微電網(wǎng)的可靠性分析

摘要：鑒于微電網(wǎng)自身的可靠性水平，微電網(wǎng)接入系統(tǒng)后，將對(duì)系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生影響，所以，需對(duì)含有分布式電源的系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，建立各種類型的分布式電源可靠性評(píng)估模型；應(yīng)突破傳統(tǒng)系統(tǒng)可靠性評(píng)估的局限，研究多輸入/多輸出新型系統(tǒng)可靠性評(píng)估的算法。還需對(duì)微電網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、微網(wǎng)的運(yùn)行特性、運(yùn)行方式、系統(tǒng)可靠性的機(jī)理影響、儲(chǔ)能裝置和分布式電源特性的可靠性建模等進(jìn)行進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；可靠性評(píng)估；分布式電源；孤島運(yùn)行；評(píng)價(jià)指標(biāo)

作者簡(jiǎn)介：盧國(guó)良（1974-），男，北京人，中國(guó)大唐集團(tuán)公司，高級(jí)工程師。（北京 100032）

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）23-0204-02

微電網(wǎng)，亦稱微網(wǎng)，是由儲(chǔ)能裝置、分布式電源、轉(zhuǎn)換能量裝置、相關(guān)監(jiān)控和負(fù)荷、保護(hù)裝置匯集而成的系統(tǒng)，是能實(shí)現(xiàn)管理和保護(hù)、自我控制的自治系統(tǒng)，既可并網(wǎng)運(yùn)行，亦可孤立運(yùn)行。微網(wǎng)是相對(duì)于大電網(wǎng)的一個(gè)概念。美國(guó)、歐洲等對(duì)微網(wǎng)的定義也不大一樣。

歐洲對(duì)微網(wǎng)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(lián)供；配備儲(chǔ)能裝置，并用電子裝置調(diào)節(jié)能量。[1-3]

美國(guó)對(duì)微網(wǎng)的定義為：微網(wǎng)是一種由微電源和負(fù)荷共同組成的系統(tǒng)，微網(wǎng)內(nèi)部電源主要由電子器件負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換能量，并進(jìn)行必要的控制；當(dāng)微網(wǎng)與主網(wǎng)突然解列時(shí)，微網(wǎng)亦能夠維持內(nèi)部的電能供應(yīng)，一直到排除故障。[1-3]

微網(wǎng)各元件技術(shù)參數(shù)及經(jīng)濟(jì)性尚處于研究試驗(yàn)階段，是新型電力系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。其綜合了分布式發(fā)電、新型電力電子、儲(chǔ)能和可再生能源等技術(shù)，其主要組成部分包括微電源（分布式電源）、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷和中心控制系統(tǒng)等[4]，具有自治、穩(wěn)定、兼容、靈活的特點(diǎn)。微網(wǎng)有自治和并網(wǎng)兩種方式，并網(wǎng)時(shí)可由內(nèi)部分布式電源和外部電網(wǎng)聯(lián)合對(duì)負(fù)荷供電，外部電網(wǎng)存在電能質(zhì)量問題或出現(xiàn)故障時(shí)，可通過微網(wǎng)控制系統(tǒng)使微網(wǎng)與主網(wǎng)斷開進(jìn)行自治，即僅通過內(nèi)部分布式電源向負(fù)荷供電，待故障解除后，微網(wǎng)將重新并網(wǎng)恢復(fù)運(yùn)行。

微電網(wǎng)自身的可靠性水平及微電網(wǎng)接入系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)可靠性影響等問題，已經(jīng)引起廣大電力科研人員的大力關(guān)注，但并沒有進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究階段，特別是有關(guān)微電網(wǎng)可靠性評(píng)估的研究，目前在國(guó)內(nèi)外還很鮮見。一些文獻(xiàn)對(duì)含微電網(wǎng)的系統(tǒng)可靠性評(píng)估進(jìn)行了探索，下面對(duì)此作簡(jiǎn)要介紹。

一、含微電網(wǎng)的新型系統(tǒng)可靠性評(píng)估

隨著微電網(wǎng)的接入，單電源輻射狀電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成了遍布負(fù)荷和電源的新型電網(wǎng)，使電網(wǎng)輻射狀的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，使電網(wǎng)潮流的不確定性增加了。同時(shí)，微電網(wǎng)中分布式電源的輸出功率具有隨機(jī)性和間歇性。這些問題對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制產(chǎn)生了一系列的影響，也給含微電網(wǎng)的系統(tǒng)可靠性評(píng)估帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，系統(tǒng)可靠性的評(píng)估理論與方法也將隨之產(chǎn)生變革。本文對(duì)含微電網(wǎng)的系統(tǒng)可靠性評(píng)估的相關(guān)研究介紹如下：

1.分布式電源的可靠性評(píng)估模型

與傳統(tǒng)電源相比，分布式發(fā)電具有一次能源多樣性、接入位置和運(yùn)行方式靈活、電源出力特性不同等特征，且風(fēng)電、光伏等主要分布式電源具有明顯的隨機(jī)性、間歇性等特征。所以，含分布式電源的系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估的首要問題就是對(duì)各種分布式電源進(jìn)行建模。

針對(duì)風(fēng)電、光伏等間歇、隨機(jī)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(guī)電源進(jìn)行處理，建立分布式電源的多狀態(tài)概率模型。實(shí)際風(fēng)電機(jī)組、光伏電池的出力隨風(fēng)速、日照強(qiáng)度等因素實(shí)時(shí)變化，幅值從零到額定值之間不斷隨機(jī)變化。通過多狀態(tài)概率模型將出力連續(xù)變化的風(fēng)電機(jī)組等效為離散的多狀態(tài)發(fā)電機(jī)模型，以便于利用模擬法或解析法計(jì)算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。同樣地，可應(yīng)用該思想建立計(jì)及控制策略的儲(chǔ)能設(shè)備可靠性模型。

