分布式电源对配电网供电可靠性的影响

2016年第1期 中州煤炭 总第241期 分布式电源对配电网供电可靠性的影响 黄国威，陈子浙 (广东电网有限责任公司佛山高明供电局，广东佛山 528500) 摘要：大量分布式电源接入电网，给传统的配电网规划带来了实质性的挑战。当馈线上发生故障时，电网会 出现孤岛运行的运行方式。针对该情况，在综合分析配电系统可靠性指标及模型的基础上，采用基于广度和 深度搜索相结合的控制网闭合环自动搜索算法，快速求得最优的孤岛划分方法。并结合孤岛运行的方式，提 出了“改进最小路结合区间运算”算法，同时为了防止过估现象，引入反演公式，使评估结果更加符合配电网 运行的实际情况。通过对证了数学模型的合理性和 科学性。 关键词：分布式电源；配电网；孤岛；闭合环自动搜索算法；图分类号：献标志码：A 文章编号：10030506(2016)4 28500，s a of a to in a of be an at in on of on of nd to of an of o of na，of in of 4 of of 面布式 电源(G)以其独有的经济性 和环保性成为新时代电力行业的发展趋势。足特定的需要、与电网联合运行、配置在用户侧或 负荷集中区域的规模较小的发电机组(一般小于30 主要发电设施包括：内燃机、微型燃气轮机、 光伏发电、风力发电、小水电、燃料电池等。随着 变了传统配电 网的供电模式，使配电网变得复杂化。尤其当馈线 上发生故障时，局部区域会出现孤岛运行方式。因 此，提高配电网的供电可靠性，使稿日期：20151108 作者简介：黄国威(1987一)，男，广东连州人，工程师，2009年毕业 于广东工业大学，研究方向为电气自动化。 网或者孤岛运行成为当今的研究热点。 文献1利用改进但网损较严重。文献2采用回溯算法对建立的约 束满足模型求最优解，但未考虑对重要负荷优先恢 复供电的原则。文献3在基于有根树的电源孤岛 搜救算法基础上，划分孤岛范围，但该算法生成的孤 岛较难恢复。文献4结合孤岛成功运行的概率， 对含风电不是所 有的上所 述，本文根据配电网和出了孤岛 划分的模型和策略，采用广度和深度搜索算法相结 合的闭合环自动搜索算法进行快速求解，并对传统 的可靠性评估中的最小路算法进行改进，引入区间 计算反演公式，使之适用于项目工程的实际需要。 最后通过案例分析，验证了所提算法的有效性和正 】1 5 2016年第1期 中州煤炭 总第241期 确性。 1 配电网孤岛划分策略 11孤岛划分原则 对孤岛进行划分，就是要找到功率平衡的解列 点，保证孤岛稳定的运行和故障点快速恢复。选择 合理的孤岛划分范围，应遵循原则：最大负荷优先 原则。在系统发生故障时，按照负荷的重要性分别 给其一个权重因子，因子数大的负荷优先恢复供电。 负荷总数最大原则。在满足重要负荷供电需要的 情况下，为提高配电网的供电可靠性，减小停电面 积，要充分发挥每个孤岛内尽可能包 括多的负荷。网损最小原则。为了最大限度地持 续供电，应尽可能减少孤岛运行的网损，如减小开关 操作数和自动重合闸动作次数。 12孤岛划分目标函数 根据以上原则，得到多个的数学模型。多目标函数为： (i)L (i) (1) 中， 为孤岛内所有负荷点组成的区域；L (i)为 负荷点(处)的负荷值；W(i)为负荷点(处)的权重系 数，对应负荷的重要程度。 约束条件为： W =1；L (i)P。，区域 连通， D 式中，P。为孤岛内所有分布式电源出力；电源所在的馈线编号。 该模型采用广度搜索和深度搜索算法相结合的 控制网闭合环自动搜索算法。广度搜索算法通过队 列来实现，从先要访 问与负荷点相连的所有支路，然后再访问下层的支 路，类似于树的按层次遍历图，寻找满足约束条件的 负荷点。这种搜索算法搜索时间短，缩小了孤岛划 分的范围，提高了工作效率。深度优先搜索算法通 过栈来实现，从搜索当前深度下的所有闭合路径，顺序扩展生成下 一级各子节点，寻找满足约束条件的同时满足目标 函数最大值的解。用这种搜索算法，可以快速求得 最优的孤岛划分策略。因此将两者结合，充分利用 2种算法的优势，可以快速求得配电网供电系统最 优的孤岛划分策略。 2配电网可靠性评估算法 21 配电网供电可靠性性能指标 1 1 6 211负荷点可靠性指标 负荷点指标是用来评估系统中每个负荷点的供 电可靠性指标，主要有3个基本指标： (1)A ，即系统的平均故障率。 A s=A 。+ y) (2) 式中， 为A。和y。分别为间；A 和 分别为第持续时间 。 (2)7 ，即系统的平均停电持续时间。 黑 (3)U ，即系统的年平均停电时间。 s s (4) 212系统侧可靠性指标 负荷点的指标不能完全表征整个系统的运行指 标，因此使用系统侧可靠性指标来评估整个系统的 可靠性程度。常用的基本指标有：系统平均停电频 率统平均供电可用率统平均停电 持续时间户平均停电持续时间 统平均电量不足指标户平均停电频率指 标停电电量指标均供电不可用率 。 22可靠性评估方法 配电网的可靠性是电力系统运行特性和稳定性 的集中表现，笔者在阅读文献78的基础上，对常 用的可靠性评估方法进行了比较，提出了一种新的 可靠性评估办法。