熊小萍, 楊 露, 李 寧, 李正天

(1. 廣西大學電氣工程學院, 廣西壯族自治區(qū)南寧市 530004; 2. 華中科技大學電氣與電子工程學院, 湖北省武漢市 430074)

基于仿射最小路法的含分布式電源配電網(wǎng)可靠性分析

熊小萍1, 楊 露1, 李 寧1, 李正天2

(1. 廣西大學電氣工程學院, 廣西壯族自治區(qū)南寧市 530004; 2. 華中科技大學電氣與電子工程學院, 湖北省武漢市 430074)

大規(guī)模風電和光伏發(fā)電以分布式電源形式接入電力系統(tǒng),提高了配電網(wǎng)可靠性評估的復雜度。針對分布式電源輸出功率的隨機性問題,建立了基于馬爾可夫過程的發(fā)電機多容量狀態(tài)模型以模擬出力波動。在此基礎上,為克服區(qū)間最小路法過于保守的不足,提出了可以有效縮減區(qū)間范圍的仿射最小路法,該算法既考慮了配電網(wǎng)元件及負荷的原始參數(shù)不確定性,也計及了不確定變量之間的相關性。以IEEE-RBTS 母線6配電系統(tǒng)為例,分析瞬時故障對配電網(wǎng)可靠性的影響,并對所提出的模型和算法的合理性進行驗證。結果表明,仿射最小路法相比于區(qū)間最小路法,在可靠性指標計算方面具有更高的精準度,并且在系統(tǒng)不確定性越大時區(qū)間縮減效果越明顯,為實際工程中的可靠性評估及系統(tǒng)規(guī)劃設計提供了有力依據(jù)。

多容量狀態(tài)模型; 仿射最小路法; 瞬時故障; 分布式電源; 配電網(wǎng)可靠性

0 引言

分布式電源(DG)憑借其靈活度高、污染量小等優(yōu)點被越來越廣泛地引入配電網(wǎng)中,一方面改變了配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構和運行方式,另一方面也極大地影響了配電網(wǎng)的可靠性評估過程[1-3]。計劃性孤島的建立能夠保證配電網(wǎng)島內(nèi)負荷點獲得持續(xù)供電,然而傳統(tǒng)配電網(wǎng)的可靠性評估方式無法考慮到孤島運行的情況[4-6]。因此,如何在可靠性評估中兼顧DG輸出特性與配電網(wǎng)故障恢復方式的影響,已成為DG可靠性分析的熱點。

文獻[7]構建了含DG配電系統(tǒng)區(qū)域節(jié)點可靠性模型及相應的蒙特卡洛模擬算法。對于實際大規(guī)模系統(tǒng),模擬法相比于解析法的計算時間將顯著增加。文獻[8]基于改進的故障模式及影響分析法(FMEA)建立網(wǎng)絡分區(qū)簡化模型,評估不同運行模式下的微電網(wǎng)可靠性,但未考慮DG隨機輸出功率特性的影響。文獻[9]建立了孤島劃分數(shù)學模型,采用改進的最小路徑法分析了考慮孤島運行狀態(tài)的配電網(wǎng)供電可靠性。文獻[10]采用含DG配電系統(tǒng)可靠性的區(qū)間評估算法分析了原始參數(shù)不確定性的影響,但同時區(qū)間運算的相關性也帶來過估計問題。文獻[11]提出的改進區(qū)間方法一定程度上克服了解的超寬度問題,但由于反演公式的局限性,仍無法顯著提升區(qū)間精度。文獻[12]提出了一種考慮計劃停運的配電網(wǎng)可靠性分析方法。除此之外,大多數(shù)相關研究都只分析永久可修復故障的影響,由此本文將瞬時故障納入配電網(wǎng)可靠性的研究。

