主动配电网运行模式对微电网可靠性的影响评估

主动配电网运行模式对微电网可靠性的影响评估
主动配电网运行模式对微电网可靠性的影响评估

第36卷第1期2015年1月

电力建设

Electric Power Construction Vol.36,No.1Jan ,2015

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主动配电网运行模式对微电网

可靠性的影响评估

孙鸣,骆燕,谭佳楠

(合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥市230000)

要:主动配电网的提出为分布式电源的高渗透率接入提供了有效的解决方案,控制运行方式的改变使得主动配电

网运行模式下微电网的运行与传统微电网有所出入,分析了主动配电网运行模式对微电网可靠性的影响,构建元件的可靠性模型,探讨了基于蒙特卡罗模拟的含微电网的主动配电网可靠性评估方法,并对改造后的IEEE RBTS 系统进行可靠性评估,对比分析在不同情境下的系统可靠性。算例的评估结果表明,微电网在主动配电网的运行模式下更能提高其可靠性。

关键词:主动配电网;微电网;分布式电源;可靠性;蒙特卡罗方法

Influence Assessment of Active Distribution Network

Operation Mode on Micro-Grid Reliability

SUN Ming ,LUO Yan ,TAN Jianan

(School of Electrical Engineering and Automation ,Hefei University of Technology ,Hefei 230000,China )

ABSTRACT :The active distribution network (ADN )provides an effective solution for the high penetration of distributed generators.The change of control and operation mode has made the microgrid operation different from that in traditional mode.In this paper ,the influerice of ADN operation mode on the microgrid reliability was analyzed and a reliability model of component was built.Based on Monte Carlo simulation a reliability evaluation algorithm for ADN containing microgrids was discussed ,and the reliability of modified IEEE RBTS was evaluated with this algorithm.Moreover ,the system reliability in different situations were compared and analyzed.The evaluation results have shown that microgrids in the ADN operation mode will effectively improve the power supply reliability.

KEYWORDS :active distribution network (ADN );microgrid ;distributed generation ;reliability ;Monte Carlo method

中图分类号:TM 727

文献标志码:A

文章编号:1000-7229(2015)01-0136-06

DOI :10.3969/j.issn .1000-7229.2015.01.021

0引言

分布式电源接入配电网越来越受到重视,不久的

将来其一定会规模化接入配电网。随着分布式能源的渗透率在电力系统各层级上的不断提高,电力系统尤其是配电网的规划和运行方式也变得相对复杂

[1-2]

。传统的配电网最初设计时未考虑DG 的接入,为实现DG 的规模化、高渗透率接入,2008年国际大电网会议(CIGRE )配电与分布式发电专委会(C6)

的C6.11项目组提出主动配电网的概念,即:可以综合控制分布式能源(DG 、柔性负载和储能)的配电网,可以使用灵活的网络技术实现潮流的有效管理,分布式能源在其合理的监管环境和接入准则基础上承担

对系统一定的支撑作用[3]

。目前国内外对于主动配

电网的研究尚处于早期阶段,文献[

4]介绍了主动网络管理并验证说明其是实现DG 高渗透率接入的有效方式;文献[1-2]、[5]均分析了主动配电网与传统

配电网、微电网的差异,且在此基础上,文献[1]提出了研究主动配电网时需要面临的五大关键问题:电力

负荷预测、需求侧资源的技术特性、典型集成模式、优化规划方法及投资的成本—效益分析,文献[2]对当前主动配电网研究的可行技术进行了归纳和总结,文献[5]则介绍了主动配电网的综合规划技术、分层分布协调控制技术、全局优化能量管理技术及成本效益分析这4个关键技术;文献[6]在分析主动配电网面临的困难基础上,提出了功率流、电压控制主动网络管理的方案,并根据具体问题提出了解决方案及可能

遇到的挑战;文献[7]提出了主动配电网的负荷及分

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布式发电的预测方法,且以此为基础分析了新型负荷和分布式电源对主动配电网规划的影响。由于主动配电网控制运行方式的改变,对其进行可靠性评估是

必不可少的,文献[8-9]基于蒙特卡罗模拟的可靠性评估方法对主动配电网进行可靠性评估。本文在分

析主动配电网运行特性的基础上,建立各元件可靠性模型,基于蒙特卡罗模拟方法研究了含微电网的主动配电网可靠性评估算法,并以改造的IEEE RBTS BUS6系统部分线路为例对比分析在不同情境下的系统可靠性。

1主动配电网的运行特点

主动配电网是由电力企业管理的公共配电网,常

态方式下配电网中的分布式电源并网运行,仅在紧急

情况下通过合理配置解列点,使得在局部范围内的分布式电源与相邻负荷以非常态方式孤岛运行,因此主动配电网是一种可以兼容微电网及其他新能源集成技术的开放体系结构

[2]

。主动配电网与传统配电网

相比有如下特点:(1)在技术标准上,因引入信息及通信技术和先进的计量设施技术,系统的运行更加灵活;(2)在管理模式上,由于智能通信技术的引入,可实现对需求侧资源的整合及对系统资产的分散式管理

[1]

;(3)在网络结构上,因分布式电源的接入系统

变得有源化;(4)在潮流流向上由原本固定的单向流动向不确定的双向转变。除以上4点外,主动配电网中的微电网与传统微电网的概念也不尽相同:并网运行时,传统的微电网仅能实现区域内的自治,对微电源所发功率仅在网内进行消纳,若所发电力过剩,只能降低其出力无法上送至配电网,而主动配电网则具有消纳间歇式能源的调节能力

[5]

,若所发电力过剩

可上送至配电网;当配电系统出现故障时,传统的微

电网强调快速无选择性地跳开与大电网相连的PCC 点处开关,主动配电网则需根据不同的故障情况实时判断动作。

2

主动配电网运行模式对微电网可靠性的影响

2.1

可靠性指标

传统的配电网可靠性指标可分为负荷点的可靠性指标和系统的可靠性指标

[10]

负荷点可靠性指标主要包括:平均故障率λ(次/

年)、平均停运持续时间r (小时/次),年平均停电时间U (小时/年)。系统可靠性指标比较典型的有:系统平均停电频率指标(system average interruption frequency index ,SAIFI )、系统平均停电持续时间指标

(system average interruption duration index ,SAIDI )、平均供电可用率指标(average system availability index ,ASAI )、期望缺供电能量(expected energy not served ,EENS )。上述各可靠性指标可由式(1)至式(6)求得。

λ=∑n

i

λi (1)U =

∑n

i

λi r i (2)

SAIFI =

∑n

i

λi N i ∑n

i

N i (次/用户?年)(3)

SAIDI =

∑n

i

λi U i ∑n

i

N i (小时/用户?年)

(4)

ASAI =∑i

8760?N i -

∑i U i ?N i

∑i

8760?N i

(5)EENS =∑i

L a (i )U i (MWh /年)

(6)

2.2

对微电网可靠性影响的分析

对故障影响进行分析是可靠性评估的基础,本文

以图1为例分析比较微电网在主动配电网及传统配电网运行模式下的故障影响后果。在传统配电网的运行模式下,将K2设为PCC 处的静态开关,图1中红色区域即为微电网,

DG 的容量能够满足负荷LP2和LP3的需求。一旦系统故障,无论是微电网内部还是外部故障,K2均快速跳开。在主动配电网的运行模式下,假定微电网区域不变,当微电网外发生故障时:外部支线故障,例如馈线1故障,由熔断器隔离故障,此时受到故障影响的负荷仅有LP1;外部供电主干线故障,则需搜索DG 容量与负荷的匹配情况形成孤岛,本例中需断开开关K1,形成孤岛运行;当微电网内发生故障时:供电的支线上故障,如馈线3故障时,只需断开开关K6,受停电影响的只有负荷LP2;供电的主干线上故障,如馈线4发生故障,则需

断开开关K3、

K4隔离故障,DG 与负荷3构成孤岛运行,负荷2继续由大电网供电。

从上述分析可看出,主动配电网的运行模式从以下2个方面来影响微电网的可靠性:(1)减少孤岛运行的次数,只有在可微电网运行的区域供电主干线故障时,才切换至孤岛;(2)由于故障时实时动作的特点,可减少一些停电事故的发生。因此,在主动配电网的模式下可靠性有一定的提高,但代价是降低了无缝切换的成功率。

