荷点的可靠性指标负荷点（次/a）（h/次）（h/a）11.2901.22291.577521.2901.56202.015031.2901.77912.295041.2901.90122.452551.2902.11822.732561.3202.49243.290071.3302.71433.610081.2903.23064.167591.3203.61934.7775101.2904.08535.2700111.7153.64586.2525121.7153.97236.8125131.7154.22747.2500141.9772.31754.5822152.0222.49275.0405161.9851.44092.8596171.9891.66583.3131181.9931.95073.8873191.9663.29486.4789202.0073.52667.0792211.9731.85033.6506221.9752.13574.2179231.9792.38654.7226由上表可以得到系统可靠性指标，结果如下表。表6-11方案四系统的可靠性指标可靠性指标加入EDG、SDG后SAIFI(次/户·a)1.53309SAIDI(h/户·a)3.83039CAIDI(h/户·a)2.49848ASAI0.99956ENSI(MW·h/a)19.3941上述所有表格整合结果如下表所示。表6-12四种不同配电方案的可靠性结果系统可靠性指标方案一方案二方案三方案四SAIFI(次/户·a)1.524901.534321.533091.53309SAIDI(h/户·a)4.201403.303763.418563.83039CAIDI(h/户·a)2.755302.153302.229852.49848ASAI0.999500.999620.999610.99956ENSI(MW·h/a)23.1049016.4128617.2702519.3941现在根据上表的总结结果进行分析。方案一与方案二比较：环网接线单电源只对孤岛内的负荷点可靠性有影响，除了孤岛内负荷点的等值故障率略有增加，孤岛内负荷点的其他可靠性指标都有所提高。等值故障率的增加是环网接线单电源可能故障引起的。对比加入环网接线单电源前后配电网系统的可靠性指标，可看出环网接线单电源接入配电网后，除了SAIFI指标略有增加，其他可靠性指标都有所提高，说明了环网接线单电源接入配电网及其孤岛划分的合理性。方案二与方案三比较：这两个方案的DG具有相同的容量，但是类型不同。由于太阳能和风力具有间歇性，这就导致了应用了间歇性能源的环网接线单电源的输出功率具有随机性。观察两个方案的可靠性数据，可以明显看出方案三中的可靠性评估指标要低于方案二。由于该模型考虑了天然能源的间歇性与功率随机性，使各项指标更符合实际情况，同时说明了随机电源可靠性模型的合理性。方案三与方案四比较：这两个方案的DG具有一致的类型，但是方案四的DG容量要比方案三的小，通过对比数据可以看出方案四的各项可靠性指标都有所提高，这说明了环网接线单电源容量的大小对配电网可靠性有明显的影响，容量较大的环网接线单电源对于提高供电可靠性有的更大影响。6.4本章小结首先介绍了传统配电网可靠性指标体系，结合DG接入系统后的影响改进了传统可靠性分析计算的最小路法并得出含DG的配电网可靠性分析计算流程图；则在配电网含DG的情况下也能进行算例分析，并得出环网接线单电源的合理布置和科学规划可以加强配电网的供电可靠性的结论。第七章总结本论文的题目为《单电源环网接线供电系统可靠性建模与计算》，其内容包括环网接线单电源的概述、环网接电的概述，以及电力系统可靠性的概述，并探讨了相应的评估方法与评估指标；最后进行了实例的可靠性建模与分析计算。本次论文呢获得的成果有：（1）根据单电源环网接线供电系统与电网连接方式和结构特征构建可靠性框图。（2）根据单电源环网接线供电系统元件的连接关系推导可靠度、可用度的计算式子。（3）根据单电源环网接线供电系统元件的连接关系推导平均故障次数/频度、平均故障时间的计算式子。（4）根据单电源环网接线供电系统供电要求制定可靠度最优分配方案。通过计算数据的对比，我们得知：环网接线单电源只对孤岛内的负荷点可靠性有影响，其容量的大小对配电网可靠性有明显的影响——容量较大的环网接线单电源对于提高供电可靠性有的更大影响。DG类型的不同也会对可靠性造成不一样的影响，若供电能源具有间歇性，则会导致应用了间歇性能源的环网接线单电源的输出功率具有随机性。通过合理布置和科学规划环网接线单电源可以加强配电网的供电可靠性。电力系统可靠性一直是一个很重要的课题，各个国家都在为提高供电可靠性做出不懈的努力。单电源环网接线供电系统作为一种较新的供电方