（电力系统及其自动化专业论文）考虑分布式发电的配电网可靠性分析.pdf

a b s t r a c t硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f0 1 1 1 s o c i a le c o n o m y , t h er e q u i r e m e n to ft h ep o w e rq u a l i t yi s i n c r e a s i n g a st h ed i s t r i b u t i o ns y s t e ml o c a t e di nt h ee n do f t h ep o w e rs y s t e m , d i r e c t l yc o n n e c t e dt ot h eb s e r s ， i t sr e l i a b i l i t yp r o b l e mi so n eo ft h ek e yf a c t o r so fp o w e rq u a l i t y i tp l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h er e a s e a r c h o fp o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t y a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e rt e c h n o l o g y , d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nh a s b e e nc o n n e c t e dt op o w e rs y s t e mw i d e l y i th a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et or e a s e a r c ht h ei n f l u e n c e s o fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt op o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t y b a s e do ns e v e r a lr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nm e t h o d s ，t h ep a p e rp r e s e n t sam e t h o du s i n gm i n i m a lp a t h p r i n c i p l ea n di n t e r v a la r i t h m e t i ct oa s s e s st h er e l i a b i l i t yo fc o m p l i c a t e dd i s t r i b u t i o ns y s t e m t h em e t h o d c h a n g e st h er e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nf o r m u l ai n t o i n t e r v a lf o r ma n dt a k e st h eu n c e r t a i n t yo fa l l o ft h e p a r a m e t e r si n t oa c c o u n t i ta l s ou s e st h ei n t e r v a li n v e r s i o nf o r m u l at os t r i c tb o u n d so ft h ei n d i c e s i ns o n 蛇 e x t e n t ，t h em e t h o da v o i d st h ei n f l u e n c e sc a u s e db yt h el a c k i n go f 商班l a lp a r a m e t e r sa n dt h ei m p r e c i s i o n o fs t a t i s t i c s i ti sm o r ei na c c o r d a n c ew i t l la c t u a lp r o j e c t t h r o u g hs e v e r a ld i f f e r e n tw a y so fw i r i n g , t h ep a p e r a n a l y z e st h ei n f l u e n c e so ft h es w i t c h , f u s e ，s p a r et r a n s f o r m e rt ot