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图1含DG 的配电系统

Fig.1A distribution system with DG

2.3含微电网的主动配电网可靠性评估

配电网的可靠性评估方法主要有解析法和模拟法2种,本文采用蒙特卡罗模拟的可靠性评估方法,需要事先获得系统在指定模拟时刻的分布式电源发

电功率、负荷大小以及储能的状态等数据[11]

。本文

参照文献[12-14]建立风机输出功率的随机模型,参照文献[15-17]建立光伏阵列输出功率的随机模型,参照文献[18]建立分布式电源与储能装置的联合输

出功率模型,参照[19-20]建立负荷模型。

在不影响计算精度的条件下,做出如下假设:(1)只考虑永久性故障,不考虑瞬时性故障;(2)所有元件都是可修复的;(3)元件的无故障工作时间和维修时间均为服从指数分布的随机变量;(4)不考虑断路器、熔断器等开关的误动、拒动;(5)切换至孤岛运行模式时有一定的失败率;(6)切换至孤岛运行需要短暂的开关延时,在这种情况下模拟计算时忽略停电时间,仅在停电次数的记录上加1。运用蒙特卡罗模拟的评估方法对含微电网的主动配电网进行可靠性评估的大体思路如下:首先进行系统状态抽样,找到工作时间最短(TTF min )的元件,分析每个故障对负荷的影响情况,将对负荷的影响情况分为以下3类:受故障影响停电时间为故障隔离时间的负荷;受故障影响停电时间为元件修复时间的负荷;受故障影响且负荷所在区域需进行孤岛运行的负荷。对于受故障影响停电时间为元件修复时间和停电时间为隔离开关动作时间的负荷,直接记录停电时间和停电次数;对于受故障影响负荷区域需孤岛运行的负荷,则需要抽样孤岛运行期间分布式电源与储能装置的联合出力、负荷大小,计算孤岛运行的时间,求得负荷的停电时间,最后结合各负荷的停电时间与停电次数,计算负荷及系统的可靠性指标。评估的流程如图2所示。

3算例分析

本文以改造的IEEE-

RBTS BUS6系统上的F4图2可靠性评估流程图

Fig.2

The flow chart of reliability evaluation

主馈线

[22]

作为算例分析,

在馈线18、24、30处分别接入最大输出功率为0.6MW 的光伏阵列、

1MW 的光伏阵列、1MW 的风电机组,且这3个分布式电源都分别配有0.5,0.8,0.8MW 的储能装置,改造后的系

统如图3所示。图3中共有17个断路器、11个隔离开关(装设在主干线上的每条馈线上,图中并未画

出)、23个熔断器(装设在每条负荷支路的首段,图中

并未画出)、

23个配电变压器及3个分布式电源。图3在传统配电网模式下,接入的微电网为图中的3个虚线区域;为具有可比性,在主动配电网模式下可形

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成的最大微电网区域亦为这3个虚线区域,当主干线上发生故障时,实时动作形成微电网,开关QF1是先于解列开关动作的,如馈线5发生故障,不同于传统微电网PCC 处开关最先动作,因判断故障位置的需要,QF1先于

QF2、QF8、QF14动作,但由于间隔时间很短,本文在此种情况模拟计算时仅在停电次数上加1,停电时间上则忽略不计。

图3改造的IEEE-RBTS BUS6F4配电系统Fig.3Reformed IEEE-RBTS BUS6F4system

本文在建立模型时所用到的参数取值:太阳能电

池板的效率η=0.10,阈值K C =200W /m 2

,平均晴空指数取为0.495;风机的切入风速、额定风速、切出风

速分别为3,8,20m /s ,风速的威布尔分布参数取k =2.12,c =8.44。主动配电网下切换至孤岛及传统配电网下由于网内故障切换至孤岛时的成功概率均设

为0.7。对该算例进行10万h 的模拟计算,运用matlab 仿真产生的该地年平均光照强度及风速情况分别如图4 5所示。

负荷点的故障率是较具代表性的负荷点可靠性指标,图6对比了在没有微电网、有微电网的传统配电网以及有微电网的主动配电网这3种情况下的负荷点故障率,分别绘制出这3种情况下的各负荷点故障率折线,图中横坐标表

示负荷点的编号,共有23个,纵坐标表示在模拟时间内的各负荷点故障率

图4年小时平均光照强度

Fig.4

Hourly average light intensity in a

year

图5年小时平均风速

Fig.5

Hourly average wind speed in a year

图63种情况下的负荷点故障率

Fig.6Comparison of load failure proportion in three situations

根据负荷点的可靠性指标计算得到配电系统的

可靠性指标,

本文运用式3 6得到以下4类比较典型的系统可靠性指标:SAIFI 、

SAIDI 、ASAI 、EENS ,具体的计算结果见表1。

计算结果表明:(1)与未接入微电网比较,配电网在接入微电网后可靠性得到了提高,这与其他相关文献的评估结果相同。除此以外,由计算结果还可看出,微电网在不同的运行模式下评估结果也不同,相较传统配电网中接入微电网的情况,在主动配电网模式下设置微电网时网内负荷点故障率的降低幅度更

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表1配电网可靠性指标

Table 1

Reliability indices

of distribution system

大,但对网外负荷点的故障率并无影响;(2)对比这3

种情况下的系统可靠性指标,可看出在有微电网的主动配电网下各项指标最高,这说明微电网在主动配电网的模式下运行更有利于提高系统的可靠性。

4结论

主动配电网是未来配电网的发展方向,本文研究了该模式下的微电网与传统微电网概念上的区别,分析了主动配电网的运行模式对微电网可靠性的影响,并讨论了基于蒙特卡罗模拟的含微电网的主动配电网可靠性评估算法。通过算例得出如下结论:(1)微电网接入配电网后,系统可靠性有所提高;

(2)相对于传统配电网,微电网接入主动配电网后,网内负荷点故障率进一步降低,且主动配电网的系统可靠性指标明显优于传统配电网;

(3)接入主动配电网的微电网在切换至孤岛运行时,可能会短时停电,若用电负荷可以接受短时停电,主动配电网的运行模式更有利于提高系统的可靠性。

5参考文献

[1]张建华,曾博,

张玉莹,等.主动配电网规划关键问题与研究展望[J ].电工技术学报,2014,29(2):13-23.

Zhang Jianhua ,Zeng Bo ,Zhang Yuyin ,et al.Key issues and research prospects of active distribution network planning [J ].Transactions of China Electrotechnical Society ,2014,29(2):13-23.

[2]范明天,张祖平,

苏雪傲,等.主动配电系统可行技术的研究[J ].中国电机工程学报,

2013,33(22):12-18.Fan Mingtian ,Zhang Zuping ,Su Aoxue ,et al.Enabling

Technologies for Active Distribution Systems [J ].Proceedings of the

CSEE ,2013,33(22):12-18.

[3]Christian D ,Samuel J ,Chad A.Global survey on planning and

operation of active distribution networks —Updata of CIGRE C6.11working group activities [C ]//20th International Conference and exhibition on electricity distribution.Prague ,Czech Republic :IET ,2009.

[4]Rodrigo H Chad A ,Géza J.A review of active distribution networks

enabling technologies [C ]//Power and Energy Society General Meeting.Minneapolis ,MN :IEEE ,2010:1-9.

[5]尤毅,刘东,于文鹏,

等.主动配电网技术及其进展[J ].电力系统自动化,

2012,36(18):10-16.You Yi ,Liu Dong ,Yu Wenpeng ,et al.Technology and its trends of active distribution network [J ].Automation of Electric Power Systems ,2012,36(18):10-16.

[6]Stephanie L.H ,Graham W.A ,James R.M .Problems and

solutions for control rooms in future active distribution networks [C ]//Power and Energy Society General Meeting (PES ‘09).Calgary ,AB :IEEE ,2009:1-5.

[7]钟清,孙闻,余南华,

等.主动配电网规划中的负荷预测与发电预测[

J ].中国电机工程学报,2014,34(19):3050-3056.Zhong Qing ,Sun Wen ,Yu Nanhua ,et al.Load and power forecasting in active distribution network planning [J ].Proceedings of the CSEE ,2014,34(19):3050-3056.

