多结构直流配电网可靠性分析

丁倩影

（三峡大学 电气与新能源学院，湖北宜昌 443000）

引言

随着电力系统规模的不断扩大，配电网的安全稳定运行成为了电力工业的关注焦点。因此，对多结构化直流配电网的可靠性进行分析具有重要意义。截至目前，已有诸多学者对多结构化直流配电网进行了研究。文献[1,2]运用部件计数法，分析了直流配电网设备的可靠性；文献[3,4]研究了交、直流配电网的可靠性差异；文献[5]基于可靠性研究，对未来直流配电网的完善提出了相关建议。

基于上述研究，首先介绍了直流配电网的拓扑结构，然后阐述了基于最小割集法的可靠性评估方法，最后运用最小割集法仿真计算了不同结构下的可靠性指标。

1 直流配电网拓扑结构

当前直流配电网的拓扑结构主要有以下几种：

（1）辐射型

采用辐射型拓扑结构，当发生严重故障时，会导致配电网大范围受到影响，因此该拓扑结构的故障容错率较低[6]。

（2）双端手拉手型

采用双端手拉手型拓扑结构，当发生故障时，由于该拓扑结构具有双向流动通道[7]，可以有效降低故障率。

（3）多源环型

采用辐射型多源环型拓扑结构，当发生故障时，会迅速定位到故障点，因此可靠性较高。

2 最小割集搜索法

运用负荷最小搜索法，可以将配电网可靠性分析过程转变为由割集表征的负荷点故障事件集合。负荷点的可靠性参数为：

式中，F为负荷点的所有割集集合。

3 算例分析

3.1 不同结构配电网可靠性分析

分别对交流、辐射型直流、双端手拉手直流、单源环型直流、多源环型直流配电网采用最小割集方法进行仿真计算，得到不同系统的平均供电可用率对比如图1所示。由图1可知，交流配电网的平均供电可用率最高，数值为0.999 646，而辐射型直流配电网为最低，数值为0.997 604。对不同拓扑结构的平均停电时间进行仿真计算，计算结果如图2所示。由图2可知，辐射型直流配电网的系统停电时间最长，而双端手拉手型和多源环型的停电持续时间较短、系统整体可靠性较高。

对不同负荷比情况下的供电可用率进行仿真计算，计算结果如图3所示。由图3可知，随着直流占比的提高，直流配电网的供电可用率呈现下降趋势，而手拉手直流配电网的供电用户率随之增加。由此可得，相较于交流配电网，直流配电网的优势更为明显。

3.2 关键设备冗余配置影响分析

计算手拉手型直流配电网在不同关键设备内部元件冗余下的系统平均供电可用率，计算结果如图4所示。由图4可知，直流变压器冗余对系统可靠性的影响较大，但直流断路器及MMC换流站冗余对系统可靠性的影响较小。

仿真计算关键部件冗余度对系统可靠性增益比的影响，计算结果如图5所示。由图5可知，直流变压器冗余和直流断路器冗余的系统可靠性增益比较高，随着冗余度的不断增加，元件冗余对系统可靠性增益比呈现下降趋势。

4 结论

运用最小割集法仿真计算了不同结构下的可靠性指标，并进行了关键设备冗余配置影响分析，为直流配电网的可靠性研究可提供一定的理论依据。