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图3 3T接线
1.2 中压配电网接线方式
中压10kV配网按架空线路和电缆线路区分,主要有环网型、放射型、多分段多联络型、“N-1”主备等几种结构类型。
近年来,随着大规模电网建设、改造工作的不断深入开展,国内发展较快的供电区中压配电网架空网接线模式逐渐形成了以多分段多联络和多分段单联络为主,逐步减少了辐射式接线结构。
中压压配电网接线方式示意图主要如下[2]:
图4 幅射式连接方式
图5 两分段两联络接线方式
图6 双环网接线
图7 “3-1”主备接线方式
2 配电网接线方式典型规划场景
2.1 供电区域类型
参考国家电网《配电网规划技术导则》,依据行政级别、供电可靠性需求、规划水平年的负荷密度,可以将供电区域可划分为A+、A、B、C、D、E这六种供电区域。
2.2 变电站容量
110kV变电站容量决定了供电半径,从而影响高中压配电网各种接线方式的线路长度。容量具体取值参考国家电网《配电网规划技术导则》,如下所示。
表1 110kV变电站容量推荐表
2.3 供电架构模型
变电站受分布受地理条件影响较大,用均匀分布和条状分布两种理想化分布模型来描述110kV及以上变电站组成的供电架构模型。双电源和单电源的这两种供电架构模型示意图如下所示。
图 8 供电架构模型示意图
3 配电网接线方式技术经济计算
3.1 配电网可靠性指标(略)
文献[9]提出了很多配电网可靠性评价指标,本文结合中压配电网接线方式研究这一目标,从中选取的主要可靠性评价指标有用户平均停电持续时间(AIHC),供电可靠率(RS),用户平均停电次数(AITC),系统停电等效小时数(SIEH)等[10]。其中,AIHC和RS线性相关,反映的是系统供电的可用度;AITC反映的是接线方式的复杂程度和是否具有转供能力;SIEH反映的是配电系统容量和损失负荷的关系。
3.2 故障树分析法
故障树分析是以系统最不希望发生的事件(顶事件)作为分析目标,应用逻辑演绎的方法研究分析造成顶事件发生的各种直接和间接原因,并用逻辑门将各个可能事件相联系,建立起一棵倒立的树状图形,然后应用概率统计方法定量分析,由基本事件的发生概率计算顶事件的发生概率。
对于城市中压配电网接线方式的可靠性分析,主要存在以下问题:(1) 引起配电网故障的原因不仅仅是由元件故障造成的,还有一些是人为的主观原因导致的,人为因素导致的故障很难准确计算,另一方面,负荷侧故障导致的配网停电也难以准确估计;(2)准确的可靠性指标计算需要大量准确的配电网运行原始数据,而对于中压配电网接线方式研究,由于统计等方面的原因国内可靠性数据不够全面;(3)可靠性评估受一些不确定因素的影响,如环境因素等,这些因素具有很强的随机性和不确定性。因此,在对各接线方式进行可靠性分析时,元件故障率本身带有一定的不确定性,即模糊性。故可以利用模糊数据理论将这些模糊因素以元件失效率的形式折算到各元件故障率参数中,则可以进行确定性可靠性指标分析。根据故障树分析法可构造故障树分析步骤如图1所示[11],其中,基本事件主要包括线路、变压器、开关元件故障等,通过基本事件可靠性指标的计算结合故障树分析步骤,即可得到式(2)中各接线方式的综合可靠性指标。
图9 故障树可靠性分析步骤示意图
3.3 停电损失(略)
配电网在运行过程中的停电故障会带来一定的经济损失。停电损失主要是由于故障停电对电网和用户造成的经济损失,主要包括停电直接损失、社会影响损失等。
3 不同接线方式下配电网技术经济性影响因素分析(略)
配电网的经济性分析主要包括建设经济性分析和运行经济性分析两大类。其中,配电网的建设经济性主要从资金投入、成本回收年限和设备残余价值等角度进行分析;配电网的运行经济性主要是从运行维护成本、网损率和设备利用率角度进行分析。
由于不同的设备使用年限一般不同,需要进行适当的折算才能计算总经济成本,故基本的计算方法采用等年值法。
3.1 建设成本
配电网的建设成本主要包括输电线路、变压器、开关等元件设备的经济造价。
3.2 运行成本
配电网的运行成本主要包括设备运行维护成本、变压器损耗和线路损耗等。
4 考虑分布式电源接入的中压配网接线方式可靠性和经济性分析
分布式电源(Distributed Generation)是指安装在用电地点附近,与配电网直接相连的发电形式。单机容量一般为数千瓦至多 50MW,通常能同时提供供电、供热和制冷的能源系统,一般采用清洁能源,如风力发电、太阳能光伏电池发电、燃料电池发电和小型燃气轮机发电等多种发电方式。该系统具有较高的能源转换效率和良好的环境保护性能。
一般而言,分布式电源是直接接入配电系统,380V或10kV配电系统,并网运行或采取独立运行的方式。分布式发电的接入对配电网的供电经济性和节点电压、潮流、短路电流、网络供电可靠性等都会带来影响,并将影响配电网接线方式和网络的架构。
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