含分布式電源的配電網可靠性評估模型研究

劉永超

摘要：對分布式電源配電網可靠性進行研究，研究表明配電網可靠性的評估模型隨著分布式電源的普及不斷發生變化，并且通過安裝斷路器和隔離開關，可以提高系統運行的可靠性，對合理利用電能資源具有重要的現實意義。

關鍵詞：分布式電源；配電網；可靠性；評估

中圖分類號：TM732文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）09－0001－03

配電系統雖處于電力系統的末端，但其運行可靠性（即向用戶提供質量合格的電能）卻是影響電能質量的關鍵性因素之一。對電力系統進行可靠性評估的目的是在向用戶提供質量合格的電能的同時，使電能的運行成本達到盡可能低的狀態，使電力系統的經濟性和可靠性達到最優的平衡狀態。為達到這一目的，本文對分布式電源配電網的可靠性進行評估，并建立了評估模型。

1電力系統可靠性的概念和評估內容

1.1電力系統的可靠性

電力系統的可靠性包括充裕度和安全性。電力系統的充裕度是指電力系統穩態運行時，在系統元件額定容量、母線電壓和系統頻率等的允許范圍內，維持系統中元件在停運條件下向用戶提供所需的電力和電量的能力；電力系統的安全性是指電力系統在出現意外事故的情況下仍能保持其安全運行的能力，強調了電力系統的動態性。

1.2電力系統可靠性評估的主要內容

電力系統可靠性的評估需要貫穿于電力系統整個規劃、設計和運行過程中，其主要內容包括元件停運模型的確定、選擇系統狀態并計算出概率、系統問題評估和計算可靠性指標。

2分布式電源對系統可靠性評估的影響

2.1系統運行方式改變

分布式電源主要有兩種運行模式，即孤島運行模式和并網運行模式。孤島運行模式可能會產生一些安全性問題，但仍被認為是分布式電源的最主要的運行模式之一。這種運行方式在配電網發生故障時，在某種程度上能夠為用戶提供可靠性的電力。在并網運行模式中運行分布式電源時，會影響到配電系統可靠性評估的過程。為了降低分布式電源對電網的負面影響，有效發揮分布式電源的效能，就需要對微網自身和在微網接入配電網后的配電系統進行可靠性評估。

2.2可靠性評價標準的變化

對配電系統進行可靠性評估中，所應用的可靠性指標大多是針對傳統的配電系統的，由于目前還不能確定這些指標能否全面地反映系統的可靠性，因此，探索如何構建并選取科學的可靠性指標是非常必要的。

3含分布式電源配電網可靠性評估

我國對分布式發電的研究主要集中在對其概念、基本結構、運行方式、分布式發電的并網方式，分布式發電的保護和相關控制技術上面。總的來說，我國對分布式發電的研究起步較晚，對新型配電網可靠性評估的研究還是很少見的。下面就配電網的可靠性指標進行分析。

評估電力系統的可靠性可以通過計算可靠性指標來完成，普遍的做法是從多個側面計算多個可靠性指標。實踐證明，通過計算配電網可靠性的概率來評估電力系統可靠性的方法得到了廣泛的應用。下面通過以下幾個指標來評估配電網的可靠性。

3.1元件可靠性參數

元件可靠性參數是描述元件可靠性性能的重要指標之一，同時也是評估系統可靠性的基礎。元件可靠性參數主要為元件故障率和修復時間。下面通過計算公式來完成系統可靠性的評估。

3.1.1元件故障率

元件故障率是指因系統元件發生故障而使得元件在單位暴露時間內不能執行規定的連續功能的次數。元件故障率用 表示，計算公式為：

.（1）

3.1.2故障修復時間

故障修復時間是指元件發生故障后對元件實施修復所用的實際矯正性維修時間，即因元件發生故障導致的停電到通過修復元件而恢復供電這一過程中所花費的時間，具體包括對故障進行的定位時間、矯正時間和核查時間。修復率，即對修復時間求導，用μ表示，計算公式為：