本文考慮DG輸出功率的隨機性和波動性,建立發(fā)電機多容量狀態(tài)模型,并根據(jù)輸出狀態(tài)計算孤島形成概率。進而,針對區(qū)間算法的過估計問題,提出以噪聲源標記參數(shù)相關性的仿射最小路法(affine minimal path method,AMPM)以縮減可靠性指標計算范圍。本文評估計及瞬時故障的IEEE-RBTS 母線6測試系統(tǒng)可靠性,對比分析文獻[9]的最小路點值法與區(qū)間最小路法、仿射最小路法的結果,驗證了本文提出的仿射最小路法可更準確地計算含DG配電網(wǎng)可靠性區(qū)間指標。

1 DG隨機出力模型

1.1 DG多容量狀態(tài)模型

以風能、太陽能為主的DG易受環(huán)境、天氣等因素的影響,其出力水平也將呈現(xiàn)隨機性波動。由于系統(tǒng)組成單元的工作時間和恢復時間皆服從指數(shù)分布,可用馬爾可夫隨機過程描述含DG配電網(wǎng)由故障狀態(tài)至恢復狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型可以用較少的狀態(tài)數(shù)代替時間序列分析,從而有效地減少計算量[13]。風力、光伏發(fā)電機組通常具備模塊化結構,其中一些小發(fā)電模塊組合運行以達到額定功率。本文將隨機出力的DG視為一個具有若干容量狀態(tài)的發(fā)電機,假設包含全額發(fā)電、兩個降額運行以及全額停運四個狀態(tài)[14]。并以各狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移概率表征DG出力的波動,進而通過馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移法求出各容量狀態(tài)概率。系統(tǒng)在狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中具有無后效性,即它在tn時刻的狀態(tài)僅與tn-1時刻的狀態(tài)相關,而與時刻tn-1以前所處的狀態(tài)無關。采用Si表示第i個輸出功率水平(S1>S2>S3>S4),aij表示輸出功率從Si轉(zhuǎn)移到Sj的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。所建立的發(fā)電機多容量狀態(tài)模型如圖1所示。由于只考慮DG運行期間出力的時序性隨機變化,因此全額運行狀態(tài)與全額停運狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)移過程忽略不計。

圖1 發(fā)電機多容量狀態(tài)模型Fig.1 Generator model with multi-capacity states

以矩陣A′表示DG的馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。根據(jù)圖1的狀態(tài)空間,可以得到系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣為:

(1)

對于狀態(tài)有限且遍歷整個系統(tǒng)的馬爾可夫鏈,在進入穩(wěn)態(tài)后其概率分布呈現(xiàn)平穩(wěn)分布。設DG各出力水平的瞬時狀態(tài)概率為Pi(t),i=1,2,3,4。t時刻的瞬時狀態(tài)概率Pi(t)極限Pi組成了各出力水平的平衡概率向量Ps=[P1,P2,P3,P4],即

[P1,P2,…,Pi]

(2)

PsA′=Ps

(3)

則平衡概率向量Ps滿足如下線性方程組:

(4)

由此求得DG的功率水平S1,S2,S3,S4相應的概率P1,P2,P3,P4。

DG輸出功率的大小決定了其供電負荷的數(shù)量與孤島劃分的范圍。根據(jù)上述DG多容量狀態(tài)模型,應結合實際輸出功率水平,以孤島內(nèi)的等值有效負荷之和最大為目標函數(shù),采用廣度優(yōu)先搜索法對系統(tǒng)進行孤島劃分[15]。

1.2 孤島形成概率

由于DG的隨機出力不能時刻滿足孤島內(nèi)的負荷需求,在分析配電網(wǎng)可靠性時應考慮該孤島維持持續(xù)供電的概率。為解決上述問題,本文采用短期分析法(short-term analysis)將考察的時間范圍劃分為多個相同間隔的時段,假定DG和負荷的日功率特性不變,而在一天之內(nèi)負荷的需求和DG的出力呈現(xiàn)隨機性變化。分析判定各時段的出力和負荷需求是否匹配,并判斷孤島能否形成。