[8]Celli G ,Ghiani ,Soma ,et al.Active distribution network reliability

assessment with a pseudo sequential Mente Carlo Method [C ]//IEEE Trondheim ,2011.

[9]Bie Z H ,Zhang P ,Li G F ,et al.Reliability evalution of active

distribution systems including microgrids [J ].IEEE Transcations on Power Systems ,2012:27(4).

[10]刘传栓.计及分布式电源的配电网供电可靠性评估[D ].上海:

上海交通大学,

2008.Liu Chuanshuan.The distribution network reliability assessment considering the distribution generation [D ].Shanghai :Shanghai Jiao Tong University ,2008.

[11]王浩鸣.含分布式电源的配电系统可靠性评估方法研究[D ].天

津:天津大学,2012.Wang Haoming.Reliability evaluation of distribution system

including distributed

generations [D ].

Tianjin :

Tianjin

University ,2012.

[12]顾本文,王明,施晓晖.云南风能资源的特点[J ]

.太阳能学报,2000,21(1):45-49.

Gu Benwen ,Wang Ming ,Shi Xiaohui.The characteristics of wind energy in Yunnan [J ].Acta Energiae Solaris Sinica ,2000,21(1):45-49.

[13]龚伟俊,李为相,

张广明.基于威布尔分布的风速概率分布参数估计方法[

J ].可再生能源,2011,29(6):20-23.Gong Weijun ,Li Weixiang ,Zhang Guangming.The estimation algorithm on the probabilistic distribution parameters of wind speed based on Weibull distribution [J ].Renewable Energy ,2011,29(6):20-23.

[14]周双喜,鲁宗相.风力发电与电力系统[M ].中国电力出版

社,

2011.[15]汪海瑛,白晓民,马纲.并网光伏电站的发电可靠性评估[J ]

.电网技术,

2012,36(10):1-5.Wang Haiying ,Bai Xiaomin ,Ma Gang.Reliability assessment of grid-integrated solar photovoltaic system [J ].Power System

Technology ,2012,36(10):1-5.

[16]Seung-Tea Cha ,Dong-Hoon Jeon ,In-Su Bae ,et al.Reliability

evaluation of distribution system connected photovoltaic generation considering weather effects [C ]//2004International Conference on Probability Methods Applied to Power Systems.Ames ,IA :

http ://www.cepc.com.cn 141

IEEE ,2004.

[17]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术[M ].北京:电子工业出版

社,

2013.[18]梁惠施,程林,刘思革.基于蒙特卡罗模拟的含微网配电网可靠

性评估[

J ].电网技术,2011,35(10):76-81.Liang Huishi ,Cheng Lin ,Liu Sige.Monte Carlo simulation based reliability evaluation of distribution system containing microgrids [J ].Power System Technology ,2011,35(10):76-81.

[19]梁冰冰.适用于电力系统可靠性分析的负荷模型[J ]

.电网建设,2009,(1):7-8.

[20]段盼.电力系统负荷及负荷率的可靠性影响模型[D ]

.重庆:重庆大学,

2012.Duan Pan.Evaluation the impacts of system load demands and load rates on the system reliability performance [D ].Chongqing :Chongqing University ,2012.

[21]Roy B ,Guang B.Generating capacity adequacy associated with

wind energy [J ].IEEE Transactions on Energy Conversion ,2004,19(3):641-646.

[22]Roy B Satish J.A test system for teaching overall power system

reliability assessment [J ].IEEE Transactions on Power Systems ,1996,11(4):1670-1674.收稿日期:2014-12-04修回日期:2014-

12-18作者简介:

孙鸣(1957),男,教授,主要从事电力系统及其自动化方向的研究和教学工作;

骆燕(1992),女,硕士研究生,研究方向为电力系统及其自动化;谭佳楠(1991),女,硕士研究生,研究方向为电力系统及其自动化。

(编辑:刘文莹)

可靠性评估方法(可靠性预计、审查准则、工程计算)

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配电网可靠性评估算法的分类

配电网供电可靠性的评估算法 配电系统可靠性的评估方法是在系统可靠性评估方法的基础上,结合配电系统可靠性评估的特点而形成的。配电系统可靠性评估的大致思路是根据配电系统中元件运行的历史数据评价元件的可靠性指标,根据网络的拓扑结构、潮流分析、保护之间的配合关系以及元件的可靠性指标评价各个负荷点可靠指标,最后综合各个负荷点的可靠性指标,得出配电系统的可靠性指标。 目前研究电力系统可靠性有两种基本方法:一种是解析法,另一种是模拟法。 一:解析法:用抽样的方法进行状态选择,最后用解析的方法进行指标计算。 (1)故障模式影响分析法:通过对系统中各元件可靠性数据的搜索,建立故障模式后果表,然后根据所规定的可靠性判据对系统的所有状态进行检验分析,找出各个故障模式及后果,查清其对系统的影响,求得负荷点的可靠性指标。适用于简单的辐射型网络。。 (2)基于最小路的分析法:是先分别求取每个负荷点的最小路,将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响,根据网络的实际情况,折算到相应的最小路的节点上,从而,对于每个负荷点,仅对其最小路上的元件与节点进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标。算法考虑了分支线保护、隔离开关、分段断路器的影响,考虑了计划检修的影响,并且能够处理有无备用电源和有无备用变压器的情况。 (3)网络等值法:利用一个等效元件来代替一部分配电网络,并将那部分网络的可靠性等效到这个元件上,考虑这个元件可靠性对上下级馈线的影响,从而将复杂结构的配电网逐步简化成简单辐射状主馈线系统。 (4)分层评估算法:利用系统元件的可靠性数据与系统网络拓扑结构建立了系统的可靠性数学模型,在基于故障扩散的分层算法来进行系统的可靠性评估。可快速算出可靠性指标并找出供电的薄弱环节。 (5)基于最小割集的分析法。最小割集是一些元件的集合,当它们完全失效时,会导致系统失效。最小割集法是将计算状态限制在最小割集内,避免计算系统的全部状态,大大节省了时间,并近似认为系统的失效度可以为各个最小割集的不可靠度的总和。当每条支路存在大量元件时,计算量显著降低;且效率高,编程思路清晰,易于实现。本方法的关键是最小割集的确定。 (6)递归算法:先将网络用树型(多叉树)数据结构表示,利用后序遍历和前序遍历将每一馈线都用一包含了此馈线的所有数据节点来表示,由负荷点所在的顶端依次往上递归,并保留原节点,这样不仅可以算出整体可靠性指标,还可以算出所有负荷点的可靠性指标。 (7)单向等值法:将下一层网络单向等值为上一层网络,将断路器/联络开关间的元件和负荷点等值为一节点,再由下而上削去断路器/联络开关,最终可等值一个节点,便可得出整体的可靠性。由于馈线中有熔断器、变压器等存在,因此在等值前后整个网络的可靠性指标

电力系统可靠性评估方法的分析

电力系统可靠性评估方法的分析 李朝顺 (沈阳电力勘测设计院辽宁沈阳 110003) 摘要:可靠性贯穿在产品和系统的整个开发过程,形成可靠性工程这门新兴学科。可靠性工程涉及原件失效数据的统计和处理、系统可靠性的定量评定、运行维护、可靠性和经济性的协调等各方面,是一门边缘科学,它具有实用性、科学性和实间性三大特点。其可靠性评估方法是可靠性研究领域一直探索的方向,本文对现有可靠性评估方法进行论述和分析,为可靠性工作者提供参考。 关键词:系统可靠性评估分析 1电力系统可靠性概述 可靠性(Reliability)是指一个元件、设备或系统在预定时间内,在规定条件下完成规定功能的能力。可靠度则用来作为可靠性的特性指标,表示元件可靠工作的概率,可靠度高,就意味着寿命长,故障少,维修费用低;可靠度低,就意味着寿命短,故障多,维修费用高。 现代社会对电力的依赖越来越大,电能的使用已遍及国民经济及人民生活的各个领域,成为现代社会的必需品。电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助设施,按规定的技术经济要求组成的一个统一系统。发电厂将一次能源转换为电能,经过输电网和配电网将电能输送和分配给电力用户的用电设备,从而完成电能从生产到使用的整个过程。电力系统的基本结构如图1所示。 图1电力系统基本结构图 60年代中期以后,随着电力工业的发展,可靠性工程理论开始逐步引入电力工业,电力系统可靠性也应运而生,并逐步发展成为一门应用学科,成为电力工业取得重大经济效益

