張 燃，呂 林，李 勇，李志奇

(1.四川電力科學研究院，四川 成都 610072;2.四川大學電氣信息學院，四川 成都 610065)

0 引言

隨著大量的分布式電源接入配電系統(tǒng)，配電系統(tǒng)從傳統(tǒng)的輻射型的單源網絡變成一個遍布負荷和電源的多源新型配電系統(tǒng)。分布式電源接入增加了配電網潮流不確定性，給配電網的可靠性帶來顯著影響［1，2］。

分布式電源由于其本身的機組類型及所采用的一次能源的多樣化，如何確定其給配電網可靠性帶來的何種影響，是電力公司及用戶關心的問題。研究分析分布式電源的接入對配電網可靠性的影響具有十分重要的意義。

目前，定量分析含分布式電源的配電網可靠性方面的研究較少。文獻［3］建立了分布式電源的狀態(tài)空間模型，并采用狀態(tài)枚舉的方法對配電系統(tǒng)進行可靠性評估。文獻［4］根據(jù)分布式電源自身的特性，提出了符合實際的可靠性評估模型，并指出分布式電源特性、負荷特性等因素對可靠性評估影響很大。文獻［5］通過網絡等效化簡，對風電及光伏發(fā)電混合系統(tǒng)的配電網進行序貫的蒙特卡洛模擬，著重考慮分布式電源模型不同的因素。文獻［6］采用區(qū)間數(shù)的處理方法，對參數(shù)不確定性進行了分析，驗證了分布式電源可以改善配電網可靠性。

下面針對分布式電源，建立了含分布式電源的配電網可靠性模型;結合計及停電用戶數(shù)的孤島劃分策略，對傳統(tǒng)的最小割集法進行改進，分析分布式電源的位置以及容量對可靠性指標的影響。

1 配電網可靠性評估指標

按照評估對象的不同，可靠性指標可分為負荷點指標和系統(tǒng)指標。這里將分別選取兩類指標中的部分指標進行計算。

負荷點指標:平均故障率λ、平均停電持續(xù)時間r以及年平均停電時間U。具體計算式［1，2］如下。

系統(tǒng)指標:系統(tǒng)平均停電頻率(SAIFI)、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間(SAIDI)、平均供電可用率(ASAI)、期望故障受阻電能(EENS)。具體計算式［7，8］如下。

在上述所有的計算式中:Li、Ui、ci分別為負荷點i的負荷量、年停電持續(xù)時間、單位電量停電損失;Tsum為統(tǒng)計的周期。

2 計及分布式電源的配電網可靠性分析模型

2.1 計及停電用戶數(shù)的孤島劃分模型

孤島是分布式電源(distributed generation，DG)接入配電網出現(xiàn)的一種新的運行方式。孤島的出現(xiàn)可以減小停電面積，提高系統(tǒng)的供電可靠性。電力公司對可靠性進行評價時，往往是以用戶平均停電時間、用戶平均停電次數(shù)以及供電可用率等指標來進行參考?？梢?，用戶的數(shù)量對可靠性評估有較大的影響，但部分重要負荷點的用戶數(shù)可能較少?，F(xiàn)有的孤島劃分模型僅從負荷重要性出發(fā)，不考慮節(jié)點的用戶數(shù)量，可能使整個配電網系統(tǒng)的可靠性不能達到最優(yōu)。所以，提出一種計及停電用戶數(shù)的孤島劃分模型，綜合考慮負荷重要程度和孤島的用戶數(shù)量，從而使配電系統(tǒng)的可靠性盡可能高。孤島劃分模型如下。

式中，La(i)為負荷點i的負荷;PDG為DG的額定容量;Ni為負荷點的用戶數(shù);D為孤島內所有負荷點La(i)組成的區(qū)域;j為DG所在饋線編號;λ(i)為負荷重要度系數(shù)，一類、二類、三類負荷重要度系數(shù)分別為 0.5、0.3、0.2。

2.2 孤島求解方法

由2.1節(jié)所建立的孤島劃分模型可知，其實是一個多目標的問題。這里采用多目標加權組合的方法對上述模型進行求解。具體模型如下。

多目標模型轉換為單目標模型后，在滿足條件約束的情況下，對單目標模型采用深度優(yōu)先的搜索來求解。

在求解過程中，根據(jù)重要負荷及負荷點用戶數(shù)的重要程度，w1取 0.7，w2取 0.3。

2.3 計及分布式電源配電網的可靠性評估方法

文獻［9］采用了最小割集法對配電網的可靠性進行評估。擬采用改進的最小割集法對可靠性指標進行計算。在最小割集法中，所有導致負荷點故障的最小割集被列舉出來，然后再根據(jù)每個割集中元件的邏輯關系和失效概率對可靠性指標進行計算。這里對最小割集法進行改進，使之適合于含分布式電源的配電網可靠性分析評估。