將該時間范圍分成N個較短的時間間隔,每個時間間隔設為Tj。在Tj時間間隔內(nèi)孤島持續(xù)供電的概率取決于兩個因素:①DG在Tj內(nèi)的輸出功率Sj大于負荷功率需求Lj的概率,用Pa表示;②DG保持其輸出Sj并不會在Tj時間段下降,形成一個穩(wěn)定孤島的概率,用Pb表示。孤島形成概率的公式可表示為:

PLPx,j=PaPb=P(Sj>Lj)P(SD≥Sj)PD=

P(Sj>Lj)P(SD≥Sj)[1-(λ++λ-)]

(5)

式中:SD為DG當前的出力;P(SD≥Sj)為DG實時出力不跌落的概率,但仍有可能產(chǎn)生波動甚至改變孤島劃分;PD為既不向高等級轉(zhuǎn)換又不向低等級轉(zhuǎn)換,即維持穩(wěn)定出力不變的概率;λ+和λ-分別為DG輸出功率向高水平、低水平轉(zhuǎn)化的概率;Pb為根據(jù)自身參數(shù)及特性DG輸出某一電量的概率。在Pa的計算中,Lj可由負荷特性曲線得到,然后利用給定的DG功率分布函數(shù)求出Sj大于Lj的概率即可。

根據(jù)上式計算各個時間段內(nèi)的孤島形成概率,將所討論時間范圍內(nèi)的N個時間間隔的孤島形成概率加權平均,即

(6)

最終得到此時間范圍內(nèi)該孤島形成概率的平均值,用以進一步計算孤島內(nèi)元件及負荷的可靠性指標。此方法所劃分的時間間隔越小,所得孤島形成概率的精準度越高。

2 仿射最小路法

2.1 最小路原理

最小路法屬于評估配電網(wǎng)可靠性的解析法之一,其核心思想是:針對各個負荷點的尋求最小路,將系統(tǒng)元件按照是否在最小路內(nèi)進行分類。把最小路以外元件的可靠性參數(shù)折算到對應的最小路內(nèi)的節(jié)點上,進而計算該最小路內(nèi)元件及節(jié)點的可靠性指標[16]?？紤]到DG孤島劃分的情況,最小路法的處理原則如下。

1)對于最小路上的元件:一旦孤島內(nèi)的元件發(fā)生故障則導致負荷點停電,將其原始參數(shù)計入可靠性指標運算中。在孤島外且主饋線上具備分段裝置的元件發(fā)生故障時,該負荷點的停運時間計為max{tG,tF},其中tG為孤島形成需要的倒閘操作時間,tF為分段裝置的操作時間。

2)對于非最小路上的元件:根據(jù)配電網(wǎng)拓撲結構,基于串聯(lián)等效法將元件的可靠性參數(shù)折算到對應的最小路內(nèi)的節(jié)點上。以圖2簡單含DG配電網(wǎng)為例,當求取負荷點LP2的最小路后,可將支路a的影響折算到節(jié)點A上,主饋線c,d和相應的負荷點LP3,LP4的影響折算到節(jié)點B上。根據(jù)節(jié)點A,B的等效值進一步針對此最小路計算LP2的可靠性指標。

圖2 簡單含DG配電網(wǎng)結構圖Fig.2 Framework diagram of a simple distribution network with DG

最小路法既考慮了分支線保護、隔離開關、分段斷路器的影響,又可根據(jù)DG供電情況加以改進。計算負荷點i的可靠性指標需考慮主饋線和DG的二重故障,其故障停運率λi、平均故障修復時間γi和年平均停電時間Ui折算公式如下:

(7)

(8)

Ui=λiγi

(9)

式中:λD和γD分別為DG的故障率和故障平均停電持續(xù)時間;λS,k和γS,k分別為第k段饋線的故障率和故障平均停電持續(xù)時間;ND為位于DG及負荷點前面的主饋線數(shù)。

2.2 考慮參數(shù)不確定性的區(qū)間算法

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

在區(qū)間運算中,加法與減法、乘法與除法并不互為逆運算,即使將兩個相等區(qū)間數(shù)相減也不等于0,相除也不等于1。這個性質(zhì)稱之為區(qū)間運算的“不獨立性”,極有可能導致計算結果的擴大,引發(fā)過估計問題。

