針對分布式發電的配電網可靠性分析

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：C文章編號：1008-925X(2012)02-0141-02

摘要:隨著我國社會經濟的快速發展，電力客戶對電能質量方面的要求越來越高，電系統處于電力系統的末端，直接與用戶相連，其可靠性問題是影響電能質量的關鍵因素之一，而分布式發電(DG)是利用可再生能源和新能源提供清潔、高效的電能，DG并網發電將成為未來發展趨勢，因此研究分布式發電對配電系統可靠性的影響具有重要的現實意義。論文分析了分布式電源接入配電網后，DG的并網、接入、運行方式以及可靠性模型對配電網可靠性的影響。根據分布式電源的特點，建立了適用于含分布式電源的配電網可靠性評估模型。同時以最大等值有效負荷為目標函數，運用解析法求解，基于最小路與區間運算相結合的配電網可靠性分析。

關鍵詞：配電網；可靠性；分布式電源；孤島

1.1 配電網可靠性評估的意義及現狀

隨著我國社會經濟的快速發展，不但用戶對電能質量方面的要求越來越高，國家對供電企業供電可靠性的要求也越來越高，因此研究電力系統可靠性具有重大的現實意義。

目前，分布式發電技術在全球范圍內發展很快，像風力發電、光伏發電等都己經相當成熟。分布式電源接入電網后，將會影響電網，尤其是配電網的運行和規劃，如電力損耗、供電可靠性、電壓穩定、繼電保護和電能質量等。因此可靠性研究的一個重要方面就是分布式電源對配電網可靠性的影響。

對于配電系統供電可靠性評估，國外的研究起步較早，早期的研究主要是統計分析。現在，供電可靠性評估已成為許多國家配電系統規劃決策中的一項常規性工作，美國、英國、法國等都成立了專門的研究機構，負責配電系統供電可靠性評估參數的收集和整理工作，并建立了完善的配電系統供電可靠性評估指標體系。

國內于上世紀80年代初期開始對配電系統供電可靠性進行研究，配電系統可靠性研究與發電和輸電系統相比起步比較晚。同時由于缺乏必要的統計數據和比較有效的分析方法，發展比較緩慢。近些年來，隨著社會經濟的快速發展，城市用電負荷不斷增長，供需矛盾日益突出，為使有限的資源得到最大的收益，非常需要對配電系統進行科學合理的規劃，從而促進配電系統供電可靠性評估的發展。目前，配電網可靠性的研究已經成為電力工程領域中的研究熱點。

2 配電系統的可靠性評估

配電系統可靠性指標能夠定量評估配電系統可靠性，良好的評估指標可以準確清晰地反映配電系統的可靠性水平，從而為管理人員提供詳細準確的配網供電情況。因此在進行評估時首先要確定配電系統可靠性指標。

由于配電系統中輻射狀主饋線系統在配電網中占主導地位，與發輸電系統相比，配電網的可靠性評估的方法有較大的差異。

配電系統的可靠性指標及評估方法。根據評估對象的不同配網可靠性指標可分為兩類，一類是負荷點的可靠性指標，另一類是系統的可靠性指標。

目前配網的可靠性評估方法主要有解析法和模擬法。同時隨著人工智能技術的不斷深入研究，人工智能技術也逐漸引入到了配電系統的可靠性評估中。

解析法目前廣泛用于配網的可靠性評佶中，其基本原理是根據系統的結構和元件的功能以及兩者之間的邏輯關系建立系統的可靠性概率模型，然后通過遞推和迭代等數學方法對該模型精確求解，從而計算出可靠性指標，下面介紹一下解析法中的最小路法。

最小路法首先對每一個負荷點求取其最小路模型，即負荷點與電源之間的最短通路，根據網絡的實際，將非最小路上元件對負荷點的影響折算到相應的最小路節點上。因此，對于每個負荷點，僅對其最小路上的元件與節點進行計算即可得到負荷點相應的可靠性指標，并最終形成整個系統的可靠性指標。最小路法考慮了分支線保護、分段斷路器、隔離開關的影響，同時考慮了計劃檢修的影響，并且能夠處理有無備用變壓器和有無備用電源的情況。

3 基于最小路與區間運算相結合的配電網可靠性分析

配電系統的可靠性評估是配電系統可靠性研究中最核心的內容之一，論文提出的可靠性評估方法結合最小路的概念，對配電網中每個負荷點求出其最小路，將非最小路上元件的故障折算到最小路上，然后對最小路上的元件與節點進行計算，從而求出負荷點的可靠性指標，最后得到系統的可靠性指標。同時考慮統計和測量上的誤差，可靠性的原始參數具有一定的不確定性，不可能是一個確切的數。可靠性參數用一個給定范圍的區間數表示，結合最小路法進行可靠性評估，從而有效地控制了參數的不確定性。

