研究生课程考核试卷 （适用于课程论文、提交报告） 科 目： 电力系统可靠性 教 师： 谢开贵 姓 名： 甘国晓 学 号： 20121102039t 专 业： 电气工程 类 别： 学术 上课时间： 2013 年 3 月至2013 年 4 月 考 生 成 绩： 卷面成绩 平时成绩 课程综合成绩

阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院制 1

含微电网的配电网可靠性评估综述 摘要：微电网的接入影响了配电网可靠性的同时，也会给配电王的可靠性评估带来新的问题。本文从微电网的可靠性评估模型和可靠性评估指标两方面分析了微电网可靠性评估的研究现状，总结了微电网可靠性评估的两种主要方法：解析法和模拟法。在此基础上，指出了含微电网的配电系统可靠性评估可能发展的研究方向。 关键词：分布式发电；微电网；可靠性评估；评估方法

1. 引言 随着人类面临的能源紧缺、环境恶化等问题日趋严重，世界各国纷纷将目光投向一种清洁、环保、经济的能源——分布式电源。分布式发电 (distributed generation, DG)指靠近用户，为满足某些终端用户的需求，功率为从几千瓦到 50MW的小型模块式、与环境兼容的独立电源，主要包括风力发电场、燃料电池、微型燃气轮机、光伏电池、地热发电装置、储能装置等。 随着DG及其系统集成技术日趋成熟，单位千瓦电能生产价格的不断下降以及政策层面的有力支持，分布式发电技术正得到越来越广泛的应用。但是，随着分布式发电渗透率的增加，各种DG的并网发电对电力系统的安全稳定运行提出了新的挑战，要实现配电网的功率平衡与安全运行，并保证用户的供电可靠性和电能质量也有很大困难[1]。为此，有学者提出了微电网的概念。微电网将DG、负荷、储能装置及控制装置等有机结合并接入到电网中[2]；微电网一般接入到配电系统中，它既可与电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行，它的灵活运行方式可以实现DG的接纳及与电网的互相支撑，同时也极大地影响了配电系统的可靠性，增加了配电网可靠性评估的复杂性。 本文将总结含微网的新型配电系统可靠性评估的研究进展，列举微电网可靠性评估的主要方法，并在此基础上指出含微电网的配电系统可靠性评估可能发展的研究方向。 2. 含微电网的配电网可靠性评估研究现状

微电网是一个完整的发、配电子系统，随着微电网接入配电网，配电网将由传统的单电源辐射状变成一个遍布电源和负荷的新型配电网，增加了配电网潮流的不确定性，从而对系统的运行和控制产生了一系列的影响，配电系统可靠性的评估理论与方法也将发生变化。目前，含微电网的配电网可靠性评估的研究刚刚起步，现有研究的进展有以下方面[3]。 2

2.1 微电网可靠性评估模型 对含微型电网的配电系统进行可靠性评估，一些研究将微电网简化为一个或多个分布式电源，通过建立DG的可靠性模型，考虑含DG的配电系统可靠性[4-6]。这些较多关注DG本身，没有考虑DG与配网间的相互影响，没有将DG、储能、负荷以及保护控制装置作为整体以微电网形式建立可靠性评估模型。目前，已经有学者针对这方面的问题进行了一些研究。文献[7]研究了光伏发电和风力发电出力的随机特性，建立了分布式电源和储能联合发电系统的可靠性模型，在此基础上基于蒙特卡罗时序模拟方法，提出了含微网的配电网可靠性评估算法。文献[8]在建立了风机、光伏阵列、负荷和蓄电池的时序模型和状态转移模型的基础上，对系统中的非电源元件进行序贯抽样，而对风光蓄元件进行非序贯抽样，对不同情境下的系统可靠性水平进行了对比分析。文献[9]结合微网中的间歇性DG和储能装置，建立微网风光储联合发电模型，在故障枚举思想基础上将其与微网的组网和重构相结合，形成含微网的多电源新型配电系统可靠性评估的模型。文献[10]基于风机的时序概率模型，并考虑可再生能源的渗透水平提出了分段价格的配电网模型，在此基础上提出了考虑需求响应因素的负荷可靠性模型，同时提出了考虑微电网运行模式的储能设备充放电管理模型，应用序贯蒙特卡洛法和最小路法对含微电网的可靠性评估。 但上述研究也并非以完整意义上的微电网形式建立可靠性评估模型，建立能够准确表述微电网特性的可靠性模型，还需要进一步的研究。 2.2 微电网可靠性评估指标

传统配电网可靠性指标有：系统平均停电频率指标（SAIFI）、用户平均停电频率指标（CAIFI）、系统平均停电持续时间（SAIDI）、用户平均停电持续时间（CAIDI）、平均供电可用率指标（ASAI）、期望缺供电量（EENS）等指标。微电网一般以配电网为基础进行组网，从用户和系统可靠性的角度来看，可引用传统配电网可靠性指标。但是，仅仅引用配电系统可靠性指标进行微电网可靠性评估分析具有局限性，必须根据微电网的特性，研究微电网可靠性评估指标。 文献[11]为了更好地评价微电网接入后对配电系统可靠性的影响，定义2个新型可靠性指标：微电网对SAIDI的贡献系数，微电网对EENS的贡献系数。文献[12]从等值模型、间歇性DG出力、储能装置特性、孤岛运行状态以及效益等方面进行分析，提出了公共连接点等效停运率和微电网等值电源/负荷可靠性指标、间歇性DG可靠性指标、微电网孤岛运行可靠性指标和微电网效益指标等四个方面的可靠性评估指标。文献[13]为弥补现有指标，衡量影响微电网运行的特性，提出了孤岛运行可靠性，反映微网中DG和负荷特性，微电网经济性和基 3

