鄭雅軒

（國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，社會對優(yōu)質(zhì)電能的需求不斷增加，對電力企業(yè)供電可靠性提出了更高的要求。配電系統(tǒng)是供電企業(yè)面向客戶的最后環(huán)節(jié)，直接影響著用戶的用電體驗。目前，用戶遭受的停電絕大部分是由配電系統(tǒng)環(huán)節(jié)造成的。分布式電源并網(wǎng)是提高配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、保證供電可靠性的重要技術(shù)手段之一。近年來，配電系統(tǒng)中分布式電源不斷接入，對配電系統(tǒng)供電能力產(chǎn)生了巨大的影響，傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性評估方法已不再適用。

分布式光伏利用清潔可再生的太陽能進(jìn)行發(fā)電，能夠緩解對石油、煤炭等化石能源的依賴，減少溫室氣體排放，具有清潔、環(huán)保的特點；分布式光伏通常接近負(fù)荷中心，可以大幅減少輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，具有建設(shè)周期短、投資見效快的優(yōu)點，經(jīng)濟(jì)性較高；分布式光伏控制靈活、維護(hù)方便，能實現(xiàn)快速啟停、削峰填谷，具有很大的靈活性。分布式光伏的優(yōu)越性使其獲得了迅速的發(fā)展，配電網(wǎng)由傳統(tǒng)的單電源輻射狀結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)槎囝愋碗娫赐ㄟ^配電線路共同為負(fù)荷供電的結(jié)構(gòu)，供電模式更加靈活多樣。配電系統(tǒng)由分配電能的角色變?yōu)槭占?、儲存和分配電能的主動配電網(wǎng)[1]。分布式發(fā)電系統(tǒng)中通常有儲能裝置與分布式電源配合工作。儲能裝置可平滑分布式電源的出力，當(dāng)分布式光伏出力不足時，儲能裝置釋放電能，提升供電能力，當(dāng)分布式光伏出力過多時，儲能裝置存儲多余的電能，防止棄光現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1 低滲透率下分布式光伏并網(wǎng)對配網(wǎng)可靠性的影響

分布式電源的滲透率是指分布式電源容量占系統(tǒng)最大供電負(fù)荷的比例[2]。國內(nèi)外研究表明，當(dāng)分布式電源的滲透率達(dá)到25%以上時，會對現(xiàn)有配電網(wǎng)的安全可靠運行產(chǎn)生顯著影響。一般地，將分布式電源的滲透率不會顯著影響系統(tǒng)正常運行的水平稱為低滲透率水平。本文研究了低滲透率下分布式光伏并網(wǎng)對主動配電網(wǎng)可靠性的影響，以上級電源容量充足作為低滲透率的邊界條件。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常還裝設(shè)儲能裝置來平滑分布式光伏的出力。分布式光伏接入配電網(wǎng)有兩種運行方式：并網(wǎng)運行和孤島運行。并網(wǎng)運行時分布式光伏與配電系統(tǒng)共同為用戶提供電能；孤島運行時，區(qū)域內(nèi)負(fù)荷完全由分布式電源獨立供電。在傳統(tǒng)輻射狀配電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中元件發(fā)生故障時，下游負(fù)荷會由于與上級電源之間無有效連接而造成停電；接入分布式光伏后，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，下游負(fù)荷可與分布式光伏連接形成孤島，由分布式光伏向孤島內(nèi)負(fù)荷供電，有效提高供電可靠率。孤島模式運行時，通常負(fù)荷大于分布式光伏的發(fā)電容量，此時需要對孤島內(nèi)負(fù)荷按重要程度進(jìn)行分級分類，對負(fù)荷進(jìn)行削減，優(yōu)先保證重要負(fù)荷的供電需求。

常見的供電系統(tǒng)主要可靠性指標(biāo)有以下幾項。

a） 系統(tǒng)平均停電時間SAIDI（system average interruption duration index）（h/戶）

b） 平均供電可 靠率ASAI（average service availability index）（%）

c） 系統(tǒng)平均停電頻率SAIFI（system average interruption frequency index）（次/戶）

d） 系統(tǒng)缺供電量期望值ENS（energy not supplied）（kW·h/年）

2 含分布式光伏的主動配電網(wǎng)可靠性評估模型

建立低滲透率下含分布式光伏的主動配電網(wǎng)可靠性評估模型時，由于分布式光伏存在失效狀態(tài)，所以需考慮分布式光伏的元件出力模型、元件停運模型、孤島運行方式和孤島負(fù)荷處理方式[3]。

