沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院 楊博文 趙志剛

由于光伏，風(fēng)電這種清潔型分布式能源發(fā)電的不穩(wěn)定性接入配電網(wǎng)后會造成復(fù)雜多樣的不良影響，因此提出綜合風(fēng)險評估方法，提高含分布式電源配網(wǎng)運行的可觀性和可控性，探究分布式電源對配電網(wǎng)可靠性影響，提出可靠性評估方法是解決此類問題的重要手段。基于線路過負荷風(fēng)險、母線低電壓風(fēng)險、負荷點停電風(fēng)險，對其進行加權(quán)，提出一種加權(quán)風(fēng)險評估方法，進而分析不同類型分布式電源對配網(wǎng)綜合風(fēng)險的影響。為分布式電源的運行管理提供必要的技術(shù)手段，提高了分布式電源的利用效率和配電網(wǎng)運行的安全性和可靠性。

在飛速的能源發(fā)展中，國際社會一直倡導(dǎo)從傳統(tǒng)的發(fā)電模式向清潔能源轉(zhuǎn)型，各個發(fā)達國家對風(fēng)能、太陽能的高效利用越來越重視，因此小型可再生的分布式能源在未來會成為當(dāng)今社會發(fā)展低碳經(jīng)濟的主要能源形態(tài)。如何全面掌握快速變化的分布式電源發(fā)展情況，在風(fēng)險邊界內(nèi)接納龐大的分布式電源，是建設(shè)先進智能電網(wǎng)面臨的嚴峻挑戰(zhàn)也是很難打破的技術(shù)壁壘，這些難以解決的問題在某種程度上關(guān)系著智能電網(wǎng)建設(shè)的未來，同樣也影響著電網(wǎng)未來發(fā)展的方向。使用可信度理論來解決電力系統(tǒng)中發(fā)電機被迫停運、元件停運、保護裝置失靈等包含不確定因素的波動性故障。在配網(wǎng)風(fēng)險評估中依然存在數(shù)據(jù)不足問題，主要與統(tǒng)計樣本不足、統(tǒng)計時間久等因素有關(guān)。針對以上問題問題設(shè)計了一種基于模糊故障率的元件停運模型，可用于解決歷史數(shù)據(jù)不足的情況。構(gòu)建了基于氣象因素的配電線路故障率模型，模型中充分利用了地線以及避雷器等部件的實時數(shù)據(jù)未能對不同類型的分布式電源接入配電網(wǎng)進行綜合三種風(fēng)險評估分析。

1 風(fēng)險指標

風(fēng)險評估指標可以表明事故的嚴重度，可以幫助當(dāng)配電網(wǎng)存在遭受停電損失程度就行較為準確的度量，是為工作人員提供可靠易懂的指導(dǎo)性指標。

1.1 線路過負荷風(fēng)險指標

在出現(xiàn)故障時容易引發(fā)設(shè)備功率過載，一般可以通過線路過負荷風(fēng)險指標進行評價，分析此類故障發(fā)生是概率以及導(dǎo)致的后果。其嚴重度函數(shù)表示為SOD(C / E)，主要認為與經(jīng)過設(shè)備的電流有關(guān)，需要基于與額定電流之間的關(guān)系確定取值，如果設(shè)備電流未超過額定電流的80%，則可以得到SOD(C / E) =0，而二者之間呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，即設(shè)備電流增大的過程中，SOD(C / E)保持了增長的趨勢，并且增幅逐步增大。

線路過負荷風(fēng)險指標可以寫為：

在上述公式內(nèi)：NFl代表由E以及轉(zhuǎn)供方案導(dǎo)致的全部過負荷設(shè)備總量。p(i)表示第i個故障狀態(tài)的概率；l表示過載線路編號。

1.2 母線電壓越限風(fēng)險

在現(xiàn)有的研究中認為，母線電壓越限風(fēng)險嚴重度主要與其電壓幅值有關(guān)，在母線電壓等于1.0pu，對應(yīng)的嚴重度函數(shù)SLV(C / E)等于零。