的一种重要手段。目前已渗透到电力系统规划、设计、制造、建设安装、运行和管理等各方面,并得到了广泛的应用,

如图2所示。 图2可靠性工程在电力系统中的应用 所谓电力系统可靠性,就是可靠性工程的一般原理和方法与电力系统工程问题相结合的应用科学。电力系统可靠性包括电力系统可靠性工程技术与电力工业可靠性管理两个方面。电力系统可靠性实质就是用最科学,经济的方式充分发挥发、供电设备的潜力,保证向全部用户不断供给质量合格的电力,从而实现全面的质量管理和全面的安全管理。因此,一切为提高电力系统、设备健康水平和安全经济运行水平的活动都属于电力工业可靠性工作的范畴,都是为了提高电力工业可靠性水平所从事的服务活动。 通常,评价电力系统可靠性从以下两方面入手[2]。 (1) 充裕性(adequacy)—充裕性是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力,同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运.又称为静态可靠性,即在静态条件下电力系统满足用户电力和电能量的能力。充裕性可以用确定性指标表示,如系统运行时要求的各种备用容量(检修备用、事故各用等)百分比,也可以用概率指标表示,如电力不足概率(LOLP),电力不足时间期望值(LOLE),电量不足期望值(EENS)等。 (2) 安全性(security)—安全性是指电力系统承受突然发生的扰动,如突然短路或未预料到的失去系统元件的能力,也称为动态可靠性, 即在动态条件下电力系统经受住突然扰动且不间断地向用户提供电力和电能量的能力。安全性现在一般采用确定性指标表示,例如最常用的可靠 性工 程在 电力 系统 中的 应用 元件故障数据统计和处理 可靠性数学理论 电源可靠性 输电系统可靠性 配电系统可靠性 大电力系统可靠性 可靠性管理 电气主接线可靠性 负荷预测 可靠性设备预诊断 故障分析 可靠性指标预测 建设安装质量管理 最佳检修和更换周期的确定 运行方式可靠性定量评估 可靠性工程教育

可靠性评估

可靠性概念理解: 可靠性是部件、元件、产品、或系统的完整性的最佳数量的度量。可靠性是指部件、元件、产品或系统在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下无故障的完成其规定功能的概率。从广义上讲,“可靠性”是指使用者对产品的满意程度或对企业的信赖程度。 可靠性的技术是建立在多门学科的基础上的,例如:概率论和数理统计,材料、结构物性学,故障物理,基础试验技术,环境技术等。 可靠性技术在生产过程可以分为:可靠性设计、可靠性试验、制造阶段可靠性、使用阶段可靠性、可靠性管理。我们做的可靠性评估应该就属于使用阶段的可靠性。 机床的可靠性评定总则在GB/T23567中有详细的介绍,对故障判定、抽样原则、试验方式、试验条件、试验方法、故障检测、数据的采集、可靠性的评定指标以及结果的判定都有规范的方法。对机床的可靠性评估时,可以在此基础上加上自己即时的方法,做出准确的评估和数据的收集。 可靠性研究的方法大致可以分为以下几种: 1)产品历史经验数据的积累; 2)通过失效分析(Failure Analyze)方法寻找产品失效的机理; 3)建立典型的失效模式; 4)通过可靠性环境和加速试验建立试验数据和真实寿命之间的对应关系;5)用可靠性环境和加速试验标准代替产品的寿命认证; 6)建立数学模型描述产品寿命的变化规律; 7)通过软件仿真在设计阶段预测产品的寿命; 大致可把可靠性评估分为三个阶段:准备阶段、前提工作、重点工作。 准备阶段:数据的采集(《数控机床可靠性试验数据抽样方法研究》北京科技大学张宏斌) 用于收集可靠性数据, 并对其量化的方法是概率数学和统计学。在可靠性工程中要涉及到不确定性问题。我们关心的是分布的极尾部状态和可能未必有的载荷和强度的组合, 在这种情形下, 经常难以对变异性进行量化, 而且数据很昂贵。因此, 把统计学理论应用于可靠性工程会更困难。当前,对于数控机床可靠性研究数据的收集方法却很少有人提及, 甚至可以说是一片空白。目前, 可靠性数据的收集基本上是以简单随机抽样为主, 甚至在某些情况下只采用了某一个厂家在某一个时间段内生产的机床进行统计分析。由此所引发的问题就是: 这样收集的数据不能够很好地反映数控机床可靠性的真实状况, 同时其精度也不能够令人满意。 由于现在数控机床生产厂家众多、生产量庞大、机床型号多以及成产的批次多,这样都对数据的收集带来了很大的困难。因此,在数据采样时: (1)必须采用合理的抽样方法来得到可靠性数据; (2)简单随机抽样是目前普遍应用的抽样方法,但是必须抽取较大的样本量才能够获得较高的精度和信度; 针对以上的特点有三种数据采集的方法可以选择:简单随机抽样、二阶抽样、分层抽样。 (1)简单随机抽样:从总体N个单元中,抽取n个单元,保证抽取每个单元或者几个单元组合的概率相等。

含光储系统的柔性直流配电网可靠性评估方法与制作流程

图片简介: 本技术介绍了一种含光储系统的柔性直流配电网可靠性评估方法,它包括:建立IGBT的失效模式,选择RC热网络法建立IGBT的电热耦合模型并得到工作时的结温,最后采用Coffin Manson Arrhenius广延指数模型对IGBT 进行可靠性评估;选择部件计数法对直流配电网关键设备进行可靠性预测;通过冗余方法分析后分别对三种不同结构的MMC型换流器、ISOP型直流变压器以及光伏储能并网用的AC/DC变流器和DC/DC变流器进行可靠性建模;对直流配电系统可靠性评估;对交直流互联配电系统可靠性评估;解决了对含光储系统的交直流混合电网的可靠性评估采用现有技术的评估方法存在准确性较差等技术问题。 技术要求 1.一种含光储系统的柔性直流配电网可靠性评估方法,它包括: 步骤S1:建立IGBT的失效模式,选择RC热网络法建立IGBT的电热耦合模型并得到工作时的结温,最后采用Coffin-Manson-Arrhenius广延指数模型对IGBT进行可靠性评估; 步骤S2:选择部件计数法对直流配电网关键设备进行可靠性预测;通过冗余方法分析后分别对三种不同结构的MMC型换流器、ISOP型直流变压器以及光伏储能并网用的AC/DC变流器和DC/DC变流器进行可靠性建模; 步骤S3:根据步骤S1和S2建立的模型对直流配电系统可靠性评估; 步骤S4、根据步骤S1和S2建立的模型对交直流互联配电系统进行可靠性评估。

2.根据权利要求1所述的一种含光储系统的柔性直流配电网可靠性评估方法,其特征在于:步骤S1具体包括: 步骤S11:对IGBT和二极管进行损耗计算,包括通态损耗、开关损耗以及截止损耗; 步骤S12:建立IGBT的电热耦合模型并得到工作时的结温;将IGBT内部温度的运算转化为由Foster模型等效的电流源、电阻和电容串联的一阶电路运算,IGBT和二极管的功率损耗分别作为对应的电流源输入,IGBT 和二极管的热阻热容作为对应的电阻电容,则IGBT和二极管芯片到壳之间的电压即为结温; 步骤S13:采用Coffin-Manson-Arrhenius广延指数模型对IGBT进行可靠性评估,下式所示: 式中,ΔTj是IGBT的结温差,α、β是模型参数,根据功率循环曲线通过函数拟合得到;Tm为平均结温。Ea是激活能,数值为9.89×10-20J,kB是玻尔兹曼常数。 3.根据权利要求1所述的一种含光储系统的柔性直流配电网可靠性评估方法,其特征在于:步骤S2包括以下步骤: 步骤S21:冗余方法分析,不同冗余设计可靠性计算公式如下: 主动冗余:当单元系统的冗余设计为主动冗余时,n个子模块中至少有k个子模块投入运行可以保证单元系统的正常运行,假设子模块数量为n,当单元系统正常运行时需要k个子模块正常工作,子模块的故障率为 λSM,可靠度可表示为: 则单元系统的故障率为: 式中Rs(t)为系统可靠度,i为流过系统的电流大小; 被动冗余:当单元系统的冗余设计为被动冗余时,有n-k个备用子模块,它们服从尺度参数为λSM、形状参数为n-k+1的伽马分布,可靠度可表示为:

