文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

最優(yōu)孤島劃分下含分布式電源配電網(wǎng)可靠性評(píng)估

吳杰康，顏少偉，葉練方，吳志山

(廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，廣東廣州510006)

Reliability Evaluation on Distribution Network with Distributed Generations Under Optimal Island OperationWU Jiekang，YAN Shaowei，YE Lianfang，WU Zhishan

(School of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)

摘要：隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，大量分布式電源引入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)的供電情況發(fā)生了很大的變化，對(duì)其故障自愈策略也越來(lái)越重視。本文在計(jì)及風(fēng)、光伏發(fā)電和負(fù)荷功率的隨機(jī)性的基礎(chǔ)上，建立最優(yōu)孤島劃分模型，找出配電網(wǎng)各負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)的計(jì)算方法，并使用蒙特卡洛對(duì)配電網(wǎng)可靠性進(jìn)行求解。最后通過(guò)對(duì)IEEE-RBTS BUS 6系統(tǒng)進(jìn)行分析，驗(yàn)證對(duì)含DG配電網(wǎng)采用最優(yōu)孤島劃分的意義和其對(duì)系統(tǒng)可靠性評(píng)估的影響。本文從供電可靠性的角度，對(duì)含DG配電網(wǎng)的孤島劃分進(jìn)行分析，為全面地評(píng)估含DG配電網(wǎng)供電可靠性和配電網(wǎng)故障自愈策略的制定提供了一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；分布式電源；最優(yōu)孤島劃分；可靠性評(píng)估；蒙特卡洛法

文章編號(hào)：1007-2322(2015)05-0066-07

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)

收稿日期：2014-09-16

作者簡(jiǎn)介：

Abstract：With the development of smart grid, a large number of distributed generations are connected to distribution network, which cause great changes in the power supply situation of distribution network, so the fault self-healing strategy is becoming more and more important. Based on the randomness characteristics of the load power, and wind and photovoltaic power generation, the optimal island partitioning model is built. In addition, the calculation method of reliability index on each load bus in distribution network is proposed, and the Monte Carlo method is used to solve the reliability index of distribution network. In the end, through analyzing the IEEE-RBTS BUS 6 system, the validity of the application of optimal island partitioning method to distribution network with DGs and its impact on reliability evaluation of distribution network are studied. In this paper, from the aspect of the power supply reliability, the island partitioning of distribution network with DGs is evaluated quantitatively, which provides certain theoretical basis for evaluating the power supply reliability of distribution network with DG and determining relative fault self-healing strategy.

Keywords：distribution network; distributed generation; optimal island partitioning; reliability evaluation; Monte Carlo method

0引言

隨著智能配電網(wǎng)的建設(shè)，各種信息和通信技術(shù)、電力電子技術(shù)和各種控制設(shè)備和分布式電源(distributed generation，DG)廣泛的應(yīng)用和接入配電系統(tǒng)[1]，對(duì)配電網(wǎng)可靠性產(chǎn)生了很大的影響[2-3]，其故障自愈控制和可靠性評(píng)估也越來(lái)越得到電力部門(mén)的重視，最優(yōu)孤島劃分就是故障自愈控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。

在含分布式電源的配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，局部區(qū)域以孤島形式存在[5]，僅由分布式電源(故障重構(gòu)后要考慮聯(lián)絡(luò)線路的影響)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)頻率和電壓控制，即實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功的平衡。由于配電系統(tǒng)中存在多種隨機(jī)變量[6](風(fēng)能、光伏、負(fù)荷等)，如果處理不當(dāng)，其可能出現(xiàn)的如下后果[7]：

① 分布式電源在故障情況下可能會(huì)不能運(yùn)行(需手動(dòng)啟動(dòng))，甚至損壞，需幾小時(shí)至幾天的時(shí)間進(jìn)行維修，造成供電中斷。

② 由于系統(tǒng)中有功或無(wú)功的平衡問(wèn)題，分布式電源不能提供較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和過(guò)載能力，而負(fù)荷和電源都隨時(shí)間變化，且有很大的波動(dòng)性，容易造成孤島內(nèi)開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率過(guò)高，對(duì)配電網(wǎng)的各種元件均造成傷害，嚴(yán)重影響負(fù)荷的供電可靠性。