2.分布式電源孤島劃分

當(dāng)主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需要或發(fā)生故障時(shí)，微網(wǎng)將進(jìn)入孤島狀態(tài)，該模式將對(duì)孤島內(nèi)各負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性產(chǎn)生重大影響，但是孤島的劃分需考慮負(fù)荷的不確定性、分布式電源功率輸出的隨機(jī)性以及保護(hù)配置等影響因素。

孤島劃分策略不能僅簡(jiǎn)單地考慮微電網(wǎng)中分布式電源與負(fù)荷的功率平衡，實(shí)際上，孤島運(yùn)行中還需考慮微電源功率捕捉技術(shù)、控制技術(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的平滑過渡、電源出力隨機(jī)性等因素。

3.負(fù)荷及元件可靠性參數(shù)的不確定性

負(fù)荷的特性會(huì)對(duì)可靠性的評(píng)估產(chǎn)生重要影響，可靠性評(píng)估一般將負(fù)荷處理成定值，取尖峰負(fù)荷或平均負(fù)荷；元件的可靠性參數(shù)也常根據(jù)函數(shù)的分布取相應(yīng)的期望值。分布式電源并網(wǎng)后，確定性的元件參數(shù)和負(fù)荷將不能適應(yīng)分布式電源的動(dòng)態(tài)特性，特別是在孤島方式情況下，負(fù)荷特性的研究將對(duì)孤島安全運(yùn)行特別重要。現(xiàn)在研究中，對(duì)負(fù)荷的波動(dòng)，大部分使用啟發(fā)式的預(yù)測(cè)或統(tǒng)計(jì)學(xué)或方法進(jìn)行處理，依賴于負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)。隨著智能電網(wǎng)及微網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)與負(fù)荷的互動(dòng)將更加緊密，也更加容易實(shí)時(shí)采集信息，此情況下，負(fù)荷建模也將發(fā)生新變化。

通常，上述分布式電源的可靠性模型、儲(chǔ)能設(shè)備的可靠性模型、孤島劃分策略、負(fù)荷及電源出力的相關(guān)性和隨機(jī)性等關(guān)鍵問題解決后，即可應(yīng)用傳統(tǒng)電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法，如；故障模式后果分析法、故障擴(kuò)散法、分塊法等，進(jìn)行微電網(wǎng)可靠性評(píng)估。

二、微電網(wǎng)的可靠性評(píng)估需要解決的主要問題

微電網(wǎng)中分布式電源的輸出功率具有隨機(jī)性和間歇性，含微網(wǎng)的新型系統(tǒng)具有雙向潮流，微網(wǎng)可根據(jù)需要平滑切換于不同運(yùn)行方式。此問題將對(duì)含微網(wǎng)的系統(tǒng)可靠性評(píng)估帶來很大困難。所以，微網(wǎng)可靠性評(píng)估亟需在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，對(duì)如下問題進(jìn)行深入研究：

1.微電網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前，尚無針對(duì)微電網(wǎng)可靠性評(píng)估的指標(biāo)體系。原有可靠性評(píng)估指標(biāo)不能對(duì)微網(wǎng)可靠性的影響及運(yùn)行特性進(jìn)行定量評(píng)估和深入刻畫。

2.微電網(wǎng)的運(yùn)行特性、運(yùn)行方式對(duì)系統(tǒng)可靠性的機(jī)理影響

含微網(wǎng)的新型系統(tǒng)包含多種能源轉(zhuǎn)換單元和多種能源輸入，且有多種運(yùn)行方式。微網(wǎng)的運(yùn)行特性既與其內(nèi)部?jī)?chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行特性緊密相關(guān)，也與其內(nèi)部負(fù)荷特性及分布電源特性有關(guān)，還與外網(wǎng)相互作用相關(guān)。此種相互作用將直接影響微網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。

3.儲(chǔ)能裝置和分布式發(fā)電運(yùn)行特性的可靠性建模

隨著儲(chǔ)能技術(shù)的深入開發(fā)，不同儲(chǔ)能技術(shù)的采用，對(duì)分布式電源功率輸出特性的影響較大。這將改變微電網(wǎng)的運(yùn)行方式和調(diào)度策略，進(jìn)而影響微電網(wǎng)可靠性性能。

4.多電源系統(tǒng)可靠性評(píng)估的精確高效模型和算法

微網(wǎng)的接入將傳統(tǒng)單電源輻射狀電網(wǎng)變成了遍布負(fù)荷和電源的新型系統(tǒng)。微網(wǎng)的可靠性評(píng)估須打破以往系統(tǒng)可靠性評(píng)估的限制，研究多輸入/多輸出新型系統(tǒng)可靠性評(píng)估的算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)含微電網(wǎng)的新型系統(tǒng)可靠性的合理評(píng)估。

三、結(jié)語(yǔ)

微電網(wǎng)作為一個(gè)整體的可靠性及微電網(wǎng)接入系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)可靠性影響等問題，尤其是關(guān)于微電網(wǎng)自身可靠性評(píng)估的研究和實(shí)踐，目前在國(guó)內(nèi)外還很鮮見，應(yīng)引起電力科研工作者的密切關(guān)注。

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（責(zé)任編輯：劉輝）