h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mr e l i a b i l i t y t h er e l i a b i l i t ya s s e s s m e n tr e s u l t sw i l lg r e a t l yd u et ot h ei n t e r c o n n e c t i o np o s i t i o n , i n t e r c o n n e c t i o nw a y a n do p e r a t i o nm a r i n e ro fd ga tf i r s t , b a s e do nt h ed g c h a r a c t e r i s t i c s ，t h ep a p e rb u i l d st h er e s o u r c em o d e l w h i c hi s a p p l i c a b l et ot h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t ya s s e s s m e n tm o d e lw i t hd ga n dt h ep a p e r v a l i d a t e st h ei m p o r t a n c eo fl o a d si np o w e rn e t w o r ka n db u i l d sas e p a r a t i o ni s l a n d e dm o d em e t h o d ，w i t ht h e m a x i m u mo fe q u i v a l e n tl o a d sa st h ea i mo ff u n c t i o n i tu s e st h eb r e a d t h - i n s ts e a r c ha n dd e p t h - f l r s ts e a r c h t e c h n o l o g yt os o l v et h ep r o b l e m b e s i d e s t h ep a p e rm a k e san e wv e r s i o no ft h em i n i m a lp a t hm e t h o di nt h e t r a d i t i o n a la s s e s s m e n ta n a l y s i st os u i tf o rt h ea l g o r i t h mc o n s i d e r i n gt h ed ga n i e e er b t sb u s 6s y s t e mi s a p p l i e dt ot e s t i f yt h ee f f i c i e n c yo ft h em o d i f i e dm o d e l t h ec a s er e s u l t sa l s os h o wt h a td gc a ni n c r e a s et h e r e l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n dt h ec a p a c i t ya n dp o s i t i o no fd gc a ne f f e c tt h er e l i a b i l i t yo f d i s t r i b u t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k , r e l i a b i l i t y , d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n , i s l a n d 图表目录硕士论文 图表目录 图2 1 元件两状态模型1o 图2 2 元件三状态模型。1 0 图2 3 元件四状态模型。1 1 图2 4以个元件串联的等效示意图1 2 图3 1 系统图1 8 图3 2 节点系统无向图2 0 图3 3 深度优先搜索遍历图2 0 图3 4 广度优先搜索遍历图2 1 图3 5 广度优先搜索算法流程图2 2 图3 6 简单辐射状线路2 3 图3 7 算法流程图2 9 图3 8i e e eb u s 6 系统接线图3 0 图3 9 各种接线方式下各个负荷点故障率3 9 图3 1 0 各种接线方式下各个负荷点年平均停运时间3 9 图3 11 各种接线方式下各个负荷点平均停运持续时间3 9 图3 1 2 各种接线方式下s a i f i 指标比较4 0 图3 13 各种接线方式下s a l d i 指标比较4 0 图3 1 4 各种接线方式下c a i d i 指标比较4 0 图3 15 各种接线方式下a s a i 指标比较4 0 图4 1d g 并网方式4 1 图4 2d g 接入电网方式4 2 图4 3 三状态模型4 4 图4 4 d g 发电容量曲线与岛内负荷曲线的叠加4 4 图4 5 孤岛形成示意图4 