故配電網(wǎng)尋找一種故障情況下的控制策略和可靠性評(píng)估方法，已經(jīng)成為一種需求。文獻(xiàn)[8]建立了孤島劃分模型，但是沒(méi)有考慮到分布式電源出力的隨機(jī)性、間歇性和負(fù)荷不確定性的問(wèn)題；文獻(xiàn)[9]對(duì)故障恢復(fù)策略進(jìn)行簡(jiǎn)述，并沒(méi)有具體對(duì)恢復(fù)策略進(jìn)行模型的建立；文獻(xiàn)[10]-[11]在計(jì)算配電系統(tǒng)可靠性的時(shí)候，使用DG供電概率進(jìn)行計(jì)算，沒(méi)有考慮配電網(wǎng)的控制設(shè)備和配電系統(tǒng)中隨機(jī)變量波動(dòng)的情況，存在著可靠性評(píng)估的不足。

本文在文獻(xiàn)[8]的啟發(fā)下，建立最優(yōu)孤島劃分模型，計(jì)及風(fēng)、光伏發(fā)電、電池和負(fù)荷功率的隨機(jī)性，建立含分布式電源供電用電的各種模型，并找出配電網(wǎng)可靠性的模型和評(píng)估方法，使用蒙特卡洛模擬法[12]進(jìn)行求解，最后通過(guò)IEEE-RBTS BUS 6系統(tǒng)加以分析，驗(yàn)證對(duì)含DG配電網(wǎng)采用最優(yōu)孤島劃分的意義和其對(duì)系統(tǒng)可靠性評(píng)估的影響。

1配電網(wǎng)電源和負(fù)荷模型

1.1風(fēng)/光伏機(jī)組出力模型

風(fēng)電、光伏發(fā)電在目前的配電網(wǎng)分布式電源中所占的比例較大，但是由于風(fēng)電、光伏機(jī)組出力受環(huán)境的影響較大，具有不確定性和間歇性[6]。

對(duì)于風(fēng)電分布式電源，其輸出有功功率Pwind與風(fēng)速vwind具有以下的數(shù)學(xué)關(guān)系[13]：

(1)

式中：vi為切入風(fēng)速；ve為額定風(fēng)速；vo為切出風(fēng)速；Pe為風(fēng)電機(jī)組額定輸出功率；a和b均為常數(shù)，其中，a=Pevi/(vi-ve)，b=Pe/(ve-vi)。

對(duì)于光伏發(fā)電機(jī)組，其輸出功率Psolar為[13]

(2)

式中：r為光照強(qiáng)度；A和η分別為光伏發(fā)電機(jī)組的面積和光電轉(zhuǎn)換效率。

一般情況下，風(fēng)速vwind近似服從威布爾分布，光照強(qiáng)度r近似服從貝塔分布。本文計(jì)算時(shí)，通過(guò)采樣區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速和日照強(qiáng)度，采樣周期為一年，頻率為每小時(shí)一次，取平均值。并記錄每小時(shí)的波動(dòng)情況。

1.2儲(chǔ)能電池時(shí)序狀態(tài)模型

參考文獻(xiàn)含DG配電系統(tǒng)常常安裝一定容量的儲(chǔ)能電池，其時(shí)序狀態(tài)的模型見(jiàn)[14]，本文由于計(jì)算需要，對(duì)儲(chǔ)能電池的狀態(tài)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，假設(shè)系統(tǒng)充分控制的前提下，根據(jù)其運(yùn)行特征(用于彌補(bǔ)其系統(tǒng)中隨機(jī)變量出力的波動(dòng)性和間歇性，改善電能質(zhì)量)，將其功率等效成如下公式(3)所示，

(3)

式中：Pcharge為儲(chǔ)能電池功率狀態(tài)；Pcmax為最大充電功率；Plmax為最大放電功率。

1.3恒功率電源出力模型

部分分布式電源具有出力恒定的特點(diǎn)(燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等)，一般可有下面公式表示其出力情況[15]，

(4)

式中：Pconstant為恒功率電源有功功率輸出；U和Ue為輸出電壓和端電壓；m和δ是功率控制參數(shù)。

1.4傳統(tǒng)負(fù)荷模型

在本文可靠性評(píng)估中，使用的負(fù)荷基于歷史數(shù)據(jù)，把負(fù)荷數(shù)據(jù)分成可預(yù)測(cè)部分和不可預(yù)測(cè)部分，通過(guò)記錄每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)8 760h的負(fù)荷數(shù)據(jù)，取每小時(shí)的平均值作為可預(yù)測(cè)部分，并記錄其每個(gè)小時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)程度，作為不可預(yù)測(cè)部分。