母線電壓越限風(fēng)險指標為：

在上述公式內(nèi)，NFb代表由預(yù)想事故集中E及其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)供方案所引起的所有負荷停電的總數(shù)。b為母線節(jié)點編號p(i)表示第i個故障狀態(tài)的概率。

1.3 負荷點停電風(fēng)險

負荷點停電風(fēng)險主要指的是由于故障引發(fā)系統(tǒng)內(nèi)負荷受到切除的概率以及產(chǎn)生的影響。一般將其嚴重度函數(shù)表示為SLT(C / E)。本文設(shè)定當(dāng)負荷點不存在切除停電時，SLT(C / E) = 0；隨著負荷切除數(shù)值的增加，負荷點停電風(fēng)險嚴重度保持了增大的趨勢。

負荷點停電風(fēng)險指標為：

在上述公式內(nèi)，NFc代表由預(yù)想事故集中E及其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)供方案所引起的所有切除負荷的總數(shù)。c為負荷編號，p(i)表示第i個故障狀態(tài)的概率。

1.4 風(fēng)險權(quán)重

在本次研究中針對配電網(wǎng)綜合風(fēng)險指標進行了分析和設(shè)計，主要涉及到了線路過負荷風(fēng)險、母線低電壓風(fēng)險、負荷點停電風(fēng)險，它可以反映出配電網(wǎng)絡(luò)的綜合安全水平。三個指標的權(quán)重系數(shù)對應(yīng)著λ1,λ2,λ3，并且有λ1+λ2+λ3= 1，基于各個系數(shù)的大小可以對指標的重要性程度進行分析。需要結(jié)合電網(wǎng)運行狀態(tài)以及用戶需求大小來設(shè)置合適的權(quán)重系數(shù)。如果用戶對于電壓的要求比較高，則對應(yīng)的低電壓風(fēng)險權(quán)重系數(shù)需要增大；而對于線路過載的要求較高時，則應(yīng)該適當(dāng)增大過負荷風(fēng)險權(quán)重系數(shù)；如果停電引發(fā)負面影響，降低用戶滿意度，則應(yīng)該適當(dāng)增大負荷點停電風(fēng)險權(quán)重系數(shù)。所以基于合適的指標權(quán)重設(shè)置才能得到準確的評估結(jié)果。

2 分布式電源接入配電網(wǎng)的風(fēng)險評估方法

2.1 狀態(tài)采樣

采用狀態(tài)釆樣方法能夠合理準確分析出系統(tǒng)中所有元件狀態(tài)的組合的方法，可以精確地綜合地評估到每一種狀態(tài)影響的風(fēng)險后果。本文采用的是模擬法（蒙特卡羅方法），基于對模型或觀察過程進行抽樣實驗，搭建的概率模擬參數(shù)等于問題的解，統(tǒng)計所求參數(shù)的特征，得到問題的相似解，該方法很好的解決了解析法計算量大的問題。

2.2 配電網(wǎng)供電安全風(fēng)險評估流程

（1）首先需要將原始數(shù)據(jù)輸入。主要涉及到了元件停運率、網(wǎng)絡(luò)拓撲參數(shù)；元件磨損期，磨合期的相關(guān)參數(shù)以及天氣統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。此外還有元件惡劣天氣和良好天氣下的故障率風(fēng)機以及光伏模型參數(shù)。

（2）系統(tǒng)狀態(tài)抽樣包括元件狀態(tài)抽樣、風(fēng)速和光照強度抽樣、分布式電源狀態(tài)抽樣，反孤島設(shè)備狀態(tài)抽樣。

（3）系統(tǒng)狀態(tài)分析。如果分布式電源與部分負荷形成非計劃孤島形成非計劃孤島，根據(jù)非計劃孤島算法劃分非計劃孤島區(qū)域，計算非計劃孤島區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)潮流，統(tǒng)計系統(tǒng)各支路過負荷、各母線電壓越限情況。