μ . （2）

3.2負荷點可靠性指標

這一指標主要反映了對某負荷點連續供電的可靠性程度，常用的概率指標主要包括平均故障率、平均故障修復時間和平均停運時間，體現的是一種期望值。

3.2.1平均故障率

平均故障率是指在給定的時間內（通常為一年）負荷點因系統元件發生故障而導致的停電次數。平均故障率用 表示，單位為次/年，計算公式為：

.（3）

式（3）中：λi——平均故障率；

λj——負荷點到電源點間元件的平均故障率；

J——導致負荷點停運的配電網元件的集合。

3.2.2平均故障修復時間

平均故障修復時間是指負荷點從發生停電所耗費的時間到供電恢復時間的平均值。平均故障修復時間用ri表示，單位為h/次，計算公式為：

.（4）

式（4）中：ri——平均故障修復時間，h/次；

rj——元件的平均故障修復時間，h/次。

3.2.3平均停運時間

平均停運時間是指在給定時間內（通常為一年）用戶的停電時間。平均停運時間用Ui表示，單位為h/年，計算公式為：

.（5）

3.3系統可靠性指標

要完全反映出系統的可靠性，只計算負荷點的可靠性指標是不夠的，因此還要建立系統的可靠性指標，目前常用的指標有以下幾個。

3.3.1系統平均停電頻率

系統平均停電頻率是指由系統供電的電力用戶在一年中經歷的平均停電次數，用SAIFI表示，單位為次/（用戶?年），計算公式為：

. （6）

式（6）中：λi——負荷點i的用戶停運率；

Ni——負荷點i的用戶數量。

3.3.2系統平均停電持續時間

系統平均停電持續時間是指由系統供電的用戶在一年中經歷的平均停電持續時間，用SAIDI表示，單位為h/（用戶?年），計算公式為：

.（7）

式（7）中：Ui——負荷點i的年平均停運時間。

3.3.3電力用戶平均停電持續時間

電力用戶平均停電持續時間是指在一年之中停電的用戶經受的平均停電持續時間，用CAIDI表示，單位為h/（停電用戶?年），計算公式為：

.（8）

3.3.4平均用電可用率

平均用電可用率是指一年中用戶經受不停電時間的總數與用戶要求的供電時間的比值，用ASAI表示，計算公式為：

.（9）

3.3.5電量不足期望

電量不足期望是指一年中由系統元件停運而造成的向電力用戶提供的電量的缺額，用EENS表示，單位為MW?h/年，計算公式為：

.（10）

式（10）中：La（i）——連接在負荷點i上的平均負荷水平。

4分布式電源的配電網接入方式

分布式發電技術適用于小型發電系統，可以不受公共電網支配為少量用戶供電，也可以接入到配電網當中為用戶提供電能。作為新型的能源系統，分布式發電技術能夠對能源進行優化利用，發電時采用的分布式電源模型可以分為恒功率輸出（比如微型燃氣輪機發電、燃料電池發電）和隨機功率輸出（比如光伏發電、風力發電）。

采用分布式電源接入方式，可以改善配電網的可靠性，接入的電壓等級一般為10～110 kV。通常情況下，可以采用分布式電源集中接入方式，將電源接到變電站的母線和饋線上。從實際接入情況來看，分散接入饋線方式更能夠提高配電網的運行可靠性。電源接入母線方式見圖1，電源接入饋線方式見圖2.

4.1分布式電源的并網方式

分布式電源并網分為直接與主網并聯和通過聯絡開關操縱并聯兩種方式。采用分布式電源并聯方式，使分布式電源和主電源同時為負荷供電。一旦主電源發生故障或者分布式電源中一個電源出現故障時，其他的電源可以繼續供電。通過聯絡開關切換操作的分布式電源，主電源和分布式電源可以相互備用。當一個電源出現故障，聯絡開關就可以啟動備用操作，使另一個電源提供電源給負荷點。

圖1分布式母線接入方式 圖2分布式饋線接入方式

4.2分布式電源的孤島運行模式

將分布式電源接入到主網中，一旦主網出現故障，就會出現孤島運行現象。此時，在設計分布式供電系統時，要著重處理孤島問題。孤島，就意味著電力管理部門無法對電力系統進行監督控制，從而導致各種隱患。人為因素、電網故障等都會造成孤島現象。當電網的維修人員或者用戶沒有意識到供電系統的存在，對電網的負載和危害都沒有提高安全意識的時候，分布式供電系統所提供的電能質量無法滿足規定要求；由于電網故障問題，分布式供電系統在重新并網的時候，會出現沖擊電流，使得新的孤島運行出現。在解決孤島問題時，當孤島范圍已經被確定下來，且不是因主網故障所引起的，這種情況可以采用計劃孤島；當主網發生故障時，在劃分孤島范圍時需要運用數學模型來確定，此為非計劃孤島。非計劃孤島具有不確定性，一般發生于故障之前，是受電網故障位置的影響和隨機輸出功率問題而導致的孤島不確定性。