2含DG配電網(wǎng)故障下最優(yōu)孤島劃分

2.1目標(biāo)函數(shù)

對(duì)含DG配電網(wǎng)進(jìn)行故障情況下的最優(yōu)孤島劃分，在不同配電網(wǎng)指標(biāo)體系下，其控制的策略有所差異，根據(jù)常用的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)[16],可以用孤島內(nèi)供電功率最大或供電用戶數(shù)最多為目標(biāo)函數(shù)。考慮到配電網(wǎng)內(nèi)不同負(fù)荷點(diǎn)的重要程度不同，以孤島內(nèi)供電等值功率最大[17]為目標(biāo)函數(shù)時(shí)，其表達(dá)為

(5)

若以孤島內(nèi)供電等值有效用戶數(shù)最多為目標(biāo)函數(shù)時(shí)，具體如下：

(6)

式中：R為孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電的負(fù)荷點(diǎn)集合；wi為各負(fù)荷點(diǎn)的重要程度系數(shù)(分成3個(gè)等級(jí))；Pi負(fù)荷點(diǎn)所需供電功率；Ni為負(fù)荷點(diǎn)所接入用戶數(shù)。

2.2約束條件

對(duì)于孤島來(lái)說(shuō)，基本的供電情況和大規(guī)?；ヂ?lián)系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)問(wèn)題是影響孤島可靠運(yùn)行的主要問(wèn)題。分布式電源能不能給快速變化的負(fù)荷可靠地進(jìn)行供電，是孤島系統(tǒng)能否形成的重要因素。本文假設(shè)配電系統(tǒng)內(nèi)無(wú)功電源充足，只考慮有功的平衡問(wèn)題。通過(guò)控制孤島內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)和接入孤島的電源情況，使得孤島內(nèi)發(fā)電功率能夠滿足負(fù)荷的需求，使其頻率控制在可接受的范圍內(nèi)。

2.2.1孤島內(nèi)可調(diào)有功功率范圍

① 孤島內(nèi)恒功率電源發(fā)電情況

由公式(4)可以知道，通過(guò)改變參數(shù)m和δ，可以改變恒功率電源的出力情況。故恒功率電源有以下功率約束：

(7)

式中：Phmax為最大輸出功率；Phmin為最小輸出功率。

② 孤島內(nèi)隨機(jī)電源發(fā)電情況

由1.1可以知道，對(duì)于隨機(jī)出力的分布式電源，其輸出有功功率在某時(shí)間段內(nèi)的范圍為

(8)

計(jì)及儲(chǔ)能電池影響，隨機(jī)電源輸出有功功率在某時(shí)間段內(nèi)的范圍為

(9)

式中：Psf為隨機(jī)電源發(fā)電功率；Ps為隨機(jī)電源時(shí)平均發(fā)電功率；ΔPsmax為隨機(jī)電源最大功率波動(dòng)值；ΔPsmin為隨機(jī)電源最小功率波動(dòng)值。

對(duì)所形成的孤島區(qū)域進(jìn)行可調(diào)發(fā)電功率范圍的確定，應(yīng)當(dāng)盡量使得孤島內(nèi)綜合的有功功率在可調(diào)范圍內(nèi)變化。當(dāng)孤島內(nèi)隨機(jī)變量出力減少，需要由其內(nèi)部?jī)?chǔ)能電池或可調(diào)發(fā)電進(jìn)行功率補(bǔ)充，避免由于功率不足造成負(fù)荷開(kāi)關(guān)動(dòng)作；同理，當(dāng)隨機(jī)變量出力增加，需要進(jìn)行發(fā)電功率減少，避免由于功率過(guò)剩導(dǎo)致頻率不穩(wěn)。

對(duì)于孤島內(nèi)的電源情況進(jìn)行分析，可以得到孤島內(nèi)可調(diào)有功功率Pf范圍為

(10)

(11)

(12)

式中：Pfmax為島內(nèi)最大輸出功率；Pfmin為島內(nèi)最小輸出功；H為孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電的恒功率電源點(diǎn)集合；L為孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電的隨機(jī)電源點(diǎn)集合；a1為孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電的隨機(jī)電源的最大功率波動(dòng)值的同時(shí)率；a2為孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電的隨機(jī)電源的最小功率波動(dòng)值的同時(shí)率。

2.2.2孤島內(nèi)負(fù)荷功率需求范圍

根據(jù)1.4的數(shù)據(jù)可以得到孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電負(fù)荷需求的功率Pd范圍為

