計及分布式電源的配電網可靠性研究

李國慶，孫維連，張宇陽

(東北電力大學，吉林吉林132012)

0 引言

隨著分布式發電技術的日趨成熟，分布式電源(DG)憑借其發電方式靈活、環境友好等優點越來越多地被接入配電網，對配電系統的結構和運行產生了重大影響［2］。因此，本文根據計劃孤島的劃分原則，建立了孤島劃分模型并求解出最優孤島;基于配電網可靠性評估的最小路算法，以 IEEERBTS Bus 6測試系統為算例定量地分析了DG的接入對配電網供電可靠性的影響。

1 含DG的配電網可靠性模型

傳統的配電網可靠性評估中，配電網由單一的電源點供電，是典型的輻射式供電方式。任何一條饋線上發生故障，將導致饋線后面的負荷全部停電。隨著DG接入配電網將使其供電結構發生變化，配電網從一個輻射式的網絡變為一個遍布電源與用戶互聯的網絡［3－5］。

1.1 DG的主要運行方式

1)DG承擔基荷。采用適合長期運行的DG單獨為負荷供電，如水電廠等。

2)DG作為配電網備用。一些比較重要的場所如醫院、大型商場和超市等需要備用電源。可以由投切比較頻繁的DG承擔備用。

3)DG與電網并網運行。在正常運行下，DG和電網共同給負荷供電。電網發生故障時，繼電保護裝置動作，DG可以按照事先制定好的孤島劃分策略對孤島內部分負荷進行持續供電。在DG出現故障時，將DG退出運行，由電網為負荷供電。

1.2 DG輸出功率模型

常見的幾種DG有:

1)恒功率輸出模型。如果微型燃氣輪機的一次能源充足，輸出功率就可視為1個恒定值。

2)風力發電機組的功率輸出模型。風速的概率分布服從威布爾(Weibull)分布。本文采用了文獻［8］提供的風速與功率輸出關系模型。

3)光伏發電系統的輸出功率模型。在一段時間內，太陽光強可以近似看作Beta分布。假設太陽能電池方陣有N個電池組，每個組件的面積和光電轉換效率分別為An和ηn，該方陣總的輸出功率為

式中r為一段時間內的實際光照強度。

2 含有DG的配電網孤島劃分

孤島是引入DG技術以后配電網中出現的一種新的運行方式，指DG獨立向一部分配電系統供電的運行狀態［9］。當配電網發生故障時，由于電網中含有DG，仍然可以繼續向部分用戶供電，從而形成孤島。非計劃形成的孤島會對系統、用戶設備及維修人員等造成危害，還可能造成電力供需不平衡，降低了電網的供電可靠性［10］。因此，配電網必須進行計劃孤島劃分。一旦出現故障，按照已經制定的策略快速形成孤島，以減小系統停電損失，提高供電可靠性。

2.1 孤島劃分的數學模型

等值有效負荷(EL)可以定義為負荷的有功功率與負荷的權重系數的乘積。含DG的配電網孤島劃分的目標為求取等值有效負荷的最大值，數學模型為

約束條件為

式中:ω(i)為負荷的權重系數;L(i)為負荷點處負荷的大小;PDG為DG的額定容量;j為DG所在饋線的編號;D為孤島內所有負荷點L(i)組成的區域。

2.2 模型的求解

本文結合廣度優先搜索法和深度優先搜索法求解最優孤島。先采用廣度優先搜索法，由DG所在饋線的負荷點L(i)出發，依次訪問與其相連的全部支路，然后訪問下層支路，在滿足式(3)的范圍內訪問完整個網絡，可以迅速地確定區域D的范圍。然后再采用深度優先搜索法遍歷區域D，直至目標函數達到最大值，從而得出最優孤島。

3 計及DG的配電網可靠性指標計算

3.1 配電網可靠性指標

配電網的可靠性指標包括負荷點的可靠性指標和系統的可靠性指標。負荷點的可靠性指標有停電頻率λ、停電時間u、故障修復時間r，其表達式分別為

系統的可靠性指標［11］有平均停電頻率指標KSAIFI、系統平均停電持續指標KSAIDI、用戶平均停電頻率指標KCAIDI和系統平均供電可用率指標KASAI，其表達式分別為式中:λi為負荷點i的故障率;Ni為負荷點i的用戶數;Ui為負荷點i的平均停電時間。

3.2 最小路算法

最小路算法原理:對每個負荷點取其到電源點的最小路，分為最小路上的設備和非最小路上的設備，將非最小路上的設備故障對負荷點可靠性的影響折算到相應的最小路節點上，僅對其最小路上的設備與節點進行計算即可得到負荷點相應的可靠性指標［12］。

配電網可靠性評估算法的流程圖如圖1所示。

4 算例仿真與分析

在 IEEE － RBTS Bus 6 系統主饋線 F4［13］的基礎上分別在饋線20和28處接入2個DG，改動后的接線如圖2所示。

根據3類負荷的重要程度，權重系數ω(i)分別取0.5、0.3、0.2。在饋線20處加入1個0.5 MW的燃料電池，在饋線28處加入1個1 MW的微型燃氣輪機。孤島劃分如圖2中虛線框所示。

通過仿真計算，其結果如表1和表2所示。

從表1中可以看出，DG接入配電網后，只影響到孤島內部負荷點的可靠性指標。孤島內的負荷點故障修復時間明顯降低，停電時間大幅減短，停電頻率提高小，這是DG靠近負荷點供電、DG故障直接影響到負荷點的停電頻率的結果。

從表2可以看出，DG接入配電網后，系統的可靠性指標都得到了改善，但在很多負荷點指標遇到惡化情況時，系統指標可能會受到一定的影響。這是因為系統指標通過對負荷點指標加權求均值得到的，經過加權均值，負荷點處的惡化可靠性指標會被不同程度的削弱。

表1 部分負荷點的可靠性指標

表2 系統的可靠性指標

5 結論

上述配電網評估最小路算法的計算結果表明，DG接入配電網后只影響到孤島內部負荷點的可靠性指標，孤島內的負荷點故障修復時間明顯降低，DG的合理接入可以改善電網的可靠性水平。但在很多負荷點指標遇到惡化情況時，系統指標可能會受到一定的影響。

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