含分布式电源的配电网可靠性评估模型研究

本文受国家自然科学基金项目（柔性发输电系统概率风险评估和优化配置模型研究，项目号50977094），中央高校基本科研业务费科研专项“电网概率风险评估的参数不确定性分析及概率密度解析计算研究”（CDJZR11150012）资助。随着传统能源的大量消耗以及随之带来的环境污染问题，开发和利用安全、清洁、灵活、经济的可再生分布式发电已成为世界各国关注的热点。但是，大量分布式发电的接入，传统的单电源辐射状配电网将变为一个遍布电源和用户互联的多电源新型网络结构，当馈线发生故障时，配电网中的局部区域可能会出现孤岛运行，且可再生分布式发电的输出功率具有很强的随机性和间歇性，从而使得配电网可靠性评估的模型和方法发生了变化。本文研究含分布式电源的配电网可靠性评估模型，主要的研究工作和取得的成果有： 首先，详细阐述论文研究的目的和意义，总结国内外常规配电网和含分布式电源的配电网可靠性评估研究现状，介绍常用的配电网可靠性指标、元件可靠性模型和串并联系统可靠性指标计算公式，以及分布式电源的类型及其模型、分布式电源的接入方式、并网方式、运行方式和孤岛运行模式。 其次，研究基于分层区域的复杂配电网可靠性评估模型。传统的配电网可靠性评估模型大多是基于故障模式及后果分析法，采用由因寻果的思路：即枚举故障事件并分析对各负荷点的影响后果。本文采用逆向思路，即由果索因的方式，枚举负荷点，搜寻导致负荷点不同停运时间的配网元件集合。根据负荷点不同的停运时间，计及断路器和熔断器拒动的影响，采用广度优先搜索技术，定义负荷点的修复域、隔离域、隔离切换域和零域的概念并提出分层划分算法。 再次，建立并网型光伏发电系统（PVS）的可靠性模型，研究光/柴混合发电系统对配电网可靠性的影响。分析PVS的元件失效模式及其对PVS输出功率的影响，建立元件故障阶数考虑至三阶时PVS的可靠性模型,将光照资源的不确定性和PVS的元件随机停运相组合，得出PVS输出功率的概率模型。采用离散卷积法，得出孤岛电源出力—负荷相匹配的概率，并将计划孤岛视为一个负荷点，依据本文所提基于分层区域的复杂配电网可靠性评估算法，推出孤岛负荷点的可靠性指标计算公式。 最后，针对分布式电源输出功率的随机性和负荷的波动性问题，离散卷积法计算复杂且模型简化存在误差，本文进一步提出基于点估计法的含分布式电源的配电网可靠性评估模型。点估计法可将概率问题转换为确定性数学问题，本文依据分布式电源输出功率和配网负荷的概率密度分布构造其估计点，进一步通过分布式电源出力和配网负荷估计点与配网可靠性之间的函数映射关系实现配电网可靠性指标的点估计。 采用IEEE-RBTS Bus6对常规配电网和含分布式电源的配电网开展可靠性评估研究。研究结果表明：基于分层区域的复杂配电网可靠性评估模型的正确性，在评估中计及断路器和熔断器拒动概率的必要性，负荷点及系统的可靠性与网络中的断路器和隔离开关的安装位置密切相关，在恰当的位置安装断路器或隔离开关能有效改善某些负荷点和系统的可靠性；并网型光伏发电系统接入配电网后，能较好地改善孤岛负荷点和整个系统的可靠性，但其改善程度大小还取决于柴油机组的容量大小，且光/柴混合发电系统接入配网的末端能更好的改善孤岛负荷点和系统的可靠性；采用点估计法进行含分布式电源的配电网可靠性评估，其评估结果和采用离散卷积法的评估结果十分接近，能得到精确的评估结果。