5 图4 6 接有单个d g 的简单配电网4 6 图4 7 配电网拓扑图4 8 图4 8 功率圆求解流程4 9 图4 9 最优孤岛划分流程图5 0 图5 1 评估算法流程图5 3 图5 2 含分布式电源的配电网接线图5 4 图5 3 四种方案下负荷点故障率6 2 硕士论文考虑分布式发电的配电网可靠性分析 图5 4 四种方案下年平均停运时间6 3 图5 5 四种方案下平均持续停运时间6 3 图5 6 各种方案下s a i f i 指标比较6 3 图5 7 各种方案下s a i d i 指标比较6 3 图5 8 各种方案下c a i d i 指标比较6 4 图5 9 各种方案下a s a i 指标比较6 4 表1 1 分布式发电的应用现状3 表3 1 反演公式列表2 6 表3 2 用户数据3 1 表3 3 馈线数据。3 l 表3 4 设备可靠性参数列表3 l 表3 5 最小路法计算得到的负荷点可靠性指标3 2 表3 6 结合区间算法计算得到的负荷点可靠性指标3 3 表3 7 系统可靠性指标3 4 表3 8 接线方式一负荷点可靠性指标。3 5 表3 9 接线方式一系统可靠性指标3 5 表3 1 0 接线方式二负荷点可靠性指标3 6 表3 1 1 接线方式二系统可靠性指标3 7 表3 1 2 接线方式三负荷点可靠性指标3 7 表3 1 2 ( 续) 3 8 表3 1 3 接线方式三系统可靠性指标：3 8 表5 1d g 的可靠性参数5 5 表5 2 各季度d g l 的功率输出5 5 表5 - 3 各季度d g 2 的功率输出5 5 表5 4 各季度馈线负荷5 5 表5 5 方案一下负荷点可靠性指标5 6 表5 6 方案一下结合区间运算的负荷点可靠性指标5 6 续表( 5 6 ) 5 7 表5 7 方案一下系统可靠性指标5 7 表5 8 方案二下负荷点可靠性指标5 8 表5 9 方案二下结合区间运算的负荷点可靠性指标5 8 续表( 5 9 ) 5 9 v i i 图表目录硕士论文 表5 1 0 方案二下系统可靠性指标5 9 表5 1 1 方案三下负荷点可靠性指标6 0 表5 1 2 方案三下结合区间运算的负荷点可靠性指标6 0 续表( 5 1 2 ) 6 1 表5 1 3 方案三下系统可靠性指标6 1 v i i i 声明尸明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名： 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：筮幺垒 _ 厂 n 扮年月7 日 硕士论文 考虑分布式发电的配电网可靠性分析 1 绪论 1 1配电网可靠性评估的意义 随着我国社会经济的快速发展，对电能质量方面的要求越来越高。电力系统的可靠 性指标作为反映电能质量的一个关键因素，国家对供电企业供电可靠性的要求也越来越 高，因此研究电力系统可靠性具有重大的现实意义。 在很长的一段时间里，电力系统的可靠性研究主要侧重于两方面，即发电系统可靠 性及以发电和输电组成的大电力系统可靠性，相比之下，配电系统的可靠性研究没有得 到重视。主要原因是发电系统的设备相对比较集中，设备一次投资额大，建设周期长， 同时发电容量不足导致的停电给社会带来的后果的严重性及广泛性容易引起人们的关 注。但随着社会经济的快速发展，人民生活水平不断提高，电力客户对供电可靠性的要 求也越来越高。同时，随着区域配电网日益发展和不断完善，如“手拉手一、线路分 段等硬件的实现以及配网自动化的广泛应用，使得配电系统的可靠性研究开始引起了人 们的重视。 配电系统直接与用户相连，处于电力系统末端，是包括发电、输变电和配电在内的 整个电力系统与用户联系，向用户供应、分配电能的重要环节。由于电力生产具有发电、 供电、用电同时性的特点，只要配电系统设备进行检修或发生故障，就会造成整个系统 对用户供电的中断。因此配电系统的可靠性指标能集中反映整个电力系统结构及运行特 性。而且配电网采用的结构大多为辐射式网状结构，对单故障比较敏感，因此故障发生 率比较高。根据统计，8 0 以上的用户停电故障是由配电环节的故障引起的【l 】，说明配 电系统对用户供电可靠性的影响最大。 由于电力系统市场化改革不断深入，配电系统的故障给电力客户造成的经济损失以 及给社会带来的损失必将成为左右电价的一个重要因素。研究配电系统可靠性对提高社 会和经济效益，改善和提高电力工业生产技术和管理水平以及进行城市电力网络建设和 改造都有着重要的指导作用，是提高电力工业现代化水平、保证电力系统供电质量的重 要举措。因此，在整个电力系统的研究中配电系统可靠性研究占据着非常重要的地位。 目前，在全球范围内分布式发电技术发展很快，像风力发电、光伏发电等己经相当 成熟。分布式电源接入电网后，将会影响电网尤其是配电网的运行和规划，如电力损耗、 供电可靠性、电压稳定、继电保护和电能质量等。因此当前可靠性研究的一个重要方面 就是研究分布式电源可靠性模型的建立以及分布式电源对配电网可靠性的影响。 l 绪论 硕士论文 1 2配电网可靠性评估的现状 对于配电系统供电可靠性评估，国外的研究起步较早，早期的研究主要是统计分析。 