2.3 不同分布式電源類型對系統(tǒng)運行風(fēng)險的影響

本文采用IEEE69節(jié)點輻射狀配電網(wǎng)作為算例。對于69節(jié)點系統(tǒng)，需要接入微型燃氣輪機、風(fēng)機、光伏電源各五臺，具體為7、20、31、48、67節(jié)點。各分布式電源額定出力的比值分別為2:3:1:3:1。探究滲透率分別為0.15、0.25、0.35、0.45、0.6時，分布式電源對系統(tǒng)的影響。仿真時間為30年。由于仿真中涉及隨機變量，結(jié)果存在不確定性，因此采用仿真9次求取平均值作為仿真結(jié)果。仿真結(jié)果如圖1所示。

圖1 69節(jié)點系統(tǒng)不同分布式電源類型接入下的系統(tǒng)風(fēng)險

在69節(jié)點系統(tǒng)中，當(dāng)接入5臺風(fēng)機時母線過電壓風(fēng)險最高，且風(fēng)險值隨分布式電源滲透率提高所增長的速度最快。當(dāng)滲透率為60%時達到最高為3.5。在分布式電源滲透率逐漸提高過程中電壓最穩(wěn)定的為5臺光伏電源接入下的情況，整體風(fēng)險值偏低且增長速度最慢。當(dāng)滲透率為60%時達到最高為0.22。從不同類型的分布式電源來看，風(fēng)電接入下系統(tǒng)的過負荷風(fēng)險低，光伏與微型燃氣輪機則始終處于較高位置。

風(fēng)機為PQ節(jié)點，對電壓無控制作用，其電壓僅與饋線壓降有關(guān)，隨著傳輸功率增高，饋線流過的逆功率大幅抬升上級系統(tǒng)至電源點間節(jié)點電壓，使得風(fēng)機接入下的系統(tǒng)過電壓風(fēng)險遠高于其他分布式電源。光伏有功出力存在隨機性，總體出力小于燃氣輪機，所帶負荷較少，更多負荷需要通過上級系統(tǒng)供電，造成了系統(tǒng)過負荷風(fēng)險較高。

3 接納能力預(yù)警分析

分布式電源節(jié)點主要為PV節(jié)點和PQ節(jié)點，分別將配網(wǎng)中五個分布式電源全部設(shè)置為PQ節(jié)點或PV節(jié)點，分析可知：透率下，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)DG節(jié)點全部為PV節(jié)點時，過電壓風(fēng)險降低。PV節(jié)點類型DG給定值是DG輸出有功和電壓幅值，這類分布式電源一般有足夠的可調(diào)無功容量，用來維持節(jié)點電壓恒定在給定值。所以PV類型的DG也相當(dāng)于向系統(tǒng)注入了一定的有功和無功，對節(jié)點電壓有一定的支撐作用，節(jié)點電壓越限的可能性降低。PV類型DG注入的無功由維持電壓所需的無功量決定，當(dāng)無功量大于一定限值(QMAX= 0.2)，則按照最大限值輸出。相比較于PQ類型DG，PV類型的DG會注入較多的無功，在有功相同的時，配網(wǎng)線路傳入的容量增大，則過負荷嚴重度增加。

結(jié)論：基于風(fēng)險評估方法采用IEEE69節(jié)點輻射狀配電網(wǎng)作為算例，分析不同類型分布式電源對配網(wǎng)綜合風(fēng)險的影響，計算線路過負荷風(fēng)險、母線電壓越限風(fēng)險以及負荷點停電風(fēng)險，并對三種風(fēng)險指標進行加權(quán)，最后通過配電網(wǎng)對不同類型分布式電源的接納能力預(yù)警分析實現(xiàn)配電網(wǎng)運行風(fēng)險的準確評價。