微電網的可靠性分析

摘要：鑒于微電網自身的可靠性水平，微電網接入系統后，將對系統可靠性產生影響，所以，需對含有分布式電源的系統進行可靠性評估，建立各種類型的分布式電源可靠性評估模型；應突破傳統系統可靠性評估的局限，研究多輸入/多輸出新型系統可靠性評估的算法。還需對微電網可靠性評價指標體系、微網的運行特性、運行方式、系統可靠性的機理影響、儲能裝置和分布式電源特性的可靠性建模等進行進一步研究。

關鍵詞：微電網；可靠性評估；分布式電源；孤島運行；評價指標

作者簡介：盧國良（1974-），男，北京人，中國大唐集團公司，高級工程師。（北京 100032）

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0204-02

微電網，亦稱微網，是由儲能裝置、分布式電源、轉換能量裝置、相關監控和負荷、保護裝置匯集而成的系統，是能實現管理和保護、自我控制的自治系統，既可并網運行，亦可孤立運行。微網是相對于大電網的一個概念。美國、歐洲等對微網的定義也不大一樣。

歐洲對微網的定義為：使用微型電源，利用一次能源，分為全控、不可控和部分可控三類，并可電、熱、冷三聯供；配備儲能裝置，并用電子裝置調節能量。[1-3]

美國對微網的定義為：微網是一種由微電源和負荷共同組成的系統，微網內部電源主要由電子器件負責轉換能量，并進行必要的控制；當微網與主網突然解列時，微網亦能夠維持內部的電能供應，一直到排除故障。[1-3]

微網各元件技術參數及經濟性尚處于研究試驗階段，是新型電力系統研究的重要內容。其綜合了分布式發電、新型電力電子、儲能和可再生能源等技術，其主要組成部分包括微電源（分布式電源）、儲能裝置、負荷和中心控制系統等[4]，具有自治、穩定、兼容、靈活的特點。微網有自治和并網兩種方式，并網時可由內部分布式電源和外部電網聯合對負荷供電，外部電網存在電能質量問題或出現故障時，可通過微網控制系統使微網與主網斷開進行自治，即僅通過內部分布式電源向負荷供電，待故障解除后，微網將重新并網恢復運行。

微電網自身的可靠性水平及微電網接入系統后對系統可靠性影響等問題，已經引起廣大電力科研人員的大力關注，但并沒有進入實質性研究階段，特別是有關微電網可靠性評估的研究，目前在國內外還很鮮見。一些文獻對含微電網的系統可靠性評估進行了探索，下面對此作簡要介紹。

一、含微電網的新型系統可靠性評估

隨著微電網的接入，單電源輻射狀電網轉變成了遍布負荷和電源的新型電網，使電網輻射狀的結構發生了變化，使電網潮流的不確定性增加了。同時，微電網中分布式電源的輸出功率具有隨機性和間歇性。這些問題對系統的運行和控制產生了一系列的影響，也給含微電網的系統可靠性評估帶來巨大的挑戰。因此，系統可靠性的評估理論與方法也將隨之產生變革。本文對含微電網的系統可靠性評估的相關研究介紹如下：

1.分布式電源的可靠性評估模型

與傳統電源相比，分布式發電具有一次能源多樣性、接入位置和運行方式靈活、電源出力特性不同等特征，且風電、光伏等主要分布式電源具有明顯的隨機性、間歇性等特征。所以，含分布式電源的系統進行可靠性評估的首要問題就是對各種分布式電源進行建模。

針對風電、光伏等間歇、隨機性分布式電源建模的研究較多。常用方法是將分布式電源等效為常規電源進行處理，建立分布式電源的多狀態概率模型。實際風電機組、光伏電池的出力隨風速、日照強度等因素實時變化，幅值從零到額定值之間不斷隨機變化。通過多狀態概率模型將出力連續變化的風電機組等效為離散的多狀態發電機模型，以便于利用模擬法或解析法計算系統可靠性指標。同樣地，可應用該思想建立計及控制策略的儲能設備可靠性模型。

2.分布式電源孤島劃分

當主網安全穩定運行需要或發生故障時，微網將進入孤島狀態，該模式將對孤島內各負荷點供電可靠性產生重大影響，但是孤島的劃分需考慮負荷的不確定性、分布式電源功率輸出的隨機性以及保護配置等影響因素。

