基于可靠性评估的微电网配置方法

［ ７］ ， 用” 可运 行在 并 网模式、 孤岛模式并可在２种模 式间平稳转换 。
微电网及其微电源的选址 、 选型 、 定容配置是微 电网规划阶段需要考虑的首要问题 。 微电源与普通 电源配置思路的不 同 之 处 在 于 ： 普通电源主要用以 满足负荷增长的需 求 配 置 ， 如当负荷增长导致线路 或变压器过载时 ， 在负荷侧配置普通电源可以就地 平衡负荷的增长 ， 这时普通电源并不需要具有孤岛 运行能力 ； 微电源 用 以 提 高 对 负 荷 的 供 电 可 靠 性 和 对改善电能质量进 行 配 置 ， 如当重要负荷供电可靠 性较低时 ， 配置微电源以提高供电可靠性 、 降低停电 损失 ， 此时的微电 源 与 负 荷 组 成 的 微 电 网 需 要 具 有 孤岛运行能力 。 一 般 地 ， 微电网系统的优化配置从 负荷和微电源 ２ 个 方 面 考 虑 ： 负荷方面主要考虑对 负荷的供电可靠性 和 电 能 质 量 ； 微电源方面主要从 燃料供应 、 投资成 本 和 电 网 稳 定 性 等 角 度 考 虑 微 电 源的类型 、 容量 和 位 置 。 负 荷 选 取 和 微 电 源 配 置 相 互制约 ， 共同决定微电网系统的供电范围 ， 微电网优 化配置可以有效提 高 电 网 的 供 电 可 靠 性 、 改善电能
第３ ５ 卷 第 ９ 期 ２ ０ １ １年５月１ ０日
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ９ Ｍ ａ １ ０， ２ ０ １ １ ｙ
基于可靠性评估的微电网配置方法
２ ，方华亮１，孙元章１，吴云亮１，沈阳武１ 马溪原１，吴耀文１，
（ ） １．武汉大学电气工程学院 ，湖北省武汉市 ４ ３ ０ ０ ７ ２； ２．湖北省电力公司 ，湖北省武汉市 ４ ３ ０ ０ ７ ７
Ａ＝ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ １ ９ ９ ９ ９ ９ 熿 燄 ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ３ ９ ２ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ３ ９ ２ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ９ ３ ９ ９９ ９ ９ ９ ９９ ９ ９ ９ ９９ ９ ９ ９ ９９ ９ ９ ９ ９９ ９ ９ ９ ９９ ９ ９ ９ ９９ ９ ９ 燀 燅 ２． ３ 故障影响矩阵 ２． ３． １ 故障影响矩阵的定义 本文采用的故障影响遍历算法充分利用了区域 网络图和开关装置特性 ， 引入故障影响矩阵的概念 ， 可以快速分析 、 判定节点故障对负荷点停电的影响 。 对于含 ｎ 个区域 节 点 、 ｍ 个负荷节点的区域网 络图 ， 其故障影响矩阵 Ｅ 为ｎ 行 ｍ 列矩阵 。Ｅ 中第 ｉ 行第ｊ 列元素ｅ ｉ ｉ 发 生 故 障ｄ ｉ 后 ｊ 表 示 区 域 节 点ｒ ， 对负荷节点ｒ 的故障影 响 类 型 的 取 值 主 要 可 分 ｅ ｉ ｊ ｊ 为以下几类 。 ） ： 可 以 通 过 断 路 器、 熔 １ ｅ ｄ ｉ ｉ 对ｒ ｊ ＝０ ｊ 无 影 响， 断器等自动开关隔离故障 。 ） ： ２ ｅ ｄ ｒ ｉ ｉ 引起ｒ ｊ ＝１ ｊ 停运 ， ｊ 不能与任何电源相 连。 ） ： 可以通过手动操作开 ３ ｅ ｄ ｉ ｉ 引起ｒ ｊ ＝２ ｊ 停运 ， 关隔离故障 、 恢复对负荷的供电 。 一般 来 说 ， 元件的修复时间或手动操作开关的 ， 时间大于 ５ｍ ｉ ｎ 因此ｅ ｄ ｒ ｉ ｉ 将引起 ｊ 为１ 或２ 时 ， ｊ 的 持续停 电 ； 而 自 动 开 关 的 操 作 时 间 极 短， 当ｅ ｉ ｊ ＝０ ， 。 时ｄ ｉ 将只引起ｒ ｊ 的瞬时停电 图 ２ 网络含 ７ 个区域节 点 、 结合 ３ 个 负 荷 节 点， 其举例分析 ： 当区域节点 ３ 线路发生短路故障 ， 熔断 ， ， 器Ｕ １会隔离故障 对负荷点 Ｂ 供电无影响 对应 ； 当 区 域 节 点 ２ 线 路 发 生 短 路 故 障， 断路器 ， ｅ ３ ２ ＝０ 负荷点 Ｂ 失去电 源 ， 只有待线路修复后方 Ｃ Ｂ 跳闸 ， ， ； 可供电 对应 ｅ ２， ２ ＝１ 当 区 域 节 点 ６ 线 路 发 生 短 路 ， 故障 ， 跳闸 负 荷 点 Ｂ 断 电， 通过手动断开开关 Ｃ Ｂ 。 负荷点 Ｂ 恢复供电 ， 对应ｅ Ｄ Ｓ ２ 可隔离故障 ， ６， ２ ＝２
摘要 ：研究了微电网的可靠性评估及通过可靠性评估结果进行微电网配置的方法 。 采用基于故障 影响遍历算法的可靠性评估方法 ， 通过建立区域网络图 、 节点邻接矩阵 、 故障影响矩阵 ， 对含微电网 的复杂配电网进行了可靠性评估 。 根据可靠性评估结果 ， 配置 微 电 网 供 电 区 域 和 规 划 微 电 源 的 接 ， 入位置 。 以 Ｒ 系统为例 计算了 可 靠 性 指 标 并 得到了微电网配置结果， 结果显示采用 Ｂ Ｔ Ｓ Ｂ Ｕ Ｓ ６ － 文中方法可以提高供电系统可靠性 、 降低停电损失 。 关键词 ：可靠性评估 ；微电网配置 ；故障影响矩阵 ；故障影响遍历算法
２ 基 于 故 障 影 响 遍 历 算 法 的 可 靠 性 评 估 方法
供电可靠性与网络中的元件停运率有关， 也与 元件停运后隔离故 障 传 播 路 径 、 恢复负荷供电的开 关装置有关 。 网络中故障影响范围和恢复供电范围 由开关的开闭状态决定 。 基于故障影响遍历算法的 可靠性评估方法只 需 要 模 拟 故 障 的 传 播 ， 对系统中 并 所有元件故障对各 个 负 荷 的 影 响 进 行 故 障 遍 历 ， 将故障影响遍历结 果 保 存 到 故 障 影 响 矩 阵 中 ， 由此 计算各负荷点可靠性指标和系统可靠性指标 。 ２． １ 区域网络图 在馈线分区的基础上建立区域网络图是可靠性 评估的基础 。 以开 关 装 置 为 边 界 ， 将馈线划分为若 干个内部不含开关装置的最小区域 。 所有最小区域 组成区域网络图的节点 ， 节点间以开关装置作为边 ， 组成区域网络图 ：
０ 引言
从系统观点 看 ， 微 电 网 将 分 布 式 电 源、 负 荷、 储 能装置及控制装置 等 灵 活 结 合 ， 形成一个单独可控
１］ 。系统故 的模块 ， 可同 时 向 用 户 供 给 电 能 和 热 能 ［ 障时孤岛运行 ， 提高 重 点 用 户 的 供 电 可 靠 性 是 微 电 ２］ 。目 前， 网最主要的 特 点 ［ 微电网的控制技术研究 ［ ］ ３ ４ － ， 但关于接入微电网后的供电可靠性评估研 较多 ］ ５ ６ － 。 随着微电网技术的日趋成熟 ， 究较少 ［ 微电源及