早在上个世纪5 0 年代加拿大就开始研究供电的连续性和可靠性问题，并于1 9 5 9 年成立了 专门的供电连续性委员会，规定了用于评价供电充裕度的若干实际指标【2 】。英国也在上 个世纪6 0 年代就开始了配电网可靠性方面的研究工作，在上个世纪7 0 年代开始，其它欧 美国家和日本也陆续展开了配电网可靠性统计分析的工作。现在，供电可靠性评估已成 为许多国家配电系统规划决策中的一项常规性工作，美国、英国、法国、日本、俄罗斯 都成立了专门的研究机构，负责配电系统供电可靠性评估参数的收集和整理工作，并建 立了完善的配电系统供电可靠性评估指标体系。在配电系统供电可靠性评估模型以及评 估算法上取得了重要的研究成果，并己将评估结果应用于配网规划等许多方面，大大提 高了配电系统的经济效益和安全性能。 国内于上世纪8 0 年代初期开始对配电系统供电可靠性进行研究，配电系统可靠性研 究与发电和输电系统相比起步比较晚。同时由于缺乏必要的统计数据和比较有效的分析 方法，发展比较缓慢。1 9 8 3 年，云南电力实验研究所制定了第一套配电系统供电可靠 性统计评价方法，直至u 1 9 8 9 年，能源部电力可靠性管理中心将原有的方法进行修改， 颁布了供电系统电力客户供电可靠性统计方法，我国的配网可靠性管理工作才由此 全面展开。近些年来，随着社会经济的快速发展，城市用电负荷不断增长，供需矛盾日 益突出，在生产管理工作中供电可靠性占据的位置也变得越来越重要。为使有限的资源 得到最大的收益，非常需要对配电系统进行科学合理的规划，从而促进配电系统供电可 靠性评估的发展。目前，配电网可靠性的研究已经成为电力工程领域中的研究热点，研 究课题主要集中在可靠性评估指标，评估模型以及评估算法方面，随着电力市场理论的 引入，配电系统可靠性与经济性协调一致的问题也是研究的重点。 1 3分布式发电技术介绍 1 0 1 分布式发电的基本概念 分布式发科 】( d g ：d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ) 通常是指布置在用户附近，发电功率 在数千瓦至5 0 兆瓦、可独立地输出电、热或( 和) 冷能的系统。相关发电技术主要包括： 微型燃气轮机、内燃机、风力发电、光伏电池、生物质能发电等【l 叫3 1 。在一般情况下， 分布式发电主要有两种分类方法：第一种，分布式发电只包括小型的有利于环境的技术， 例如燃料电池、太阳能光伏电池、小型风力发电、微型水电等，一般是为了满足孤立用 户的需求对这些设备进行设计和安装；第二种，不论分布式电源的规模和能源形式，所 有靠近用户端的电力设施也可称为分布式发电。大型的联合发电设施也可包括在第二种 定义，这些设施可以向电网输送几百兆瓦的电力。 2 硕士论文 考虑分布式发电的配电网可靠性分析 1 3 2 分布式发电技术的分类 分布式发电分类方式在不同的研究领域有所不同。一般分类方法可以根据分布式发 电的技术类型、所使用的一次能源、电力系统的接口技术。根据其通常所使用的技术可 分为：柴( 汽) 油机组发电、风力发电、水力发电、太阳热发电、光伏发电、燃气轮机 组发电和燃料电池等。目前，可再生能源发电技术是分布式发电研究的热点之一，其中 比较成熟的技术为水力发电、生物质能发电，而风力发电、地热及潮汐发电、太阳热发 电、光伏发电等都属于比较新兴的发电技术。 如果分布式发电与电力系统相连，则根据分布式发电并网技术的类型可以分为直接与 系统相联( 机电式) 和通过逆变器与系统相联两大类。若分布式发电是直接发出工频交 流电的旋转式发电机则属于第一类，像小型燃气轮机组发电、水力发电、太阳热发电地 热发电等；若是将直流电逆变上网的分布式发电( 如风力发电、燃料电池、光伏发电、 及各种电能储存技术) 和发出高频交流电的分布式发电( 微透平机组) ，则属于逆变器 型分布式发电。 考虑到分布式发电大小对其在电力系统中应用有直接影响，因此按其大小分可以将 分布式发电分为小型( i m w ) z 类。 1 3 3 分布式发电的应用发展 随着全球环境的不断恶化，清洁可再生能源的利用和开发工作在美国、日本、德国、 丹麦等发达国家非常受到重视，因此分布式发电技术获得了很大的发展。表1 1 显示了 在2 0 0 5 年世界一些国家分布式发电的应用情况【1 4 1 。从表中可以看出，在正常运行时， 分布式发电承当了相当比例的供电量。 表1 1 分布式发电的应用现状 热电冷三联产技术是应用最为广泛、前景最为明朗的分布式发电技术。这是因为这 3 1 绪论 硕士论文 种技术能够充分利用发电时产生的热能，大大提高了能源利用率，从而可以获得更多的 社会和经济效益。对于大部分地区的住宅、公用建筑、医院、商业大楼、工厂来说，都 存在供电、制冷或供暖需求，很多都配有备用发电设备，这些都是热电冷三联产的多目 标分布式供能系统的广阔市场。 就美国而言，在未来分布式发电系统中，容量为1 k w 到1 0 m w 的分布式发电装置和 储能装置正成为其有用单元。基于分布式发电的高可靠性、高效率、高质量、以及灵活 性，可以满足工业、居住、商业和交通等一系列应用的要求。