(13)

(14)

(15)

式中：PD為負(fù)荷點(diǎn)某時(shí)刻功率平均值；ΔPDmax為負(fù)荷點(diǎn)某時(shí)刻最大功率波動(dòng)值；ΔPDmin為負(fù)荷點(diǎn)某時(shí)刻最小功率波動(dòng)值；a3為孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電的負(fù)荷點(diǎn)的最大功率波動(dòng)值的同時(shí)率；a4為孤島內(nèi)所有能實(shí)現(xiàn)有效供電的負(fù)荷點(diǎn)的最小功率波動(dòng)值的同時(shí)率。

綜合以上的分析，當(dāng)滿足下面約束條件(16)~(21)時(shí)，孤島內(nèi)可正常持續(xù)供電：

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

考慮功率變化導(dǎo)致頻率變化的問(wèn)題，約束條件(17)、(18)應(yīng)表示成：

(22)

(23)

式中：k為負(fù)荷和網(wǎng)損總和系數(shù)，一般取1.05[18]；K為孤島內(nèi)有功負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)效應(yīng)；Δfmax為頻率最大偏移量；Δfmin為頻率最小偏移量；R1為孤島內(nèi)所有負(fù)荷點(diǎn)集合；H1為孤島內(nèi)恒功率電源點(diǎn)集合；L1為孤島內(nèi)隨機(jī)電源點(diǎn)集合。

2.3模型求解

由于重要負(fù)荷是故障時(shí)應(yīng)該考慮優(yōu)先供電，故其重要度程度值兩級(jí)的取值相差較大，且孤島內(nèi)有效供電功率范圍是有限的，針對(duì)這些特點(diǎn)，使用廣度優(yōu)先搜索進(jìn)行求解，減少搜索范圍，具體如下：

① 一般情況下，孤島內(nèi)的可調(diào)電源或電池應(yīng)當(dāng)全部投入，所以只需考慮隨機(jī)電源的投入情況，以機(jī)組為單位，遍歷所有的組合情況，去掉不可行方案，得出多個(gè)有效功率范圍集合；

② 確定孤島內(nèi)一級(jí)負(fù)荷的供電情況，判斷能夠由孤島內(nèi)的分布式電源供電；

③ 如果分布式電源不能提供一級(jí)負(fù)荷正常供電需要，可以根據(jù)差值情況，適當(dāng)減少，在一級(jí)負(fù)荷集合中遍歷所有情況，以(5)或(6)的目標(biāo)函數(shù)，得出所要的供電情況；

④ 如果功率仍有裕度，可對(duì)二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行類(lèi)似的分析；

⑤ 判斷二級(jí)供電情況，如果有需要，對(duì)三級(jí)負(fù)荷采用與二級(jí)負(fù)荷相同的方法，得出最終需要的R、H和L的集合作為最優(yōu)孤島劃分方案。

2.4含DG配電網(wǎng)在故障重構(gòu)后的劃分策略

(24)

(25)

(26)

3含DG配電網(wǎng)孤島運(yùn)行可靠性計(jì)算

3.1孤島運(yùn)行配電網(wǎng)可靠性模型

建立含分布式電源配電網(wǎng)的可靠性模型，需要對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)的停電情況進(jìn)行分析，已知配電網(wǎng)局部模型如圖1所示。

圖1　配電網(wǎng)局部模型

配電網(wǎng)停電主要是由于配電系統(tǒng)中各種元件故障導(dǎo)致的，其故障按元件位置可以分成主干線上元件故障和分支線上元件故障兩部分[19]。以下說(shuō)明各種故障的可靠性指標(biāo)的計(jì)算。

3.1.1主干線上元件故障可靠性指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)主干線上的分段開(kāi)關(guān)，可以把主干線分成n段，對(duì)配電網(wǎng)中任何一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，可以按位置將主干線元件故障情況分成上級(jí)、同級(jí)、下級(jí)故障，以圖1中負(fù)荷點(diǎn)A為例，

① 上級(jí)主干線元件故障時(shí)，由故障段相鄰的斷路器跳開(kāi)，故障段后面以孤島形式存在，已知負(fù)荷點(diǎn)A在孤島內(nèi)供電的概率為p1,可以得到其停電頻率λZS為

(27)

當(dāng)主干線上設(shè)有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，當(dāng)計(jì)及聯(lián)絡(luò)線后，負(fù)荷點(diǎn)A的供電概率為p2，可得其年平均停電時(shí)間UZS為

