基于改进状态合并方法的直流配电系统可靠性评估

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随着电力电子技术的发展,直流配电系统由于具备供电容量大、电能质量高、便于新能源接入等优点,逐渐成为未来城市供电的主体。相较于交流配电系统,直流配电系统拥有多个直流电源,负荷运行方式呈现多样性,“源荷”之间的耦合进一步增加了系统运行状态数量,导致可靠性评估效率降低。对于多状态直流配电系统,状态合并是提升可靠性评估效率的重要方式之一,本文在传统状态合并方法的基础上,提出适用范围更广的改进状态合并方法,并将所提方法与直流配电系统可靠性评估结合,围绕计及状态合并的可靠性评估效率与精度等问题开展研究,具体研究内容如下:(1)为提升多状态直流配电系统的可靠性评估效率,本文将传统状态合并方法与可靠性评估结合,通过削减系统运行状态数量降低了可靠性评估的复杂程度。首先分析了传统状态合并方法的理论基础,包括状态合并需要满足的条件以及如何实现状态合并;其次根据合并后的系统运行状态对直流配电系统进行可靠性评估,通过状态枚举法列举系统所有运行状态,根据潮流计算结果对每种运行状态进行故障后果分析;最后结合故障分析结果,分别从元件、负荷、系统三个层面计算直流配电系统的可靠性指标。(2)为实现状态合并在直流配电系统中的规模化应用,本文改进了传统状态合并条件,通过引入截断系数实现了差异化转移率情况下的状态合并。首先,利用马尔可夫过程建立多状态直流配电系统的状态空间模型,通过分析系统运行状态之间的转移关系重新定义状态合并条件,使转移率相似的系统运行状态也能够参与合并;其次,阐述了转移率不同的系统运行状态如何实现状态合并,并给出合并后系统运行状态之间的转移率求解方法,通过引入截断系数提高了合并状态转移率的求解效率;然后,详细介绍了截断系数的求解过程,包括截断函数的构建、稳态时间的确定以及截断系数的求解;最后,与传统迭代法进行对比,确定截断系数法的求解误差,并提出计及状态合并的直流配电系统可靠性指标。(3)为提升状态合并与工程物理意义的适配性,本文分析了直流配电系统的故障表现形式,提出基于故障权重区间的直流配电系统状态合并方法。该方法首先分析了直流配电系统的多种减额运行状态,并依据缺供电量指标对系统运行状态进行初步划分;其次结合状态空间模型的概率、频率分布,提出了包含多种故障信息量的故障权重因子,根据故障权重因子生成故障权重区间,将其作为系统状态划分、合并的依据,提升了状态合并的精度与合理性;然后详细介绍了如何利用故障权重区间筛选系统待合并状态,提出了同阶合并、跨阶合并以及累计合并三种状态合并方式;最后给出了合并状态的参数计算过程,根据合并后的系统运行状态计算直流配电系统的可靠性指标。(4)为验证本文所提方法的正确性和有效性,分别以IEEE-RBTS BUS6系统和IEEE14节点系统为参照建立直流配电系统,将未计及状态合并的直流配电系统可靠性评估结果与计及状态合并的可靠性评估结果进行对比,从而确定本文所提方法能否在保证可靠性评估精度的同时,提高评估效率。(5)基于上述理论研究,本文设计、开发了直流配电系统可靠性评估软件,并顺利通过了软件测试。该软件基于C++编译语言实现了潮流计算、可靠性评估等功能模块的代码开发,支持多电压等级、多应用场景的直流配电系统可靠性评估。首先介绍了软件的开发平台,其次介绍了软件的多种实用功能,展示了软件的参数录入、结果输出界面,最后依托国家重点研发计划资助项目,利用该软件评估了苏州直流示范工程的可靠性水平,评估结果得到项目专家的一致认可。
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