孤島劃分策略不能僅簡單地考慮微電網中分布式電源與負荷的功率平衡，實際上，孤島運行中還需考慮微電源功率捕捉技術、控制技術、運行狀態的平滑過渡、電源出力隨機性等因素。

3.負荷及元件可靠性參數的不確定性

負荷的特性會對可靠性的評估產生重要影響，可靠性評估一般將負荷處理成定值，取尖峰負荷或平均負荷；元件的可靠性參數也常根據函數的分布取相應的期望值。分布式電源并網后，確定性的元件參數和負荷將不能適應分布式電源的動態特性，特別是在孤島方式情況下，負荷特性的研究將對孤島安全運行特別重要。現在研究中，對負荷的波動，大部分使用啟發式的預測或統計學或方法進行處理，依賴于負荷的歷史數據。隨著智能電網及微網技術的進步，電網與負荷的互動將更加緊密，也更加容易實時采集信息，此情況下，負荷建模也將發生新變化。

通常，上述分布式電源的可靠性模型、儲能設備的可靠性模型、孤島劃分策略、負荷及電源出力的相關性和隨機性等關鍵問題解決后，即可應用傳統電網可靠性評估方法，如；故障模式后果分析法、故障擴散法、分塊法等，進行微電網可靠性評估。

二、微電網的可靠性評估需要解決的主要問題

微電網中分布式電源的輸出功率具有隨機性和間歇性，含微網的新型系統具有雙向潮流，微網可根據需要平滑切換于不同運行方式。此問題將對含微網的系統可靠性評估帶來很大困難。所以，微網可靠性評估亟需在現有研究基礎上，對如下問題進行深入研究：

1.微電網可靠性評價指標體系

目前，尚無針對微電網可靠性評估的指標體系。原有可靠性評估指標不能對微網可靠性的影響及運行特性進行定量評估和深入刻畫。

2.微電網的運行特性、運行方式對系統可靠性的機理影響

含微網的新型系統包含多種能源轉換單元和多種能源輸入，且有多種運行方式。微網的運行特性既與其內部儲能系統運行特性緊密相關，也與其內部負荷特性及分布電源特性有關，還與外網相互作用相關。此種相互作用將直接影響微網的運行可靠性。

3.儲能裝置和分布式發電運行特性的可靠性建模

隨著儲能技術的深入開發，不同儲能技術的采用，對分布式電源功率輸出特性的影響較大。這將改變微電網的運行方式和調度策略，進而影響微電網可靠性性能。

4.多電源系統可靠性評估的精確高效模型和算法

微網的接入將傳統單電源輻射狀電網變成了遍布負荷和電源的新型系統。微網的可靠性評估須打破以往系統可靠性評估的限制，研究多輸入/多輸出新型系統可靠性評估的算法，實現對含微電網的新型系統可靠性的合理評估。

三、結語

微電網作為一個整體的可靠性及微電網接入系統后對系統可靠性影響等問題，尤其是關于微電網自身可靠性評估的研究和實踐，目前在國內外還很鮮見，應引起電力科研工作者的密切關注。

參考文獻：

[1]魯宗相，王彩霞，閡勇，等.微電網研究綜述[J].電力系統自動化，2007，31（19）：100-107.

[2]解翔，袁越，李振杰.含微電網的新型電網供電可靠性分析[J].電力系統自動化，2011，35（9）：67-72.

[3]別朝紅，李更豐，王錫凡.含微電網的新型系統可靠性評估綜述[J].電力自動化設備，2011，31（1）：1-6.

[4]馬溪原，吳耀文，方華亮，等.基于可靠性評估的微電網配置方法[J].電力系統自動化，2011，35（9）：73-77.

[5]陳超金.含微電網的系統可靠性分析[J].廣東電力，2010，23（9）：

47-49.

[6]國家電力監督委員會電力可靠性管理中心.電力可靠性技術與管理培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2007.

[7]丘昌濤.電力系統可靠性[M].武漢：華中理工大學出版社，1992.

[8]郭永基.電力系統可靠性分析[M].北京：清華大學出版社，2003.

（責任編輯：劉輝）