(28)

式中：LZS為上級(jí)主干線元件集合；γL為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間；λi和γi分別為元件故障率和元件故障修復(fù)時(shí)間。

② 同級(jí)的主干線上元件發(fā)生故障，同級(jí)的分支線上的斷路器跳開(kāi)，局部區(qū)域形成孤島，如圖1所示，負(fù)荷點(diǎn)A在這種情況下的供電概率為p3，可得其停電頻率λZT和年平均停電時(shí)間UZT分別為

(29)

(30)

式中：LZT為同級(jí)主干線元件集合。

③ 下級(jí)的主干線上元件發(fā)生故障，根據(jù)保護(hù)裝置的選擇性，故不考慮其影響。

3.1.2分支線上元件故障可靠性指標(biāo)計(jì)算

對(duì)于分支線上元件故障，已知只有接在同級(jí)主干線上的分支線上發(fā)生故障，才會(huì)對(duì)其造成影響，故分成同條分支線內(nèi)故障和不同分支線故障,以圖1中負(fù)荷點(diǎn)A所在的分支線區(qū)域?yàn)槔?/p>

① 同條分支線內(nèi)故障時(shí)，負(fù)荷點(diǎn)A處于停電狀態(tài)直至故障修復(fù)完成，其停電頻率λFN和年平均停電時(shí)間UFN分別為

(31)

(32)

式中：LFN為同條分支線內(nèi)元件集合。

② 不同分支線故障，如果該分支線上有斷路器，故障是由斷路器跳開(kāi)，負(fù)荷點(diǎn)A不受影響，沒(méi)有斷路器的情況，可等同于本級(jí)的主干線發(fā)生故障。其停電頻率λFW和年平均停電時(shí)間UFW分別為

(33)

(34)

式中：LFW為同級(jí)主干線不同分支線元件集合；p4為負(fù)荷點(diǎn)A在同級(jí)主干線不同分支線發(fā)生故障時(shí)的供電概率。

3.1.3孤島運(yùn)行配電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)

綜合上面所述，負(fù)荷點(diǎn)A的停電頻率λA、年平均停電時(shí)間UA和負(fù)荷點(diǎn)平均修復(fù)時(shí)間γA分別為

(35)

(36)

(37)

3.2孤島運(yùn)行配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法

基于上面所述的負(fù)荷點(diǎn)的可靠性模型，和第2.3、2.4節(jié)所使用的故障控制策略，采用蒙特卡洛模擬法對(duì)其進(jìn)行配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)求解，具體步驟如下：

① 根據(jù)第1節(jié)的內(nèi)容，對(duì)所要評(píng)估的配電網(wǎng)內(nèi)的各種分布式電源發(fā)電，負(fù)荷點(diǎn)用電的數(shù)據(jù)按每小時(shí)的情況和變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)時(shí)間為一年，并按月份和時(shí)間段進(jìn)行分類(lèi)儲(chǔ)存(因?yàn)榉植际诫娫春拓?fù)荷都會(huì)受到季節(jié)和時(shí)間的影響，故將統(tǒng)計(jì)好的數(shù)據(jù)按季節(jié)和某些時(shí)間段進(jìn)行分類(lèi)，提高評(píng)估的準(zhǔn)確性)；

② 按照3.1將配電網(wǎng)內(nèi)所有元件進(jìn)行歸類(lèi)，并找出各種元件集合，并統(tǒng)計(jì)各元件的故障率和故障修復(fù)時(shí)間；

③ 對(duì)步驟②中的每一種元件集合進(jìn)行故障分析，其故障下的運(yùn)行方式從步驟①中所儲(chǔ)存的類(lèi)中進(jìn)行隨機(jī)抽樣(在相同時(shí)間段的類(lèi)中)，并進(jìn)行最優(yōu)孤島劃分計(jì)算；

④ 對(duì)步驟③進(jìn)行多次隨機(jī)抽樣計(jì)算，求出配電系統(tǒng)中各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)在各種故障情況下的供電概率，帶入公式(27)~(37)進(jìn)行計(jì)算；

⑤ 綜合得到的配電網(wǎng)內(nèi)各負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，進(jìn)而求出各種配電網(wǎng)評(píng)估指標(biāo)。

4實(shí)例分析

4.1原始數(shù)據(jù)