图 １ 微电网示意图 Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｒ ｉ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ ｇ ｇ ｇ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ低停电损失为目标 ， 本文对在配电网中配置微电网的方法进行了研究 ： ） 规划微电网 的 供 电 区 域 ， 即确定微电网覆盖 １ 的负荷点 。 首先对原有配电网进行可靠性评估 。 对 评估结果中负荷年 故 障 停 电 率 、 年停电时间和年停 电成本较大的负荷点优先配置微电网 。 微电网供电 — ７ ３ —
； 则边ａ 若 节 点ｒ ｒ ｉ ｉ 到ｒ ｊ ＝１ ｊ 存在断路器 ， ｊ 存在手 ； 动隔离 开 关 ， 则边ａ 若 节 点ｒ ｉ ｉ 到ｒ ｊ ＝２ ｊ 存在熔断 ； ， 则边 ａ 若 节 点 到 不 邻 接 则边ａ 器， ｒ ｒ ｉ ｉ ｉ ｊ ＝３ ｊ＝ ｊ 。 表示节点ｒ 的电气距离无穷远 ９ ９ ９ ９ ９， ｉ 到ｒ ｊ 根据 以 上 定 义 规 则 ， 图２有向图形式的区域节 点邻接矩阵 （ 行表示 上 行 节 点 ， 列表示下行节点） 如 下：
２． ３． ２ 故障影响矩阵的生成 依次 遍 历 所 有 区 域 节 点 ， 分析各区域节点故障 生 成 故 障 影 响 矩 阵。流 程 对所有负荷节点 的 影 响 ，
Ｇ＝ （ Ｖ， Ｅ） 式中 ： Ｇ 为 有 向 图； Ｖ 中 的 元 素 称 为 区 域 节 点ｒ Ｅ ｉ； 中的元素 Ｅｋ 称为开关弧 ， 为上行节点 与 下 行 Ｅ ｒ ｋ ｉ ， ， ， 节点ｒ 之间的连线 对每一个 Ｅ Ｅ ｒ ｒ Ｖ。 ∈ ｋ ｉ ｊ ｊ∈
１ 基于可靠性评估的微电网配置问题
在微 电 网 中 ， 通过控制负荷和电源与本地电网 的自动断开与重 合 ， 提 高 供 电 可 靠 性。 其 结 构 示 意
８］ 图［ 如图 １ 所示 。
其储能装置采用先进的电力电子逆变装置接口接入 微 电 网， 能 够 快 速 跟 踪 负 荷 变 化， 实现“ 即插即
质量 、 利于节能减排等 。 本文 主 要 从 负 荷 的 角 度 出 发 ， 以提高系统供电 降低停电损失为目标 ， 研究对复杂配电网配 可靠性 、 置微电网的方法 ， 通过采用故障影响遍历算法生成 故障影响矩阵对含微电网的复杂配电网进行可靠性 ， 以下简称微 电 网 的 可 靠 性 评 估 ） 以可靠性评 评估 （ 估结果指导微电网供电区域规划和电源选址优化 。
２． ２ 节点邻接矩阵 按照区域网络图可以形成区域节点邻接矩阵。 若区域网络图中含有 ｎ 个 区 域 节 点 ， 则节点邻接矩 阵为一个 ｎ 阶方阵Ａ ＝ （ 若节点ｒ ａ ｉ ｎ×ｎ 。 定义 ： ｉ 到 ｊ） — ７ ４ —
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图如图 ３ 所示 。
点是否停电 。 若 负 荷 节 点ｉ 停 电 ， 则其在故障影响 ， 矩阵 Ｅ 中的对应 元 素ｅ 否 则 为 ０。 由 此 得 到 ｉ ｊ为１
Ｅ Ｅ Ｅ Ｅ Ｅ １ 和Ｅ ２。 ０＝ １－ ２， ０ 中的非零元素即 为 可 以 将Ｅ 通过手动操 作 开 关 将 故 障 隔 离 的 元 素 ， １ 中对 ， 应的 Ｅ 得到最后的故障影 ０ 非零位置替换为ｅ ｉ ｊ ＝２ 响矩阵 Ｅ。