在传统最小路算法的基础上，引 入区间运算和区间数，在评估运算的过程中将所需 元件原始参数用区间数表示，将评估公式区间化，使 评估结果有一个上下限的区间，评估指标在一定的 范围之内。同时为了克服由于参数多或变量出现频 率过高、计算量大引起的区间过估计问题，在项目工 程中引入区间计算的反演公式。具体过程如下： 令F( )为有理函数)的区间扩展， ，( )。( )的下端点，。F( )上、下端点都是区间变量 的端点 、 的函数 。 的取值范围连续函数的值域可 以表示为： Ra)=，】 (5) 定理1：若F= )，则下端点，反之F E L J m)，则果上、下端点同时都 E L J 是精确的，则称F( )是精确的 。 定理2：如果一个或多个元素的 上端点和下端点的函数，则似结论对F 亦然 。 对于加法运算 +Y=Z，存在以下3种情况： (1)已知yz，类似可得： X=zl，zY=6(1，z) (6) (2)已知 1，Z= +Y= +y， + l，由V Y，将其视为区间常数，根据定理2，得z 是精确的。 (3)已知 z，直接用Y=z一 = z ，z 求反演，Z= +y， +l，则得： Y= +y ， +yz，Y=F(X，X，Y)， 是 上端点和下端点的函数，是不精确的，同理，】， 是不精确的，因此只能由式(1)证明其精确性 。 由Z= +Y= +l， +y， 得Z=X+Y，Z=X+Y，所以Y=z ，z X=6(x，z) 此时，l，是(X，Y)下端点的函数，是精确的，同 理可得同理，对于四则运算，应用上述反演公式，有效 缩减了区间运算相关性带来的超宽度要求，可以得 到完全精确的值域。因此将区间运算的反演算法代 入最小路算法中，使计算的结果都在一个区间，克服 了因为参数的不精确或统计资料的不足，也消除了 给评估结果带来的不确定性影响。这种算法得出的 结果更准确地反映了系统的真实程度，使运算更具 有灵活性，而且算法考虑了分段断路器、分支线保 护、隔离开关及计划检修的影响，还能处理有无备用 电源和有无备用变压器的情况，因此更加适应工程 中的实际需要H 。 3 算例分析 31系统参数 以 合上述算法验证了系统可靠性评估的有效性。取馈 线0进行计算，求主馈线统可靠性指标。系统电气接线如图1所示，馈线52末端，系统包含 23个负荷节点，30条线路，23个配电变压器，7个断 路器，1个隔离开关和3个熔断器，用户11 832 户 。假设一类负荷、二类负荷、三类负荷对应的 权重系数为 =06，2=03， =01，系统的原 始数据见表1一表3。 图1 含分布式电源的1系统参数 设备 故障率 平均修复时间h 1 17 2016年第1期 中州煤炭 总第241期 表3馈线类型及长度 线路标号 馈线长度路标号 馈线长度，13 060 2，6，18 250 27 O75 1，12，16 280 921 080 11，17，19 320 410 090 14 350 3，5，8 160 32结果分析 根据以上列出的设备可靠性指标参数、负荷数 据以及馈线长度，对未使用算法的模型和使用了结 合区间运算的最小路法算法的模型进行可靠性评估 对比。表4是未采用算法得到的负荷点可靠性指 标，表5是使用算法的负荷点可靠性指标，表6是两 者系统可靠性指标的对比。从结果可以看出，融人 该算法后，评估结果考虑了配电系统设备可靠性参 数存在不确定的因素，将传统的点值放大为区间数， 使可靠性指标包含在一个区间之内，得到可靠性指 标的区间值，使得系统在运行状况复杂、参数不确定 的情况下，其计算结果有一定的容错能力，在工程方 面更具有可操作性和实用性。 表4 未采用区间算法得到的负荷点可靠性指标 表5 结合区间运算的负荷点可靠性指标 表6两种方法下系统的可靠性指标对比 l 4 结语 针对，提出一种计及。以最大等值有效负荷为目标函数，建立含有分 布式电源的配电网孤岛划分的优化模型，采用广度 和深度优先算法相结合的闭合环自动搜索算法进行 快速求解。并对传统的可靠性评估中的最小路法进 行改进，引入区间计算反演公式，使之适用于实际项 目工程需要，并在提方法的有效性和正确性，今后应进一步提高配 电系统的性能。 参考文献： 1赵渊，何媛，宿晓岚，等分布式电源对配网可靠性的影响及优 化配置J电力自动化设备，2014，34(9)：132O 2 李滨，祝靖，李佩杰，等化含非可靠分布式电源的配电网孤岛 划分J电力系统自动化，2015，39(8)：5964 3 ， Ein 01 1，26 (4)：20094 赵国波，刘天琪，李兴源分布式发电作为备用电源的优化配 置J电力系统自动化，2009，33(1)：8588 5 徐玉琴，吴颖超考虑风力发电影响的配电网可靠性评估J 电网技术，2011，35(4)：154158 6 T， M 006，28(6)：4137 侯汝锋，陈志钊，吴轲分布式电源接人电网的孤岛划分策略 及其对配电网供电可靠性的影响评估J广东电力，25 (1)：648 陈璨，吴文传，张伯明，等基于多场景技术的有源配电网可靠 性评估J中国电机工程学报，2012，32(34)：679 吕华分布式电源对配电网保护影响研究及改进D北京： 华北电力大学2014 1O H o