2.3 提高區(qū)間精度的仿射算法

針對區(qū)間運算的過估計問題,采用仿射算法改進配電網(wǎng)可靠性計算過程[18]。定義一個量x的仿射型為:

〈x〉=x0+x1ε1+x2ε2+…+xnεn

(15)

式中:εi∈[-1,1]為相互獨立且數(shù)值未知的噪聲元,是仿射量〈x〉的所有不確定性元素之一;x0為〈x〉的中心值;xi∈R為對應于εi的偏增量,是相應的實系數(shù)。

區(qū)間型與仿射型可進行相互轉(zhuǎn)換,將式(15)仿射型變換成區(qū)間型為:

[x]=[x0-rx,x0+rx]

(16)

式中:rx=|x1|+|x2|+…+|xn|。

(17)

由于噪聲元的標記作用,仿射運算盡可能地保留各個計算量的相關性,然而區(qū)間運算將導致大量信息丟失。仿射型的運算規(guī)則如下:

〈x〉±〈y〉=(x0±y0)+(x1±y1)ε1+

(x2±y2)ε2+…+(xn±yn)εn

(18)

c±〈x〉=(c±x0)+x1ε1+x2ε2+…+xnεn

(19)

c〈x〉=(cx0)+(cx1)ε1+(cx2)ε2+…+(cxn)εn

(20)

(21)

除法〈x〉/〈y〉相當于求解〈x〉×(1/〈y〉),假設已知〈y〉的區(qū)間數(shù)為[a,b],其中

(22)

由于上述除法運算中會出現(xiàn)復數(shù)項,考慮將實數(shù)域的仿射型擴充至復數(shù)域[19]。在復數(shù)域的仿射運算中,加、減法及乘法的運算規(guī)則可類比于實數(shù)域,對于除法,有

(Re〈x〉+jIm〈x〉)(Re〈y〉-jIm〈y〉)·

(23)

(24)

反之,一個復數(shù)域仿射表達式也可以轉(zhuǎn)化成相應的方形復區(qū)間數(shù)形式:

x=xRe+jxIm=

(25)

在仿射數(shù)轉(zhuǎn)換為區(qū)間數(shù)的過程中,會丟失噪聲元標記信息。由此,仿射數(shù)可以看做是增加了信息的區(qū)間數(shù),與區(qū)間算法相比較具有保守性更小的優(yōu)勢。

復仿射算法與蒙特卡洛法相比的計算結果盡管較為保守,卻能夠防止越限情況的出現(xiàn),且計算速度快是其主要優(yōu)勢。采用仿射最小路法既可以在區(qū)間算法基礎上提升計算精度,又能夠嚴密地計及原始參數(shù)誤差,更適用于工程實際。

3 含DG的配電網(wǎng)可靠性評估

3.1 計及瞬時故障的可靠性指標計算

中國配電系統(tǒng)的結構是“閉環(huán)設計,開環(huán)運行”的輻射型網(wǎng)絡[20]。在配電線路事故跳閘次數(shù)中,約有80%次跳閘出于雷擊引起單相及兩相接地故障,通常自動重合閘動作成功即可立刻恢復送電,此類故障稱為瞬時故障。當發(fā)生瞬時故障斷路器跳閘,線路的絕緣性能得到恢復后,斷路器便能夠再次合閘,因此電力系統(tǒng)供電可靠性得到提升。

在計算可靠性指標的過程中,首先將配電網(wǎng)中元件j的故障停運率λj′、平均故障修復時間γj′、檢修停運率λj″、平均檢修時間γj″、瞬時故障率λj?、平均瞬時故障修復時間γj?按一定比例誤差呈現(xiàn)為區(qū)間形式,再按式(17)分別轉(zhuǎn)化為仿射形式。由于電源至負荷點間的全部元件呈串聯(lián)關系,對于n個可修復元件組成的串聯(lián)系統(tǒng),其故障率〈λs〉、每次故障平均停電持續(xù)時間〈γs〉和年平均停電持續(xù)時間〈Us〉可等效為:

(26)

〈γs〉=

(27)

〈λj?〉×〈γj?〉)

(28)

當主饋線和DG同時故障才會引起所在孤島停電,在孤島范圍內(nèi)負荷點的故障率與平均修復時間需按二階故障進行計算?？紤]到式(6)中的孤島形成概率PLPx,孤島內(nèi)負荷點m的故障率與停電時間應計算為:

〈λm〉=PLPx×〈λp〉+(1-PLPx)×〈λq〉

(29)

〈λm〉=PLPx×〈λp〉+(1-PLPx)×〈λq〉

(30)

式中:〈λp〉和〈γp〉分別為沒有計及孤島形成概率的孤島內(nèi)負荷點的故障率和故障持續(xù)時間;〈λq〉和〈γq〉分別為未考慮孤島作用下系統(tǒng)內(nèi)負荷點的故障率和故障持續(xù)時間。

進而,根據(jù)圖2的隨機電源模型計算出DG各個輸出狀態(tài)對應的概率Pi,則考慮DG隨機輸出特性的孤島內(nèi)負荷點n可靠性指標分別計算如下:

〈λn〉=Pi×〈λm〉+(1-Pi)×〈λq〉

(31)

〈λn〉=Pi×〈λm〉+(1-Pi)×〈λq〉

(32)

3.2 含DG的配電網(wǎng)可靠性評估流程

步驟1:設置系統(tǒng)各元件參數(shù)的區(qū)間數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換為仿射形式。

步驟2:計算DG隨機功率模型的各容量狀態(tài)概率Pi。

步驟3:采用廣度優(yōu)先搜索法確定孤島劃分,并計算孤島形成概率。

步驟4:對負荷點k=1進行搜索。

步驟5:求各對應負荷節(jié)點的最小路,分別對考慮與未考慮孤島作用的最小路上的設備進行等值計算。

步驟6:把最小路以外元件的可靠性參數(shù)折算到對應的最小路內(nèi)的節(jié)點上。

步驟7:在計及孤島形成概率與DG隨機出力的基礎上,計算負荷點可靠性指標。

步驟8:負荷點標號k加1,判斷k是否大于系統(tǒng)負荷點數(shù)量l,若是則轉(zhuǎn)步驟9,否則轉(zhuǎn)步驟4。

步驟9:計算系統(tǒng)可靠性指標。

步驟10:將仿射形式的各負荷點可靠性指標、系統(tǒng)可靠性指標轉(zhuǎn)換為區(qū)間形式。

4 算例分析

4.1 可靠性測試系統(tǒng)

本文評估IEEE-RBTS 母線6測試系統(tǒng)[21]主饋線F4的可靠性,將2個額定功率分別為0.5 MW和1 MW的DG安裝在饋線20和29處,基于等值有效負荷最大的目標函數(shù)進行最優(yōu)孤島劃分如圖3所示。此配電網(wǎng)包含30條線路、23個負荷點、23個熔斷器、23臺配電變壓器、21個隔離開關以及5個斷路器。假設隔離開關的平均動作時間為1 h,瞬時故障平均持續(xù)時間為5 min,忽略自動重合閘操作時間。系統(tǒng)內(nèi)設備可靠性原始參數(shù)見附錄A表A1。系統(tǒng)的線路參數(shù)和負荷數(shù)據(jù)見文獻[21]。

4.2 DG隨機出力參數(shù)

采用C++6.0語言編制仿射最小路法,通過參考標準模板庫建立復仿射數(shù)類Complex Affine,以實現(xiàn)可靠性參數(shù)的復仿射運算。接入測試系統(tǒng)的兩個DG由相同的發(fā)電單元組成,根據(jù)上述DG隨機出力模型,由發(fā)電機組各狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移概率求得兩個DG相同的容量概率見附錄A表A2。其中,輸出功率轉(zhuǎn)化為額定容量占比,累積概率是DG發(fā)電量大于實際出力的概率。設定短期分析法的研究期限為1 a,時間間隔Tj的長度為1/6 a,基于各季度DG發(fā)電量和負荷需求的歷史數(shù)據(jù),分析容量匹配及孤島形成情況。