电力系统可靠性评估指标

电力系统可靠性评估指标 1.1 大电网可靠性的测度指标 1. (电力系统的)缺电概率 LOLP loss of load probability 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的概率,即 ∑∈=s i i P LOLP 式中:i P 为系统处于状态i 的概率;S 为给定时间区间内不能满足负荷需求的系统状态全集。 2. 缺电时间期望 LOLE loss of load expectation 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的小时或天数的期望值。即 ∑∈=s i i T P LOLE 式中:i P 、S 含义同上; T 为给定的时间区间的小时数或天数。缺电时间期望LOLE 通常用h/a 或d/a 表示。 3. 缺电频率 LOLF loss of load frequency 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的次数,其近似计算公式为 ∑∈=S i i F LOLF 式中:i F 为系统处于状态i 的频率;S 含义同上。LOLF 通常用次/年表示。 4. 缺电持续时间 LOLD loss of load duration 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的平均每次持续时间,即 LOLF LOLE LOLD = LOLD 通常用小时/次表示。 5. 期望缺供电力 EDNS expected demand not supplied 系统在给定时间区间内因发电容量短缺或电网约束造成负荷需求电力削减的期望数。即 ∑∈=S i i i P C EDNS 式中:i P 为系统处于状态i 的概率;i C 为状态i 条件下削减的负荷功率;S 含义同上。期望缺供电力EDNS 通常用MW 表示。

关于主动配电网技术及其进展的探讨

关于主动配电网技术及其进展的探讨 摘要:在我国城市化进程不断推进的背景下,社会用电量显著提升,但是因为传统能源储量的限制,我国的电力技术正逐步向智能化、高效化、灵活化的方向发展,旨在保证电力行业的可持续发展。主动配电网技术可以实现大规模间歇式新能源并网运行控制,有效改善传统电网中存在的安全性问题以及配电网短路容量等问题,促进电力行业的健康、稳定发展。本文主要对主动配电网技术及其进展进行了详尽的探讨,力求为今后工作提供一定的技术支持。 关键词:主动配电网技术;进展;探讨 引言 在我国传统的配电网发展运行过程中,通常是依靠灵活的网络结构和较大的容量裕度来应对配电网运行过程中存在的电网运行稳定问题,从而保证电网系统的安全可靠运行。随着我国电力行业的发展,电网技术的发展,主动配电网技术的实施,有效地提高了分布式能源在电力系统的发展,使得电网系统的运行变得更加复杂,同时也更加的智能化。对于电网运行过程中存在的可再生能源消纳能力不足、网架薄弱、自动化水平低的问题都得到了有效的改善,因此主动配电网技术的实施对于我国电力行业的发展起到了很好的促进作用。 1.主动配电网技术概述 传统配电网是一种基于电网供电与用户用电之间的单向电力分配的网络,是一种电网(网)-负荷(荷)双元结构,随着分布式能源(源)在配电网的高度渗透,传统配电网的二元结构将逐步升级为源-网-荷的三元结构源的接入,不仅改变原有的网-荷单向电力潮流,形成网-荷源-荷源-网的双向复杂潮流,而且由于源的不确定性,使得源-网-荷三元结构很难形成稳定的平衡主动配电网的提出正是基于这一现状使得源-网-荷高度协调,缓解及消除源荷的不确定性,实现三元结构的新平衡。 2.主动配电网技术的发展 源实现有效的网络运行调度以后,不再是单纯的简单连接,而是通过多个DG 集成,形成复杂的控制系统,从而在智能化的主动配电网结构系统中,实现对DG的快速控制,通过实现分层控制,从而能够主动地解决主动配电网多分布式能源和其他可控装置的协调运行,从而在优势条件下实现对分布式控制结构的有效管理。现有的配电系统是在电力潮流从变电站单向流向负荷点这一基础上完成设计的,但是DG的接入,使得配电网的市场发生了较大的改变,对配电网的规划、运行和分析方法都发生了较大程度的改变,这也使得主动配电网的规划、运行和分析有了新的内容和控制理念。下面我简要对主动配电网技术的发展进行探讨。 2.1主动配电网的综合规划技术 在以往的配电网系统中,没有考虑到DG的引人对于配电网产生的影响,同时对于主动配电网的灵活控制特性和网络结构都没有达到较好的规划程度。主动配电网技术的应用,使得主动配电网的规划不但对传统的配电网实施了有效地规划,同时对于重新布线、网络重构和安装新的联络开关等都产生了较大的影响。在整个主动配电网的综合规划过程中,通过对资源配置、资金利用以及分布式能源、需求等方面进行综合考虑,但是这样的规划设计会提高了主动配电网综合规划的不确定性,使得可再生能源的间歇性出现较大程度的不确定。 当前我国已经有部分学者对分布式能源的优化配置进行了一定的研究,当然

配电网论文题目

配电网故障恢复与网络重构 [1]邹必昌.含分布式发电的配电网重构与故障恢复算法研究[D].武汉大学 2012 [2]潘淑文加权复杂网络抗毁性及其故障恢复技术研究[D].北京邮电大学 2011 [3]周永勇.配电网故障诊断、定位及恢复方法研究[D].重庆大学2010 [4]丁同奎.配电网故障定位、隔离及网络重构的研究[D].东南大学2006 [5]周睿.配电网故障定位与网络重构算法的研究[D].哈尔滨工业大学 2008 [6]姚玉海.基于网络重构和电容器投切的配电网综合优化研究[D].华北电力大学 2012 配电网脆弱性分析与可靠性评估 [1]汪隆君.电网可靠性评估方法及可靠性基础理论研究[D].华南理工大学 2010 [2]何禹清.配电网快速可靠性评估及重构方法研究[D].湖南大学2011 [3]王浩鸣.含分布式电源的配电系统可靠性评估方法研究[D].天津大学 2012

[4]任婷婷.改进网络等值法在配电网可靠性评估中的应用研究[D].太原理工大学 2012 [5]吴颖超.含分布式电源的配电网可靠性评估[D].华北电力大学2011 [6]王新智.电网可靠性评估模型及其在高压配电网中的应用[D].重庆大学 2005 [7]郑幸.基于蒙特卡洛法的配电网可靠性评估[D].华中科技大学2011 配电网快速仿真与模拟 [1]周博曦.基于IEC 61968标准的配电网潮流计算系统开发[D].山东大学 2012 [2]徐臣.配电快速仿真及其分布式智能系统关键问题研究[D].天津大学 2009 [3]马其燕.智能配电网运行方式优化和自愈控制研究[D].华北电力大学(北京)2010 [4]康文文.面向智能配电网的快速故障检测与隔离技术研究[D].山东大学 2011 [5]许琪.基于配电网的馈线自动化算法及仿真研究[D].江苏科技大学 2012

蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中地应用

3 蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用 3.1电力系统可靠性评估的内容与意义 可靠性指的是处于某种运行条件下的元件、设备或系统在规定时间内完成预定功能的概率。电力系统可靠性是指电网在各种运行条件下,向用户持续提供符合一定质量要求的电能的能力。电力系统可靠性包括充裕度(Adequacy)和安全性(seeurity)两个方面。充裕度是指在考虑电力元件计划与非计划停运以及负荷波动的静态条件下,电力系统维持连续供应电能的能力,因此又被称为静态可靠性。安全性指的是电力系统能够承受如突然短路或未预料的失去元件等事件引起的扰动并不间断供应电能的能力,安全性又被称为动态可靠性。目前国内外学者对充裕度评估的算法和应用关注较多,且在理论和实践中取得了大量的研究成果,但随着研究的深入也出现了很多函待解决的新课题。电力系统的安全性评估以系统暂态稳定性的概率分析为基础,在原理、建模、算法和应用等方面都处于起步和探索阶段。由于电力系统的规模很大,通常根据功能特点将其分为不同层次的子系统,如发电、输电、发输电组合、配电等子系统,对电力系统的可靠性评估通常也是对上述子系统单独进行。不同层次的子系统的可靠性评估的任务、模型、算法都有较大区别。电力系统在正常运行情况下,系统能够正常供电,不会出现切负荷的事件。如果系统受到某些偶发事件的扰动,如元件停运(包括机组、线路、变压器等电力元件的计划停运与故障停运)、负荷水平变化等,可能会引起系统功率失衡、线路潮流越限和节点电压越限等故障状态,进而导致切负荷。电力系统可靠性研究的主要内容是基于系统偶发故障的概率分布及其后果分析,对系统持续供电能力进行快速和准确的评价,并找出影响系统可靠性水平的薄弱环节以寻求改善可靠性水平的措施,为电力系统规划和运行提供决策支持。 3.2电力系统可靠性评估的基本方法 电力系统可靠性评估方法可分为确定性方法和概率性方法两类。确定性方法主要是对几种确定的运行方式和故障状态进行分析,校验系统的可靠性水平。在电源规划中,典型的确定性的可靠性判据有百分备用指标和最大机组备用指标;电网规划

电力系统配电网自愈技术及评估方法

电力系统配电网自愈技术及评估方法 【摘要】本文对实现配电网自愈的关键技术进行了简单介绍,对几种配电网接线方式的自愈性进行了分析,最后介绍了基于节点收缩法的配电网自愈能力评估方法。 【关键词】配电网;自愈控制;评估方法 前言 自愈功能是智能电网的特征之一。世界各国对智能电网研究的侧重点不同。美国主要通过通信技术、分布式电源并网技术的运用来提高电网的可靠性;欧洲国家比较重视分布式电源并网技术的研究和运用;我国提出的智能电网是以特高压电网为骨干的网架结构,集成信息技术、决策支持技术、自动控制技术,适应各类电源与用电设施的接入与退出,能与用户进行友好交互,具有系统自愈能力,显著提高系统的可靠性和运行效率。电网自愈控制使得系统能不间断供电,避免故障发生,若发生了故障,故障后不丢失负荷且可以抵御下一次故障的冲击。 1 配电网自愈的关键技术概述 配电网自愈技术建立在智能电网灵活运行方式的基础上,完成主动解列、灵活分区,实现自适应的分布控制,需要智能硬件装置以及相关软件系统的协调控制来实现,涉及继电保护控制、自动控制装置、计算机软硬件以及应用数学等多个领域,实现对系统实时或超时的监测。 配电网自愈包括以下几个主要方面:(1)坚强灵活的电网物理结构,灵活的配电网结构能根据实际运行情况提供多条供电路径。正常情况下通过网络的优化以平衡负荷、减少网损;故障后通过网络快速重构将故障快速隔离和恢复。(2)智能馈线自动化系统。智能馈线自动化技术实现对整个网络的监控和操作,要求开关装置等设备具有良好的选择性和“四遥”功能,能自动识别、检测故障。(3)可靠的通信网络。提高系统输电、配电和用电效率必须要有高效、实时、可靠的网络来进行信息的交互,由智能调配中心进行统一控制。配电网可以通过网络通信进行自我检测,对潮流进行重新分配缩小故障范围。(4)监测系统和软件处理系统。强大的监测能力和快速仿真能力的软件处理系统是实现配电网自愈的关键。监测系统实时地对电力设备进行监测和诊断,仿真软件根据实时的系统数据对系统状态做出仿真,预测电网状态。 2 典型的配电网接线及自愈性分析 配电网的结构与系统的供电容量、供电可靠性和经济性关系密切,配电网的网架结构要与所在城市的负荷水平、电源规划相适应,因此,各个配电系统的负荷密度、接地方式、地形地势、运行方式各不相同。中低压配电网的接线方式主要有:单电源辐射型接线、单环网接线、多分段多联络接线等形式。

城市中压配电网的可靠性评估方法研究

城市中压配电网的可靠性评估方法研究 发表时间:2019-01-08T10:45:19.233Z 来源:《电力设备》2018年第24期作者:李壁辉 [导读] 摘要:配电网是一个综合性的系统,文章第一步对中压配电网可靠性进行了相关论述,重点放在了可靠性的评估标准以及这些标准的特性上,针对现有的配电网可靠性评估方法展开论述,运用对比分析的手法解析了现有中压配电网可靠性评估的方法,其中最有代表性的就是网络等值法和分块算法,深入解析了配电网自愈控制的必要性,及其对配电网可靠性影响,文末对今后配电网的走向进行了展望。 (广东电网揭阳揭西供电局有限责任公司广东省揭阳市 515400) 摘要:配电网是一个综合性的系统,文章第一步对中压配电网可靠性进行了相关论述,重点放在了可靠性的评估标准以及这些标准的特性上,针对现有的配电网可靠性评估方法展开论述,运用对比分析的手法解析了现有中压配电网可靠性评估的方法,其中最有代表性的就是网络等值法和分块算法,深入解析了配电网自愈控制的必要性,及其对配电网可靠性影响,文末对今后配电网的走向进行了展望。 关键词:配电网;可靠性评估;网络等值法;分块算法 在现有的配电网可靠性分析方法中,最为有效的就是模拟法和解析法两种。在网络等值法和分块算法之上的混合算法有着很大的可行性,其在计算速度上有着很明显的提高,不过其要对复杂配电网展开等值或者分块是比较复杂的,必须要借助先进的拓扑分析理念,这就需要大量的时间成本,故而,在实际条件下不是很合适,一般使用的是解析法。现在运行的配电网可靠性方法都有其独特的优势,但是同时也有各自的技术难题和不足之处。 1配电网可靠性评估的指标和各个指标的特点 所谓的配电网可靠性,详细来说就是两点,一是其自身的可靠性,二是其向用户供电能力的可靠性。配电系统可靠性的评估标准一般是:平均故障率、故障状态下的断电时间、年平均持续断电时长。配电网技术在近年来得到了极大的提升,通常配电网都是具有很大规模的,内部结构极为复杂,有兼具开环和闭环的环网,有联络断路器等。在线路的布置上也不一而足,同时还需要借助开关进行分割。不过,对于配电网可靠性指标而言,高阶失效事件一般也不会带来多大的影响,它的辐射式乃至弱环网的特性,使得配电原件出现损坏的概率大大减小,同时断电的时间也变得极低。 2常用的配电网可靠性评估研究方法 2.1网络等值法 2.1.1网络等值法的实现 配电网中一般都有着很多的馈线,其又可以再分为主馈线和分支馈线。后者的分支还可以继续延伸,分支馈线内有各种原件和相关联的负荷支路,借助配电网的这个特点,就很容易对配电网进行层次划分了。馈线及其含有的部件可以构成一个级,然后它的分支就可以划分在下一级了,不过需要强调的是分支馈线需要列在同一层。所谓的区域网络,就是将馈线作为基础的各个区域的集成,在这里面的原件及负荷点具有相似的性能指标,比如同样的断电时间和可靠性指标,如此一来,在进行可靠性评估时,网络节点数和负荷点数就可以大大的降低了,进而也能够保证评估时的计算量。 2.1.2网络等值法的缺点 再繁杂的配电网都能够借助馈线分层来简化,但是这个过程的工作量是极大的,对于各个子系统需要不断地进行等效,节点需要不断地合并分解,在结果上就是将呈现一个连续的系统,同时还有负荷的可靠性,但是并不是单个的负荷可靠性指标,要得到这个结果还需要进一步的计算,这又是一个庞大的计算量。 2.2分块计算 2.2.1分块计算的实现 把系统列为很多块,其间含有多个元素,故障节点能够在块的基础上进行检索,运用的手段为故障扩散法,由此就能够得出负荷点,乃至于馈线和系统的可靠性指标也就有了。块是在邻接矩阵的基础上产生的,在存储方式上使用的是稀疏技术,如此一来就不用对元素逐一列举了,在时间上就有了很大的余量,进而也就减少了对系统的评估时间。分块算法自身的劣势也很大,当面对节点和开关数目较多的网络时,分块需要的时间是很长的,这在实际环境下并不具有可行性。 2.2.2分块计算的缺点 运用稀疏技术的好处就是节省了大量对元素的列举时间,但是在节点和开关数目较多时,时间也会比较长,这样一来优势就会丧失。 2.3失负荷分析 2.3.1失负荷分析的实现 失负荷一般有两种情况,一种是全部失负荷,还有一种就是部分失负荷。如果故障点位于供电的最小割集中,负荷供电就会彻底瘫痪,转换为全部失负荷。但是当其出现在有容量约束的电力原件时,其他原件负载就会变大,进而变成部分负荷被割离,就是部分失负荷。实际情况下,配电网中多含有环状网和有容量约束的原件,因此在进行可靠性评估时,必须要注意部分失负荷对其的影响。在辐射型配电网中,如果具有能够进行负荷转移的联络开关,那么容量约束的作用就要重点关注了。笔者建议运用树状网二次潮流估计法来进行失负荷解析,其优势在于能够极大的简化计算。 2.3.2失负荷分析的缺点 使用此种方法来解析失负荷时,尽管可以在一定程度上简化计算,但是其花费在对故障潮流计算上的时间就已经很多了。 3未来研究方向展望 至于为何要进行配电网评估方法的研究,为的就是找到一种合适的方法去加强配电网的可靠性,就目前来看,发展智能配电网自愈控制技术极有必要,其不但能够提升配电网的可靠性和安全性,同时还能够避免大规模停电事件的出现,处理大量DG 接入的难题。配电网可靠性提升的关键就在智能配电网自愈控制技术,在配电网出现问题时,能够缩短非故障段的断电时长,但是也有一些因素限制了配电网自愈控制功能的达成,比如智能剖析和决策能力等,在今后的时间里应该投入更多的精力,实现相关技术的突破。 在当前这个时期,不管是何种针对网络连通性的分析手段,都必须要对单个负荷点或失效事件展开一次全面的网络拓扑搜索,在特性上表现为规模巨大,同时花费时间也极长,这样一来其在实用性上也有一定的阻碍。有鉴于此,在以后的发展历程中,必须要加大研究的力度;从其他配电网可靠性评估方面展开剖析,当前的探究依旧处在前期阶段,各个方面都需要花费时间进行完善。除此之外,当前行业