圖2　含分布式電源配電網(wǎng)拓?fù)鋱D

本文在IEEE-RBTS BUS6主饋線F4的基礎(chǔ)上，加入分布式電源和一條聯(lián)絡(luò)線，改進(jìn)后的拓?fù)鋱D如圖2所示。已知該系統(tǒng)擁有負(fù)荷點(diǎn)23個(gè)，每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)都配有隔離開(kāi)關(guān)和熔斷器，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間為0.5h，有5臺(tái)斷路器和兩個(gè)分布式電源系統(tǒng)(接入情況如表1所示)，各種元件的可靠性情況如表2所示[20-21]，各饋線長(zhǎng)度和負(fù)荷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[21],風(fēng)速和日照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)以廣東省某地區(qū)分布式電源點(diǎn)的記錄值，負(fù)荷數(shù)據(jù)則根據(jù)其最大負(fù)荷功率按廣東省某市負(fù)荷點(diǎn)2011年的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化模擬得到。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速取5m/s，切入風(fēng)速為1m/s；光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率為13.44%。

表1　分布式電源接入系統(tǒng)情況

表2　系統(tǒng)電氣元件的可靠性參數(shù)

算例中主干線尾部接有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，其動(dòng)作時(shí)間為0.5h，為了方便計(jì)算，聯(lián)絡(luò)線另一端的拓?fù)鋱D與圖2類(lèi)似，只是不加入分布式電源，和不考慮故障情況，本文不計(jì)及聯(lián)絡(luò)線和聯(lián)絡(luò)線另一端的可靠性，只考慮聯(lián)絡(luò)線動(dòng)作后所能提供的功率情況。

4.2故障控制策略

根據(jù)4.1中的數(shù)據(jù)，結(jié)合1、2節(jié)的內(nèi)容，在案例中F2發(fā)生故障情況下，分別對(duì)配電網(wǎng)處于最大和最小運(yùn)行方式時(shí)進(jìn)行最優(yōu)孤島劃分(以有效供電功率為目標(biāo))，并對(duì)比文獻(xiàn)[21]中孤島劃分的情況，其結(jié)果如表3所示。

表3　故障下控制策略對(duì)比

由表3的數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于最大運(yùn)行方式下，最優(yōu)孤島劃分所能控制的負(fù)荷較小，而孤島劃分下，供電功率不能滿足負(fù)荷需要，容易造成孤島內(nèi)停電；在最小運(yùn)行方式下，由于功率較小，系統(tǒng)能夠較好地進(jìn)行供電，保證重要負(fù)荷不受停電干擾，在孤島劃分情況下，在最小運(yùn)行方式下又造成部分供電的浪費(fèi)。

4.3孤島劃分下可靠性指標(biāo)分析

對(duì)上述案例模型分別進(jìn)行不計(jì)DG和計(jì)及DG最優(yōu)孤島劃分下可靠性指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，其部分負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)和配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表4、表5所示。

表4　部分負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)

表5　系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

由上表可以看出，DG的接入能夠有效地改善配電網(wǎng)內(nèi)的供電可靠性，且在孤島劃分下各負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性有顯著提高，其孤島內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)等級(jí)越高，供電可靠性越好。

計(jì)及DG影響，配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)都有所改善。本文所提出的方法，是基于最優(yōu)孤島劃分下，能夠比較全面地反映配電網(wǎng)故障后設(shè)備合理動(dòng)作情況，使得供電可靠性的評(píng)估更加合理。

5結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合多種分布式電源、電池和負(fù)荷的變化特性，提出了最優(yōu)孤島劃分方案，并由此提出最優(yōu)孤島運(yùn)行下的含DG配電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法，得到以下結(jié)論：

① 最優(yōu)孤島劃分能有效保障配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源對(duì)隔離區(qū)域中的部分用戶實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電，提高配電網(wǎng)供電可靠性；

② 對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行最優(yōu)孤島劃分，有效提高分布式電源附近重要負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性；

③ 考慮配電網(wǎng)內(nèi)各種保護(hù)設(shè)備在故障情況下的最優(yōu)動(dòng)作情況，更加全面地評(píng)估含DG配電網(wǎng)的供電可靠性，為智能配電網(wǎng)供電可靠性評(píng)估和配電網(wǎng)故障自愈策略的制定提供了一定的理論依據(jù)。

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吳杰康(1965—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制，E-mail: wujiekang@163.com;

顏少偉(1988—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制,E-mail:751157507@qq.com;

葉練方(1987—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制,E-mail:412296306@qq.com;

吳志山(1992—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制,E-mail:402666488@qq.com。

(責(zé)任編輯：林海文)