圖3 含恒定功率DG的配電網(wǎng)可靠性測試系統(tǒng)Fig.3 Reliability testing system for distribution network with DGs of constant power

4.3 算法對比分析

本文分別采用以下4種方法進行算例分析,通過對比數(shù)據(jù)結果,分析計及瞬時故障與否和采用不同算法對可靠性評估帶來的影響。

方法1:未計及瞬時故障,基于文獻[9]最小路點值法求解含DG可靠性指標。

方法2:計及瞬時故障,采用最小路點值法求解含DG可靠性指標。

方法3:計及瞬時故障,采用區(qū)間最小路法求解含DG可靠性指標。

方法4:計及瞬時故障,采用仿射最小路法求解含DG可靠性指標。

1)負荷點可靠性指標

為了計及原始數(shù)據(jù)的不確定性,將系統(tǒng)中各元件的可靠性參數(shù)取5%的統(tǒng)計誤差。分別采用上述4種方法計算測試系統(tǒng)負荷點的可靠性指標如表1所示,對比所得數(shù)據(jù)分析仿射最小路法的準確性及收斂效果。

表1 負荷點可靠性指標對比Table 1 Comparison of reliability indices for load points

2)系統(tǒng)可靠性指標

將原始數(shù)據(jù)誤差范圍分別設定為2%,5%,8%,計算系統(tǒng)可靠性指標如表2和表3所示,包括系統(tǒng)平均停電頻率指標(SAIFI、)系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標(SAIDI)、用戶平均停電持續(xù)時間指標(CAIDI)以及平均供電可用率指標(ASAI)。表中:σ為原始參數(shù)不確定性。對比數(shù)據(jù)結果,分析計及瞬時故障對系統(tǒng)可靠性的影響,以及在原始數(shù)據(jù)取不同誤差下,仿射最小路法相比于區(qū)間最小路法的區(qū)間收斂效果。

表2 方法1和方法2的系統(tǒng)可靠性指標對比Table 2 Comparison of reliability indices for system between method 1 and method 2

表3 方法3和方法4的系統(tǒng)可靠性指標對比Table 3 Comparison of reliability indices for system between method 3 and method 4

對比分析表1所示的采用不同方法算出的負荷點可靠性指標可得:通過最小路法算得的所有點值均落在仿射最小路法相應的區(qū)間值內(nèi),體現(xiàn)了該方法的可行性;由于仿射最小路法使用噪聲源計及運算的相關性,其計算結果均包含于區(qū)間最小路方法的結果之中,且比區(qū)間算法范圍更小,體現(xiàn)了該方法的精準性;本算法在提高區(qū)間精度的基礎上,充分考慮了DG的隨機功率特性,能夠體現(xiàn)DG接入對配電網(wǎng)可靠性的影響,從而在工程方面更加具有實用性和可操作性。

考慮瞬時故障后,觀察表2所示的方法1、方法2計算的系統(tǒng)可靠性指標點值可知，相比于文獻[9]未計及瞬時故障的最小路點值法,方法2中瞬時故障率的計入,使得系統(tǒng)平均停電頻率指標增大。由于瞬時故障的恢復時間極小,系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標的漲幅并不大。然而,系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標和平均供電可用率指標有所下降,說明在計及瞬時故障下含DG配電網(wǎng)可靠性整體有所提高,更符合電力系統(tǒng)運行的實際情況。

區(qū)間最小路法和仿射最小路法都以測試系統(tǒng)可靠性原始參數(shù)的2%,5%,8%的誤差范圍,計及原始參數(shù)的不確定性。兩種方法計算的區(qū)間值均包含了點值,由此推斷當系統(tǒng)實際參數(shù)不越出設定誤差范圍,可靠性指標將不超出算得的區(qū)間。表1、表2中仿射最小路法相對于區(qū)間最小路法得到的區(qū)間更窄,反映了由于區(qū)間算法的不獨立性帶來的過估計問題。表2中的區(qū)間縮減率精度提升效果,直觀反映了區(qū)間算法導致的區(qū)間擴大情況。并且原始參數(shù)的誤差范圍越大,過估計現(xiàn)象越嚴重,仿射最小路法較區(qū)間最小路法的區(qū)間縮減率越高。由此可得,計及的原始參數(shù)不確定性程度越大,采用仿射最小路法的可靠性計算精度越高,所得計算區(qū)間范圍更具實際參考價值。