4.3孤島運行模式

在孤島運行模式中，如果運行模式為隔離開關接口模式，即由于饋線發生故障，母線出口的斷路器在分布式電源嚴重超負荷狀態下發生停機，此時，可以采用手動操作隔離的方式重新啟動分布式電源。采用這種模式雖然可以保證電源繼續供電，但是開關不具有滅弧能力，因此，在實際當中很少應用。斷路器的接口模式為計劃孤島模式，用于饋線發生故障之后，由于電源接口的斷路器動作要比母線出口斷路器的動作時間短一些，導致前者往往提前動作。此時，采用恒功率模式可以使本地負荷貢獻繼續維持下去，待故障元件恢復后，實施同期并網。多用戶孤島運行模式為非計劃孤島模式，即當饋線出現故障時，分布式電源可以用來維持本地負荷供電，同時也會根據自身容量提供電能給饋線的上部分。

5結束語

配電系統的供電可靠性直接影響著電力用戶的用電質量，同時人們也越來越重視配電系統的可靠性，因此，研究評估配電系統的可靠性具有重大的現實意義。含分布式電源的配電系統運行比較復雜，為保證電力系統的可靠性，必須對其可靠性進行分析并建立可靠性評估模型。

以上描述了電力系統可靠性的概念，分析了分布式電源對配電系統可靠性評估產生的影響，進而建立了配電網可靠性評估指標，并提出了含分布式電源可靠性評估的方法，以期為相關研究提供參考建議。

參考文獻

［1］康龍云，郭紅霞，吳捷，等.分布式電源及其接入電力系統時若干研究課題綜述［J］.電網技術，2010，34（11）.

［2］別朝紅，李更豐，王錫凡.含微網的新型配電系統可靠性評估綜述［J］.電力系統自動化設備，2011，31（01）.

［3］Gilbert M.Masters.高效可再生分布式發電系統［M］.北京：機械工業出版社，2009.

〔編輯：劉曉芳〕

采用分布式電源接入方式，可以改善配電網的可靠性，接入的電壓等級一般為10～110 kV。通常情況下，可以采用分布式電源集中接入方式，將電源接到變電站的母線和饋線上。從實際接入情況來看，分散接入饋線方式更能夠提高配電網的運行可靠性。電源接入母線方式見圖1，電源接入饋線方式見圖2.

4.1分布式電源的并網方式

分布式電源并網分為直接與主網并聯和通過聯絡開關操縱并聯兩種方式。采用分布式電源并聯方式，使分布式電源和主電源同時為負荷供電。一旦主電源發生故障或者分布式電源中一個電源出現故障時，其他的電源可以繼續供電。通過聯絡開關切換操作的分布式電源，主電源和分布式電源可以相互備用。當一個電源出現故障，聯絡開關就可以啟動備用操作，使另一個電源提供電源給負荷點。

圖1分布式母線接入方式 圖2分布式饋線接入方式

4.2分布式電源的孤島運行模式

將分布式電源接入到主網中，一旦主網出現故障，就會出現孤島運行現象。此時，在設計分布式供電系統時，要著重處理孤島問題。孤島，就意味著電力管理部門無法對電力系統進行監督控制，從而導致各種隱患。人為因素、電網故障等都會造成孤島現象。當電網的維修人員或者用戶沒有意識到供電系統的存在，對電網的負載和危害都沒有提高安全意識的時候，分布式供電系統所提供的電能質量無法滿足規定要求；由于電網故障問題，分布式供電系統在重新并網的時候，會出現沖擊電流，使得新的孤島運行出現。在解決孤島問題時，當孤島范圍已經被確定下來，且不是因主網故障所引起的，這種情況可以采用計劃孤島；當主網發生故障時，在劃分孤島范圍時需要運用數學模型來確定，此為非計劃孤島。非計劃孤島具有不確定性，一般發生于故障之前，是受電網故障位置的影響和隨機輸出功率問題而導致的孤島不確定性。

4.3孤島運行模式

在孤島運行模式中，如果運行模式為隔離開關接口模式，即由于饋線發生故障，母線出口的斷路器在分布式電源嚴重超負荷狀態下發生停機，此時，可以采用手動操作隔離的方式重新啟動分布式電源。采用這種模式雖然可以保證電源繼續供電，但是開關不具有滅弧能力，因此，在實際當中很少應用。斷路器的接口模式為計劃孤島模式，用于饋線發生故障之后，由于電源接口的斷路器動作要比母線出口斷路器的動作時間短一些，導致前者往往提前動作。此時，采用恒功率模式可以使本地負荷貢獻繼續維持下去，待故障元件恢復后，實施同期并網。多用戶孤島運行模式為非計劃孤島模式，即當饋線出現故障時，分布式電源可以用來維持本地負荷供電，同時也會根據自身容量提供電能給饋線的上部分。

5結束語

配電系統的供電可靠性直接影響著電力用戶的用電質量，同時人們也越來越重視配電系統的可靠性，因此，研究評估配電系統的可靠性具有重大的現實意義。含分布式電源的配電系統運行比較復雜，為保證電力系統的可靠性，必須對其可靠性進行分析并建立可靠性評估模型。

以上描述了電力系統可靠性的概念，分析了分布式電源對配電系統可靠性評估產生的影響，進而建立了配電網可靠性評估指標，并提出了含分布式電源可靠性評估的方法，以期為相關研究提供參考建議。

參考文獻

［1］康龍云，郭紅霞，吳捷，等.分布式電源及其接入電力系統時若干研究課題綜述［J］.電網技術，2010，34（11）.

