孫光遠(yuǎn) 李冬梅

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150030）

含分布式電源的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估

孫光遠(yuǎn) 李冬梅

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150030）

采用改進(jìn)的最小割集算法對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評(píng)估。然后將分布式電源接入傳統(tǒng)典型配電網(wǎng)，計(jì)算分布式電源接入前后可靠性的各項(xiàng)指標(biāo)，分析不同數(shù)量、不同種類的分布式電源對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響。

分布式電源 配電網(wǎng)可靠性評(píng)估 最小割集算法

1 引言

本文采用改進(jìn)的最小割集算法對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評(píng)估。然后將分布式電源接入傳統(tǒng)典型配電網(wǎng)，計(jì)算了分布式電源接入前后可靠性的各項(xiàng)指標(biāo)，驗(yàn)證了分布式電源在改善電網(wǎng)可靠性方面的作用，同時(shí)分析了不同數(shù)量、不同種類的分布式電源對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響。

2 最小割集算法

最小割集法將計(jì)算限定在最小的范圍之內(nèi)，這樣能夠降低計(jì)算工作量。由于每個(gè)割集中的元件都是相互關(guān)聯(lián)的，運(yùn)用最小割集法時(shí)，首先要對(duì)最小割集進(jìn)行確定，搜索出負(fù)荷點(diǎn)到電源點(diǎn)的供電路徑。對(duì)于滿足并聯(lián)關(guān)系的割集內(nèi)部元件，計(jì)算出并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，公式如下：

式中：

UP為并聯(lián)系統(tǒng)的年平均停電時(shí)間；

UEi為元件Ei的年平均停電時(shí)間；

rP為并聯(lián)系統(tǒng)的平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間；

λP為并聯(lián)系統(tǒng)的故障率；

rEi為元件Ei的平均停電持續(xù)時(shí)間。

圖1 含分布式電源的配電網(wǎng)接線

表1 方案一下的系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)

3 基于改進(jìn)最小割集法的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估

本章假設(shè)在負(fù)荷總量不超過發(fā)電總量時(shí)線路的潮流不會(huì)出現(xiàn)過載，即認(rèn)為孤島能夠形成。由于負(fù)荷也是隨時(shí)間變化，考慮到計(jì)算的精度和快速性，可以用文獻(xiàn)［4］介紹的方法，將負(fù)荷分為10個(gè)等級(jí)水平，并計(jì)算出各個(gè)負(fù)荷水平出現(xiàn)的概率。由于DG發(fā)電量的不確定性和負(fù)荷的隨機(jī)變化性，使得在發(fā)生故障后孤島不能總是形成，孤島的形成具有一定的概率性。

當(dāng)發(fā)生上行故障時(shí)，孤島形成的概率用公式表示為

式中

PIPLP為孤島形成的概率；

PDGoutput為DG的發(fā)電量不小于某一負(fù)荷水平的累積概率；

Pload為負(fù)荷在某一水平的概率；

Pf為DG的故障率。

因此，由全概率公式可以得到，孤島內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)LP的可靠性指標(biāo)計(jì)算公式為：

式中

λ'LP為孤島范圍內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)的故障率；

U'LP為孤島范圍內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)每次故障平均停電持續(xù)時(shí)間；

γ'LP為孤島范圍內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)年平均停電時(shí)間；

λLP為配電網(wǎng)不帶DG時(shí)負(fù)荷點(diǎn)的故障率；

ULP為配電網(wǎng)不帶DG時(shí)負(fù)荷點(diǎn)的年平均停運(yùn)時(shí)間；

表2 方案二下的系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)

表3 方案三下的系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)

λ*為配電網(wǎng)帶DG且孤島能夠形成時(shí)島內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)的故障率；

LP

U*為配電網(wǎng)帶DG且孤島能夠形成時(shí)島內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)的年平均停

LP運(yùn)時(shí)間。

對(duì)于孤島外的負(fù)荷點(diǎn)，由于沒有DG繼續(xù)為其供電，因此可以按照傳統(tǒng)配電網(wǎng)最小割集評(píng)估方法進(jìn)行計(jì)算。

4 算例分析

4.1 算例

以IEEE-RBTSBus6系統(tǒng)主饋線F4為基礎(chǔ)，在分支線19和25處加入2處DG。當(dāng)上游供電路徑發(fā)生故障時(shí)，通過斷路器操作，形成孤島1和孤島2繼續(xù)給島內(nèi)負(fù)荷供電，如圖1所示。圖中LPi表示第i個(gè)負(fù)荷點(diǎn)。

該系統(tǒng)有23個(gè)負(fù)荷點(diǎn)、1個(gè)隔離開關(guān)、23臺(tái)配電變壓器、4臺(tái)斷路器、23個(gè)熔斷器（裝設(shè)在負(fù)荷線路首端）。隔離開關(guān)操作時(shí)間為20分鐘。

4.2 采用最小割集算法計(jì)算可靠性

運(yùn)用本章提出的方法，對(duì)圖1所示的配電網(wǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，研究加入分布式電源前后對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)的影響。

方案一：不考慮分布式電源的作用，計(jì)算出的負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，如表1所示。

方案二：設(shè)兩處DG均采用微型燃?xì)廨啓C(jī)，其故障率為4%，分別計(jì)算了1臺(tái)、2臺(tái)和3臺(tái)微型燃?xì)廨啓C(jī)后的可靠性指標(biāo)（如表2所示）。

方案三：設(shè)兩處DG均采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組WTG，表3列出了這種方案下分別計(jì)算了加入1臺(tái)、2臺(tái)和3臺(tái)WTG后的的負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果。

從三種方案的可靠性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果可以看出：

（1）有DG和無DG的方案相比，DG的接入只對(duì)孤島內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)可靠性有影響，能使孤島內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)的故障率和年平均停運(yùn)時(shí)間減小，并且顯著提高系統(tǒng)可靠性。

（2）隨著接入DG數(shù)量的增多，孤島形成概率增大，負(fù)荷點(diǎn)的故障率和年平均停運(yùn)時(shí)間降低，負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性提高。

（3）隨著接入DG數(shù)量的增多，其對(duì)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的改善程度逐漸變小，因此可以綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境等各方面的因素，以決定DG的投運(yùn)數(shù)量。

（4）程序的運(yùn)行結(jié)果表明，該方法計(jì)算簡單快速，但是欠缺靈活性，不能解決各種狀態(tài)下的可靠性指標(biāo)計(jì)算問題，例如若孤島采用按等級(jí)切負(fù)荷措施以保證孤島繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，這種運(yùn)行狀態(tài)下的可靠性指標(biāo)就無法計(jì)算了。

［1］黃偉，孫昶輝，吳子平，等.含分布式發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)技術(shù)研究綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009.33（9）：14～18.

［2］張勇，吳淳.分布式發(fā)電在配電網(wǎng)中的優(yōu)化配置［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（11）：33～37.

［3］劉傳銓，張焰.計(jì)及分布式電源的配電網(wǎng)供電可靠性［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（22）：46～49.

［4］楊文宇.基于最小割集的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估［D］.西安：西安理工大學(xué)，2002.