2.1 城市負(fù)荷的用電特點

目前，城市用電負(fù)荷一般分為3 類：工業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷和市政生活負(fù)荷。工業(yè)負(fù)荷的日負(fù)荷曲線一般維持在一個平穩(wěn)的水平線上，波動性非常低；商業(yè)負(fù)荷通常在特定的時間段內(nèi)維持在一個平穩(wěn)的水平，其余時間負(fù)荷水平較低；市政生活負(fù)荷在一天中隨居民生活的需要不斷變化。目前，我國的市政生活用電水平還不太高，但隨著城市建設(shè)的日益發(fā)展，生活設(shè)施的日益現(xiàn)代化及居民生活水平的提高，市政生活用電的比重將有所上升。3 類負(fù)荷的典型日負(fù)荷曲線如圖1～圖3 所示。

圖1 工業(yè)負(fù)荷典型日負(fù)荷曲線

圖2 商業(yè)負(fù)荷典型日負(fù)荷曲線

圖3 市政生活負(fù)荷典型日負(fù)荷曲線

2.2 分布式光伏系統(tǒng)的相關(guān)模型

系統(tǒng)中非電源元件主要考慮設(shè)施的運行狀態(tài)和故障停運狀態(tài)，采用如圖4 所示的兩狀態(tài)模型。

圖4 非電源元件的兩狀態(tài)模型

圖4 中，λ 為設(shè)施故障停運率，μ 為設(shè)施故障停運的修復(fù)率。因此，正常狀態(tài)概率為

故障狀態(tài)概率為

設(shè)MTTR（mean time to repair） 為元件平均修復(fù)時間，MTTF（mean time to failure） 為元件失效前平均時間，則

而分布式光伏在運行時存在部分光伏面板退出運行的狀態(tài)，此時降額運行，需要由三狀態(tài)模型進(jìn)行描述，如圖5 所示。

圖5 分布式光伏的三狀態(tài)模型

分布式光伏的出力模型可由圖6 分布式光伏出力與光照強(qiáng)度的分段模型描述，由零功率輸出狀態(tài)、非線性輸出狀態(tài)、線性輸出狀態(tài)和額定輸出狀態(tài)4 種狀態(tài)組成。其中，橫坐標(biāo)E為光照強(qiáng)度，Ein、Er、Estd分別對應(yīng)分布式光伏出力的轉(zhuǎn)折狀態(tài)光強(qiáng)，Et為實時光照強(qiáng)度，Pr為分布式光伏的額定出力，Psn為單位光強(qiáng)下光伏的出力，Pt為分布式光伏的實時出力，則

圖6 分布式光伏分段出力模型

3 分布式光伏匹配度評估模型

系統(tǒng)中有母線1 段、饋線25 段、配變20 臺、負(fù)荷點20 個，斷路器和隔離開關(guān)若干。接入分布式光伏電源，不同容量光伏接入下系統(tǒng)可靠性指標(biāo)如表1 所示。

表1 不同容量光伏接入下系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

圖7—圖9 展示了系統(tǒng)可靠性指標(biāo)隨分布式光伏接入容量增長的變化趨勢，從圖中可以看出，隨著分布式光伏容量的增加，系統(tǒng)的可靠性水平得到了提升。

圖7 分布式光伏接入后系統(tǒng)平均停電時間

圖8 分布式光伏接入后系統(tǒng)平均停電次數(shù)

圖9 分布式光伏接入后系統(tǒng)平均缺供電量

4 結(jié)束語

分布式光伏接入配電網(wǎng)后可以消納當(dāng)?shù)刎?fù)荷，使原有配電網(wǎng)的可靠性水平得到一定程度提升，同時也為傳統(tǒng)配電網(wǎng)的可靠性評估帶來了新的問題。本文通過對含分布式光伏主動配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行分析，總結(jié)了分布式光伏的設(shè)施停運模型和出力模型，研究了低滲透率下分布式光伏接入對系統(tǒng)平均停電時間、系統(tǒng)平均停電次數(shù)和系統(tǒng)平均缺供電量的影響，驗證了低滲透率情況下隨著分布式光伏容量的增加，系統(tǒng)的可靠性水平得到了提升。