［2］別朝紅，李更豐，王錫凡.含微網的新型配電系統可靠性評估綜述［J］.電力系統自動化設備，2011，31（01）.

［3］Gilbert M.Masters.高效可再生分布式發電系統［M］.北京：機械工業出版社，2009.

〔編輯：劉曉芳〕

采用分布式電源接入方式，可以改善配電網的可靠性，接入的電壓等級一般為10～110 kV。通常情況下，可以采用分布式電源集中接入方式，將電源接到變電站的母線和饋線上。從實際接入情況來看，分散接入饋線方式更能夠提高配電網的運行可靠性。電源接入母線方式見圖1，電源接入饋線方式見圖2.

4.1分布式電源的并網方式

分布式電源并網分為直接與主網并聯和通過聯絡開關操縱并聯兩種方式。采用分布式電源并聯方式，使分布式電源和主電源同時為負荷供電。一旦主電源發生故障或者分布式電源中一個電源出現故障時，其他的電源可以繼續供電。通過聯絡開關切換操作的分布式電源，主電源和分布式電源可以相互備用。當一個電源出現故障，聯絡開關就可以啟動備用操作，使另一個電源提供電源給負荷點。

圖1分布式母線接入方式 圖2分布式饋線接入方式

4.2分布式電源的孤島運行模式

將分布式電源接入到主網中，一旦主網出現故障，就會出現孤島運行現象。此時，在設計分布式供電系統時，要著重處理孤島問題。孤島，就意味著電力管理部門無法對電力系統進行監督控制，從而導致各種隱患。人為因素、電網故障等都會造成孤島現象。當電網的維修人員或者用戶沒有意識到供電系統的存在，對電網的負載和危害都沒有提高安全意識的時候，分布式供電系統所提供的電能質量無法滿足規定要求；由于電網故障問題，分布式供電系統在重新并網的時候，會出現沖擊電流，使得新的孤島運行出現。在解決孤島問題時，當孤島范圍已經被確定下來，且不是因主網故障所引起的，這種情況可以采用計劃孤島；當主網發生故障時，在劃分孤島范圍時需要運用數學模型來確定，此為非計劃孤島。非計劃孤島具有不確定性，一般發生于故障之前，是受電網故障位置的影響和隨機輸出功率問題而導致的孤島不確定性。

4.3孤島運行模式

在孤島運行模式中，如果運行模式為隔離開關接口模式，即由于饋線發生故障，母線出口的斷路器在分布式電源嚴重超負荷狀態下發生停機，此時，可以采用手動操作隔離的方式重新啟動分布式電源。采用這種模式雖然可以保證電源繼續供電，但是開關不具有滅弧能力，因此，在實際當中很少應用。斷路器的接口模式為計劃孤島模式，用于饋線發生故障之后，由于電源接口的斷路器動作要比母線出口斷路器的動作時間短一些，導致前者往往提前動作。此時，采用恒功率模式可以使本地負荷貢獻繼續維持下去，待故障元件恢復后，實施同期并網。多用戶孤島運行模式為非計劃孤島模式，即當饋線出現故障時，分布式電源可以用來維持本地負荷供電，同時也會根據自身容量提供電能給饋線的上部分。

5結束語

配電系統的供電可靠性直接影響著電力用戶的用電質量，同時人們也越來越重視配電系統的可靠性，因此，研究評估配電系統的可靠性具有重大的現實意義。含分布式電源的配電系統運行比較復雜，為保證電力系統的可靠性，必須對其可靠性進行分析并建立可靠性評估模型。

以上描述了電力系統可靠性的概念，分析了分布式電源對配電系統可靠性評估產生的影響，進而建立了配電網可靠性評估指標，并提出了含分布式電源可靠性評估的方法，以期為相關研究提供參考建議。

參考文獻

［1］康龍云，郭紅霞，吳捷，等.分布式電源及其接入電力系統時若干研究課題綜述［J］.電網技術，2010，34（11）.

［2］別朝紅，李更豐，王錫凡.含微網的新型配電系統可靠性評估綜述［J］.電力系統自動化設備，2011，31（01）.

［3］Gilbert M.Masters.高效可再生分布式發電系統［M］.北京：機械工業出版社，2009.

〔編輯：劉曉芳〕