电力系统可靠性评估发展

电力系统可靠性评估发展 发表时间:2019-07-15T11:39:19.827Z 来源:《河南电力》2018年23期作者:薛琦 [导读] 电力系统的作用和任务就是保证用户用电的可靠性和经济性,并且要保证供电的质量。 (国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司 050000) 摘要:电力系统的作用和任务就是保证用户用电的可靠性和经济性,并且要保证供电的质量。随着经济的增长,电网向远距离、超高压甚至特高压方向的发展也越来越快,网络的规模日益庞大,结构也日益复杂。本文在对电力系统可靠性评估的研究现状进行学习的基础上,介绍了可靠性分析中的两个准则即N-1准则和概率性指标或变量的准则,在概率、频率、平均持续时间、期望值等指标框架内,讨论了解析法和蒙特卡洛法的基本原理及其在电力系统可靠性评估中的应用。 关键词:系统可靠性解析法;蒙特卡洛模拟法 一、可靠性产生背景 20世纪50年代,可靠性概念的提出开始于工业,并首先在军用的电子设备中得到应用。到了60年代中期,美国、西欧和日本以及前苏联等国家电力系统陆续出现稳定性的破坏事故,导致了大面积的停电,因此可靠性技术引入了电力系统。 1968年成立了美国电力可靠性协会,在美国的12个区各自制定可靠性准则,保证电力系统能经受较大事故的冲击,避免由于连锁反应导致大面积停电。 1981 年随着加拿大和墨西哥的加入改名为北美电力可靠性协会。 20世纪90年代电力市场的出现和1996年美国西部发生的两次停电事故成为影响电力系统可靠性进一步发展的因素。 近些年来不断发生大范围的停电事故,事故发生的同时也给人们带来了一些启示:确定性准则在大电网的规划和运行中受到了诸多限制,因此需要一些新的方法和观点来全面反映电网的状态,如需要考虑电网的一些随机事件。 二、可靠性在电力系统中的应用 电力系统的作用和任务就是保证用户用电的可靠性和经济性,并且要保证供电的质量。随着电力系统规模的扩大,对电力系统可靠性的评估也要求更加准确,但是系统元件的不断增加,系统自动化程度不断提高,所以在可靠性评估中的难度也越来越大。发输电系统可靠性评估方法及发展单一的对发电系统或输电系统进行可靠性评估,结果在实际中就会有一定的局限性。 由于评估中要考虑元件的响应、网络结构、电压的质量等因素,所以计算量比较大计算也极其复杂。同时,回顾各大连锁停电故障,可以观察到的一个现象是电力系统的运行状态随着故障的连锁发生而不断恶化,系统内其他元件承受的负荷不断增加,系统趋近于某种临界状态,此时某些小概率故障(例如输电线路悬垂增加与树木接触,保护的隐性故障等)发生的概率显著增加,且一个小的事件可能会导致一个大事件乃至突变。而且,调度人员可能由于对当前系统的状态缺乏估计和了解,忽视了某些看起来平常的扰动,结果却可能导致无法估计的停电损失;或者出于对连锁大停电故障的过分担忧,实施相对保守但更加安全的控制方案,在一定程度上损害了运行经济性。因此针对上述出现的问题,如何利用新的方法更加准确和全面的反映电力系统的可靠性,并提高计算的速度,具有重要的理论研究意义和工程应用价值。 三、可靠性评估准则 电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助设施,按照规定的技术经济要求组成的统一系统。随着电力工业的发展,可靠性发展成为一门应用学科,成为电力工业取得重大经济效益的一种重要手段。电力系统可靠性实质就是用最科学、经济的方式充分发挥发、供电设备的潜力,保证向全部用户不断供给质量合格的电力,从而实现全面的质量管理和全面的安全管理。 可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内,在规定条件下完成规定功能的能力。可靠度则用来作为可靠性的特性指标,表示元件可靠工作的概率,可靠度高,就意味着寿命长,故障少,维修费用低;可靠度低,就意味着寿命短,故障多,维修费用高。 可靠性评估准则,因为在电力系统中所需要的可靠性水平应达到一定的条件,所以可靠性评估应该对应相应的可靠性准则。在可靠性分析中有两个准则分别是N-1准则和概率性指标或变量的准则。在传统的可靠性评估中主要采用的是N-1准则。确定性的N-1准则已经在电力系统可靠性评估中广泛的使用了许多年,该准则概念清晰,可操作性好。N-1准则是指正常运行方式下电力系统中任意一元件(如线路、发电机、变压器等)无故障或因故障断开后,电力系统应能保持稳定运行和正常供电,并且其他元件不过负荷,电压和频率均在允许的范围内。 这一准则要求单个系统元件的停运不会造成任何损害或者负荷削减。但同时N-1准则有两个缺点:第一个是没有考虑多元件失效;第二是只分析了单一元件失效的后果,而没有考虑其发生的概率多大。如果选择的故障事件不是非常严重,但是发生的概率比较高,基于该类故障事件的确定性分析得出的结果仍然会使系统有较高的风险。相反,即使一个具有严重后果的故障事件发生但是它的的概率可忽略不计,基于这类事件的确定性分析就会导致规划评估中过分投资。 概率评估不仅可计及多重元件的失效事件,而且可以同时考虑事件的严重程度和事件发生的概率,将二者适当结合可以得到如实反映系统可靠性的指标。使用概率性指标评估的目的是在系统评估过程中增加新的考虑因素,而不是代替已经在可靠性评估中使用了多年的N-1准则,两者之间并无冲突,将二者结合起来可更加全面准确的反映系统的可靠性水平。 四、可靠性评估方法 电力系统可靠性是通过定量的可靠性指标来度量的。为了满足不同场合的需要和便于进行可靠性预测,已提出大量的指标,其中较多的主要有以下几类: (1)概率:如可靠度,可用率等; (2)频率:如单位时间内的平均故障次数; (3)平均持续时间:如首次故障的平均持续时间、两次故障间的平均持续时间、故障的平均持续时间等; (4)期望值:如一年中系统发生故障的期望天数。 上述几类指标各自从不同角度描述了系统的可靠性状况,各自有其优点及局限性。在实际应用过程中往往是采用多种指标来描述一个