改進原則如下:在求取各個負荷點的故障割集之后，把分布式電源作為系統(tǒng)的備用電源，依照孤島劃分策略，求出各負荷點備用供電途徑以及相應的備用割集。若故障割集發(fā)生且與備用割集為同一元件或者集合，那么負荷點的停電持續(xù)時間為故障修復時間;若故障割集發(fā)生且與備用割集為不同元件或者集合，那么負荷點的停電時間為開關操作時間。

除此之外，在孤島范圍內，一般認為只有DG和主饋線同時出現(xiàn)才會導致負荷點故障，此時孤島內元件故障率按DG與饋線的二階故障進行折算，得到的負荷點i的故障率和年平均停電時間計算公式如下。

對于每個負荷點，不管DG存在與否，與其相連的饋線段上的故障也會使該負荷點停電，因此這種情況應作為一個最小割集加入到上面兩式中。另外，對于處在DG兩側的負荷點的可靠性也是不同的，所以，得到以下結論。

在式(12)～(16)中，λD、rD、rs，k、λS，k分別是 DG的平均故障率、DG的故障平均修復時間、第k段饋線的故障率和故障平均修復時間;ND、NU分別是在DG和負荷點之前的饋線段數(shù)量、在DG和負荷點的饋線段數(shù)量。

應用上述求得的負荷點等值故障率和故障停電持續(xù)時間，進而可以求得其他的可靠性指標。

3 算例分析

3.1 算例

選取如圖2所示的IEEE RBTS BUS6系統(tǒng)［10］進行分析。該系統(tǒng)一共含有30條線路、23條負荷點、23個熔斷器(裝設在每條負荷支路首端，圖中未標出)、21個隔離開關、4個斷路器。饋電線路、負荷和其他設備的原始數(shù)據(jù)參考文獻［11］。設斷路器與熔斷器均100%可靠動作。隔離開關的操作時間為0.5 h。設接入DG的故障率均為4次/a，平均修復時間為50 h;所有變壓器均未設置備用。

為了全面分析分布式電源對配電系統(tǒng)可靠性的影響，這里對如下4種不同的情況下配電系統(tǒng)可靠性進行分析。

方案1:系統(tǒng)中不含任何DG。

方案2:系統(tǒng)中在分支線20和分支線29處分別接入容量為1 MW和1 MW的DG。

方案3:系統(tǒng)中在分支線20和分支線29處分別接入容量為0.5 MW和0.5 MW的DG。

方案4:把方案2系統(tǒng)中接在分支線29處的DG改接在分支線26處，電源容量不變。

3.2 結果分析

所計算的配電網可靠性指標主要有:負荷點平均故障率、負荷點平均停電持續(xù)時間、負荷點年平均停電持續(xù)時間、系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間以及系統(tǒng)平均供電可用率指標等。采用改進的最小割集的方法，針對上述介紹的模型，對算例進行計算。計算結果如表1～表5所示。

圖2 含DG的RBTS Bus6配電網接線圖

表1 方案1部分負荷點可靠性指標計算結果

表2 方案2部分負荷點可靠性指標計算結果

表3 方案3部分負荷點可靠性指標計算結果

表4 方案4部分負荷點可靠性指標計算結果

表5 系統(tǒng)可靠性指標計算結果

1)對比方案1和方案2，由于增加了分布式電源，可以從表中看出，與分布式電源相近的負荷點的故障率略有增加，這是由于計及了分布式故障的影響。但是平均停電持續(xù)時間、年平均停電持續(xù)時間等負荷點的可靠性指標得到了提高;對比方案1與方案2的系統(tǒng)可靠性指標，可以看出雖然SAIFI有所增加，但是SAIDI、ASAI以及EENS等指標都得到了一定程度的改善，說明了分布式電源能提高配電網可靠性。

2)對比方案3與方案2，可以看出在電源容量不同的情況下，方案2中負荷點和系統(tǒng)的各項可靠性指標均優(yōu)于方案3的結果，說明分布式電源容量的不同對配電網的可靠性會產生影響且容量越大影響也越大。

3)對比方案4與方案3，從表中可看出部分負荷點的可靠性指標均發(fā)生了改變。這說明，負荷點的可靠性與分布式電源接入配電網的位置有著密切關系，不同的接入點對配電網可靠性的影響不同。

4 結論

建立了計及分布式電源的配電網可靠性模型，結合計及停電用戶數(shù)的孤島劃分模型，并采用改進的最小割集法對算例進行了計算。結果說明分布式電源的接入對配電網可靠性影響很大，分布式電源的容量的不同，接入位置的不同對其影響也不同，應當綜合考慮各種因素，合理利用分布式電源來提高配電網的可靠性水平。

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