5 結語

電力系統(tǒng)運行經(jīng)驗表明,瞬時故障在配電網(wǎng)故障總次數(shù)中的占比不容忽視,全面評估含DG的配電網(wǎng)可靠性時理應考慮瞬時故障的影響。本文考慮配電系統(tǒng)內(nèi)的原始參數(shù)不確定性,針對區(qū)間最小路法的過估計問題,提出了可有效縮減可靠性指標取值范圍的仿射最小路法,以評估計及瞬時故障的含DG配電網(wǎng)可靠性。得出以下結論:計及瞬時故障后,系統(tǒng)平均停電頻率指標明顯增大,但系統(tǒng)整體的可靠性較未考慮瞬時故障時有所提升,符合電力系統(tǒng)運行的實際情況。仿射最小路法比區(qū)間最小路法能夠更為精準地計算可靠性區(qū)間指標,且原始參數(shù)誤差越大,其精準度越高,在工程實際的應用中更顯優(yōu)勢。

本文的DG多容量狀態(tài)模型具有一定的普適性,未能充分體現(xiàn)不同發(fā)電類型的隨機輸出特性差異。對于單一DG類型的可靠性計算,可結合所受環(huán)境因素影響的隨機輸出特性具體分析。在此基礎上,如何將DG、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等視為整體,建立微電網(wǎng)形式的可靠性評估模型,是新型配電系統(tǒng)可靠性分析的研究方向。

附錄見本刊網(wǎng)絡版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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Reliability Analysis of Distribution Network with Distributed Generators Based on Affine Minimal Path Method

XIONGXiaoping1,YANGLu1,LINing1,LIZhengtian2

(1. College of Electrical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. School of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

Wind power and photovoltaic generation in large scale is connected to the distribution network in the form of distributed power supply, which increases the complexity in the reliability assessment of the distribution network. A multi-capacity state model of the generator based on the Markov process is developed to simulate the output fluctuation in face of the randomness of the distributed power output. In order to avoid the over-estimation problem of the interval minimum method, an affine minimal path method is proposed to effectively reduce the range of calculation results. This algorithm considers not only the original parameter uncertainties for components and the load points in the distribution network, but also the correlation between the uncertain variables. With the IEEE-RBTS BUS 6 power distribution system as an example, the rationality of the proposed model and algorithm is verified, and the influence of transient fault on the reliability evaluation of the system is analyzed. The result shows that the affine minimal path method has higher accuracy than the interval-minimum method in calculating the reliability index. The greater the uncertainty of the system is, the more obvious will the effect of interval reduction appear, which provides a reliable basis for reliability evaluation and system planning and design in actual engineering.

This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51577077).

multi-capacity state model; affine minimal path method; transient fault; distributed generator; distribution network reliability

2016-12-23;

2017-04-01。

上網(wǎng)日期: 2017-06-14。

國家自然科學基金資助項目(51577077)。

熊小萍(1979—),女,博士,副教授,碩士生導師,主要研究方向:數(shù)字化變電站系統(tǒng)可靠性分析、通信技術在電力系統(tǒng)中的應用、基于IEC 61850的變電站自動化系統(tǒng)。E-mail：xxp001@sina.com

楊 露(1993—),女,通信作者,碩士研究生,主要研究方向:分布式發(fā)源可靠性分析。E-mail: yangluchn@163.com

李 寧(1992—),男,碩士研究生,主要研究方向:分布式發(fā)電和配電網(wǎng)配置。E-mail: lndeyx@126.com

(編輯 孔麗蓓)