3.1 可靠性評估的最小路法。最小路的數學定義。圖是節點和弧的集合。無向弧是指聯接兩個節點之間的弧是無向的，有向弧是指聯接節點之間的弧是有方向的。只有流入弧而無流出弧的節點，稱為流出節點。只有流出弧而無流入弧的節點，稱為輸入節點。由有向弧構成的圖叫有向圖；由無向弧構成的圖是無向圖；既有有向弧又有無向弧的圖稱為混合圖。根據數學上的定義，連接任意兩個節點間的所有無向弧或有向弧的整體稱為這兩節點間的一條路。如果任意一條弧被除去，就不再是一條通路了，則稱這些弧構成兩個節點間的一條最小路。由最小路構成的集合稱為最小路集。在進行可靠性分析時特別值得注意的是負荷點從電源進線到出線要經過的設備的集合。如圖3.1所示的系統圖。

圖中路集為：

x1x4 ，x2x5，x1x3x5，x1x3x4，x1x2x4，x1x4x5，x2x3x4，

x2x3x5，x1x2x5，x2x4x5，x2x1x5，x2x1x4，x1x2x4x5，

x1x2x3x4，x1x3x4x5，x2x3x4x5，x1x2x3x4x5

最小路集為：x1x4 ，x2x5，x1x3x5，x2x3x4

3.2 結合區間運算的最小路法。傳統的配電系統進行可靠性計算都是建立在元件的可靠性原始參數基礎上的，但是由于統計誤差或統計資料不足等原因會使原始參數具有不確定性。此時若再利用不準確的參數對配電系統進行可靠性計算是不合理的，也將會導致評估結果與實際情況有較大的偏差。

可靠性原始參數可根據其不確定性用一個數值范圍區間來表示。在工程中，一般不能確切的知道一個元件的原始參數，而只知道在給定范圍內的一個區間值，此時即可用區間數學來進行配電系統的可靠性評估。

基于最小路與區間運算相結合的配電系統可靠性評估方法的基本思想是：在最小路算法的基礎上，引入區間數與區間運算，將所需要的元件原始參數用區間數表示，負荷點與系統可靠性計算公式也區間化，在進行計算時，將其中的參數改為區間數。在計算過程中要注意，如果一個或多個變量在一個公式中出現兩次或兩次以上時，為了克服區間運算的過估計問題，在計算工程中引入區間計算的反演公式，能夠在一定程度上克服了區間運算的相關性問題。

引入區間數和區間運算后，計算的結果都是一個區間，給每個可靠性評估指標確定了一個范圍，在一定程度上克服了因為參數的不精確而給評估結果帶來的不確定性。因此，用這種方法得出的結果更具有靈活性，更好的反映了系統的真實程度，更加適用于工程實際情況。在運用此方法對復雜配電系統可靠性評估時，可按以下步驟進行：

①分析和處理配電系統元件可靠性原始參數，得到各元件的可靠性原始參數的區間值；

②分析配電系統結構，確定各個負荷節點的最小路，以及最小路上和非最小路上的元件；

③對每個負荷點進行可靠性計算，原始參數使用區間數表示。為了避免區間運算的階數，在計算過程中每次只進行兩個區間數間的運算；

④在各負荷點的可靠性指標基礎上，計算整個系統可靠性指標。

通過以上分析，該評估算法的流程圖如圖3.3所示。

4 結論與展望

4.1 結論。隨著人們對電能質量的要求越來越高，配電網的供電可靠性越來越受到人們的重視。同時隨著電力技術的發展，分布式電源越來越多的接入到電網中，配電網從一個輻射式網絡變成一個遍布電源與用戶互聯的網絡。因此研究含分布式電源的配電網可靠性有重要的意義。

4.2 展望。分布式電源作為一種有潛力的發電技術，是對傳統的集中式電源供電的有益補充。正確考慮DG接入配電網后的孤島作用，可以提高配電網供電可靠性。由于分布式電源是剛剛興起的一個研究方向，國內外對其的研究都還較為淺顯，還需作進一步深入的研究。

參考文獻

[1] 郭永基．電力系統可靠性原理和應用[M]．北京：清華大學出版社，1986

[2] 梁才浩，段獻忠．分布式發電及其對電力系統的影響[J]．電力系統自動化，2001

[3] 程華，徐政．分布式發電中的儲能技術[J]．高壓電器，2003

[4] 許廣婷．分布式發電系統中計及負荷頻率特性的孤島劃分算法的研究[D]．南京：東南大學，2007