于的用户可靠性四个方面的评估指标。微电网可靠性指标研究是微电网可靠性评估的先决条件，上述研究为微电网可靠性指标体系的建立进行了有益探索。 3. 含微电网的配电网可靠性评估方法

含微电网的配电网可靠性评估方法和简单配电网的可靠性评估类似，主要有解析法和模拟法[14]。 3.1 解析法

解析法基于元件的可靠性模型，通过对系统故障进行枚举实现，模型准确、原理简单，而且便于针对不同元件性能对配电网可靠性的影响进行分析，但由于系统的故障状态数随着系统元件数量的增加成正比增长，故当系统较大时，系统的故障状态将很多，计算量将相当大。另外，目前可再生能源发电的模型还不成熟，要建立合适的模型才能得到准确的数值解，否则计算结果是不合理的。解析法主要有：故障模式后果分析法、最小路法、最小割集法等。 3.1.1 故障模式后果分析法 故障模式后果分析法 (failure mode and effect analysis, FMEA)，首先枚举所有可能的失效事件，然后利用元件可靠性数据建立故障模式后果表，分析每个故障事件及其后果，综合形成可靠性指标。文献[15]在传统配电网故障模式影响分析(FMEA)过程中引入了馈线容量约束，结合微电网的结构特征和功能特点，分别从故障位于微电网外部和内部两方面阐述了其FMEA 过程，并给出了计算机评估流程。文献[16]考虑DG的特性确定其类型和运行模式，对传统FMEA法进行改进，用于含DG的配电网可靠性评估。故障模式后果分析表由人工列出，故当系统结构复杂时，由于故障模式太多，故障模式后果表的建立将十分复杂，使用该方法将很困难。 3.1.2 最小路法 最小路是指负荷点到电源的最短通路。最小路法的基本思想是先求各负荷点的最小路，再分别考虑最小路上的元件和非最小路上的元件对负荷点可靠性的贡献[11]。文献[17]在进行网络空间拓扑分析的基础上，以改进的最小路搜索算法为基础，结合微电网的功率控制模式、网络结构与运行特点，进行了含微电网的配电网可靠性评估。文献[18]结合DG孤岛运行方式，将整个配电系统拓扑结构进行矩阵化处理，采用最小路法对含DG的配电网可靠性进行了评估。但是，当系统复杂时，求取各负荷点的最小路要花费大量的时，计算量大难于做到快速评估。 3.1.3 最小割集法 最小割集是指导致系统失效的元件集合的最小子集，即只要集合中任一元件未失效，系统就不会失效的一种割集；只有最小割集中的所有元件失效才能造成 4

系统失效。该方法的基本思想是：采用基于搜索树的方法寻找负荷点的最小供电连集和备用连集，然后通过逻辑运算求得负荷点的最小供电割集和备用割集。文献[19]针对间歇性和非间歇性DG分别建立可靠性评估模型，利用改进最小割集算法，计算含DG的典型配电网的可靠性指标。文献[20]考虑了DG及配电网元件可靠性模型特性和DG转带负荷的策略等因素，将改进的最小割集法用于含DG的配电网可靠性评估。最小割集法在系统规模较大时，对每一个负荷点求割集会相当耗时，同样难于做到快速评估。 3.2 模拟法

模拟法主要是蒙特卡洛模拟，利用计算机产生随机数对元件的失效事件进行抽样构成系统失效事件集，再通过概率统计的方法建立可靠性指标计算公式。蒙特卡洛法可以计算相关事件对系统的影响；另外，系统规模对计算复杂性的影响较小，故适合于求解复杂系统的可靠性；但对于可靠性高的系统，计算精度与计算时间之间存在较大矛盾，要保证高计算精度则必然会消耗大量时间。根据是否考虑系统状态的时序性，将其分为序贯蒙特卡罗法、非序贯蒙特卡罗法。 1）序贯蒙特卡罗法[7, 8, 10, 21] 序贯蒙特卡罗法根据元件的故障率和修复率，利用计算机产生的伪随机数对元件的运行状态进行抽样，选取该次抽样下的故障元件，然后根据该元件在系统中的位置，判断其对相关负荷可靠性的影响。序贯蒙特卡罗法能够模拟系统处于各状态的持续时间，因此，采用该算法既可以得到配电系统中各个负荷自身的可靠性指标，又可以得到与系统运行状态相关的时序信息。在含微电网的配电系统中，序贯蒙特卡罗法可建立更加符合实际的概率模型，能够很好的评估在时间、季节、天气等因素影响下系统的供电可靠性，因此应用广泛。但是，序贯蒙特卡罗法要实现高精度的仿真结果需要大量的仿真时间。 2）非序贯蒙特卡罗法 非序贯蒙特卡罗法是非实时的一种仿真方法，它依据元件的强迫停运率，利用计算机产生的随机数直接抽样元件的工作状态，并得到系统的工作状态。它不考虑时序信息，因此具有内存需求低、收敛速度明显快于序贯蒙特卡罗法的优点。但由于该方法不考虑时序信息，因此得到的数据不够完整，可能无法很好的满足工程要求。文献[22]在单阶或多重故障的情况下考虑不同的运行模式，将非序贯蒙特卡洛法用于含有微网的配电网可靠性评估。 4. 总结

随着微电网技术的不断发展，微电网将成为可再生能源综合利用的最有效的方式，发展潜力巨大。本文简要介绍了微电网的可靠性评估模型、评估指标的研