分布式电源对配电网的可靠性影响

分布式电源对配电网的可靠性影响 摘要:凭借运行方式灵活、环境友好等特点,越来越多的分布式电源被接入到配电网中,这在对配电系统的结构和运行产生一系列影响的同时,也将改变原有的配电系统可靠性评估的理论与方法。由于用户可以同时从传统电源和分布式电源两方面获取电能,配电系统的故障模式影响分析过程将发生根本性改变,需要考虑系统的孤岛运行。此外,风机、光伏等可再生分布式电源出力波动性以及储能装置运行特性的影响更加剧了问题的复杂性。 本文使用一种分布式电源低渗透率情形下配电系统可靠性评估的准序贯蒙特卡洛模拟方法,计算与用户相关的配电类可靠性指标,指标分别为EENS,SAIDI,和SAIFI。应用馈线区的概念,研究了分布式电源接入后配电系统的故障模式影响分析过程,对系统中的孤岛进了分类,并采用启发式的负荷削减方法维持孤岛内的电力平衡。在上级电源容量充足的前提下,该方法对系统中非电源元件的状态进行序贯抽样,而对风机、光伏、蓄电池组等分布式电源的状态进行非序贯抽样,可以在确保一定计算精度的同时提高模拟速度。 关键词:配电系统,可靠性评估,分布式电源,馈线区,准序贯蒙特卡洛模拟

1、分布式发电发展概况 作为集中式发电的有效补充,分布式发电近年来备受关注,分布式发电技术也日趋成熟,其发展正使得现代电力系统进入了一个崭新的时代。尽管到目前为止,分布式发电尚无统一的定义,但通常认为,分布式发电(Distributed Generation,DG)是指发电功率在几千瓦至几十兆瓦之间的小型化、模块化、分散化、布置在用户附近为用户供电的小型发电系统。它既可以独立于公共电网直接为少量用户提供电能,又可以接入配电系统,与公共电网一同为用户提供电能。按照分布式电源(Distributed Energy Resource, DER或Distributed Generator,DG)是否可再生,分布式发电可分为两类:一类是可再生能源,包括太阳能、风能、地热能、海洋能等发电形式;另一类是不可再生能源,包括内燃机、热电联产、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式。此外,分布式发电系统中往往还包括储能装置。 分布式发电的优势包括: 1)经济性:由于分布式发电位于用户侧,靠近负荷中心,因此大大减少了输配电网络的建设成本和损耗;同时,分布式发电规划和建设周期短,投资见效快,投资的风险较小。 2)环保性:分布式发电可广泛利用清洁可再生能源,减少化石能源的消耗和有害气体的排放。 3)灵活性:分布式发电系统多采用性能先进的中小型模块化设备,开停机快速,维修管理方便,调节灵活,且各电源相对独立,可满足削峰填谷、对重要用户供电等不同的需求。 4)安全性:分布式发电形式多样,能够减少对单一能源的依赖程度,在一定程度上缓解能源危机的扩大;同时,分布式发电位置分散,不易受意外灾害或突发事件的影响,具有抵御大规模停电的潜力。 上述分布式发电的独特优势是传统的集中式发电所不具备的,这成为了其蓬勃发展的动力。为此,世界上很多国家和地区都制定了各自的分布式发电发展战略。例如,在2001年,美国的DG容量就占到了当年总发电容量的6%,而其于同年制定完成的DG互联标准IEEE P1574,则规划在10-15年后DG容量将占到全国发电量的10-20%;欧盟也于2001年制定了旨在统一协调欧洲各国分布式电源的“Integration”计划,预计在2030年DG容量达到发电总装机容量的30%左右;我国对DG的发展也十分重视,相继颁布了《可再生能源法》和《可再生能源中长期发展计划》,计划在2020年DG容量达到总装机容量的8%。 但是,在伴随着诸多好处的同时,分布式发电的发展给电力系统,特别是配电系统的规划、分析、运行、控制等各个环节都带来了全新的挑战。分布式电源自身的特性决定了一些电源的出力将随着外部条件的变化而变化,因此这些电源不能独立地向负荷供电,且不可调度。而对于配电系统而言,当DG规模化接入配电系统后,配电系统由原来单一的分配电能的角色转化为集电能收集、电能传输、电能存储和电能分配于一体的“电力交换系统”(Power Exchange System)或“主动配电网络”(Active Distribution Networks),配电网的结构出现了根本性的变化,不再是传统的辐射状的、潮流单向流动的被动系统,给电压调节、保护协调和能量优化带来了新的问题。特别是当配电系统中DG的容量达到较高的比例,即高渗透率时,要实现配电网的功率平衡和安全运行,并保证用户的供电可靠性有着很大的困难。

主动配电网运行方式及控制策略分析

主动配电网运行方式及控制策略分析 摘要:分布式能源与新型负荷的逐步推广,深刻改变了电网的组成形式与运行方式,传统的配电网运行控制理论与技术不再完全适用。为适应新形势的发展,主 动配电网加强了对电源侧、负荷侧和配电网的控制,强调对各种灵活性资源从被 动处理到主动引导与主动利用。 关键词:配电网;控制;分析 本文从主动配电网的组成特点出发,结合主动配电网的运行方式分析和控制 方式选择,梳理主动配电网的控制方法和手段,提出源网荷互动全局控制中心的 功能设计,提出针对配电网运行数据、营销数据及电网外部数据的的数据中心支 撑方案,从而支持多种形式能源接入的监视控制与双向互动,支持海量数据的处 理与分析决策能力。 全局控制中心主要包含全局协调优化、区域协调优化、分布式控制等内容, 强调对配网运行的主动控制。通过运维支持服务、协同优化控制、综合服务等实 现全局协调优化功能,通过用能能量管理、电动汽车充电管理、储能管理、分布 式能源管理等实现区域协调优化,通过储能、电动汽车、分布式能源等灵活性资 源实现分布式就地控制。 1 主动配电网运行控制框架 1.1 主动配电网形态 主动配电网重点关注能源生产的配给和综合利用,将其基础框架按照能源生 产与消费层、能源传输层、能源管理大数据平台和能源管理应用层四个层面进行 考虑。 (1)能源生产与消费层为充电汽车、分布式发电、储能设备和“冷、热、电” 联产构成的主动配电网能量流层,该层中的用户可是能源的生产者,也是能源的 消费者,负荷具备柔性的调节能力。 (2)能源传输层为主动配电系统的配电网络,具有拓扑结构灵活,潮流可控、设备利用率高等特点。 (3)大数据平台使适应主动配电网特点的服务平台层,包括云平台、大数据处理技术和智能电网服务总线,支持能源生产、传输、消费等全过程的数据存储、分析、挖掘和管理。 (4)能源管理应用层要求实现主动配电网各种运行与控制功能,主要有电网运行态势感知、全电压等级无功电压控制、自适应综合能源优化、分布式发电预测、馈线负荷预报、故障诊断隔离与恢复、合环冲击电流在线评估与调控、风险 评估与状态检修等,同时是为能源全寿命周期提供优化控制决策和服务的集成调控—运检—营销于一体的智能决策支持系统。 1.2 控制方式选择 系统控制方式对系统控制资源有着重要的影响,对系统运行的水平和可靠性 起着决定性的作用。主动配电网目前的主要控制方式包括集中式、分散式、分层 式等类型。其中,集中式控制利用传感器将网络潮流信息或设备状态数据上传至 能源管理系统,能源管理系统利用分层分布协调控单元对分布式电源、开关等设 备发布控制指令、管理电网运行。 分散式控制通过分层分布式控制单元和本地协调控制器进行协调控制,其中 分层分布式控制单元负责区域协调控制,本地协调控制器对本地设备状态信息进 行采集,并及时给出控制命令。

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