由于老电厂的退役和新的 能源需求，预计至u 2 0 2 0 年，美国国内估计要增j j i 1 7 x 1 0 1 2 k v v h 的电能，这几乎是近2 0 年 增量的2 倍。为满足市场需要，下一个l o 年之后，美国的分布式发电市场估计每年将达 5 x l o 6 x 1 0 9 w 的装机容量，为了解决这个巨大的缺口，美国能源部关于分布式发电提出 了以下几个计划，包括微型燃气轮机、燃料电池、以及微型燃气轮机和燃料电池的混合 装置等，由此我们可以预料在不久以后，分布式发电将在美国得到相当的发展。 随着经济建设的快速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀，但是伴随着这种发 展所带来的安全性问题要得到足够的重视。我国各地的经济发展严重不平衡，在一些经 济欠发达的农村地区，特别是偏远山区和农牧地区，要形成一定规模的、强大的集中式 供电网需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供应的不足严重制约了这些地区的经济 发展。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。在我国西北部广大 农村地区具有十分丰富的风力资源，像内蒙古已经形成了年发电量1 亿千瓦时的电量， 多余的电量还送往北京地区，同时这种无污染绿色能源还能够很好地减轻当地的环境污 染。除了风力发电，中小型水电，太阳能光伏电池等也是解决我国偏远地区缺点的良好 办法，应引起足够的重视。 如果说电力市场化是电力行业的重大改革，那么分布式发电可以看成是电力行业的 重大技术改革，将两者结合起来共同作用，未来的电力行业将呈现全新的面貌。随着电 力体制改革的不断发展，为了使分布式发电更能适应易变的电力市场，可以为一些用户 提供一种“自立的选择。此外由于分布式发电装置不需要现存的基础设施，安装周期 短，与大型的发电装置及中央电站相比总投资较少，因此在电力竞争性市场建立后分布 式发电系统的作用将会日益重要和明显，从而可以结合现有电力系统形成一个高效、灵 活的电力系统，提高整个社会的能源利用率，提高整个供电系统的可靠性、稳定性和电 力质量。此时大型中央发电站就如同一些大型主计算机，而分布式发电将是主要发展趋 势，即在用户附近设立发电站，这样电力公司就可以拆除燃煤电站和核电站，也不必划 分街区布置配电电缆。 1 4论文主要工作 4 随着人们对电能质量要求的提高，配电网可靠性不断受到人们的关注。论文在研究 硕士论文考虑分布式发电的配电网可靠性分析 传统配电网可靠性评估的模型和方法的基础上，考虑分布式电源接入配电网后对配电网 可靠性的影响。主要内容包括： 1 ) 介绍了配电系统中负荷点和系统的一些常用可靠性指标，对国内外的指标进行了比 较。分析了配电系统中不同元件的可靠性模型及配电系统进行可靠性评估的几种常 用方法以及各自特点和适用范围。 2 ) 在配电网可靠性评估的最小路法的基础上结合区间运算，提出最小路法结合区间运 算的配电系统可靠性评估方法。并通过对i e e er b t sb u s 6 系统中一条主馈线的仿 真计算对论文中提出的方法进行验证。同时还对熔断器，隔离开关，备用变压器几 种元件对配电系统的可靠性指标的影响进行了讨论分析。 3 ) 讨论了分布式电源对配电网可靠性影响的因素。分析了分布式发电孤岛运行方式下， 孤岛形成的概率以及孤岛划分算，为建立了含分布式电源配电网的供电可靠性评估 模型提供依据。 4 ) 结合配电网孤岛运行方式，对传统的最小路法进行改进并结合区间运算，提出适合 于含分布式电源的配电网供电可靠性评估的方法。通过对加入分布式电源后的m e e r b t sb u s 6 系统的一条主馈线进行仿真计算，证明论文提出的计算模型及算法的有 效性。同时还分析分布式电源的容量以及接入位置对配电网可靠性的影响。 5 2 配电系统的可靠性评估硕士论文 2 配电系统的可靠性评估 配电系统可靠性指标能够定量评估配电系统可靠性，良好的评估指标可以准确清晰 地反映配电系统的可靠性水平，从而为管理人员提供详细准确的配网供电情况。因此在 进行评估时首先要确定配电系统可靠性指标。 由于配电系统中辐射状主馈线系统在配电网中占主导地位，与发输电系统相比，配 电网的可靠性评估的方法有较大的差异。本章将介绍几种在配电网中常用的可靠性评估 模型和评估方法。 2 1配电系统的可靠性指标 根据评估对象的不同配网可靠性指标可分为两类，一类是负荷点的可靠性指标，另 一类是系统的可靠性指标。 2 1 1 负荷点指标 负荷点指标 1 5 d 6 】用来反映各负荷点的供电可靠性程度，三个基本的负荷点可靠性指 标为平均故障率、年平均停运时间和平均停运持续时间这3 个指标。它们并不是确定值 而是一种概率指标，反映在某种概率分布下的期望值，因此是长期平均值。由于负荷点 与电源点之间的所有元件( 如线路、配电变压器、断路器、隔离开关等) 呈串联关系， 因此要使负荷点正常供电必须满足它们间的所有元件都正常运行。假如定义负荷点与电 源点之间各元件的平均故障率和平均停运时间分别为兄，和，则可以给出上述3 个负荷 点指标的具体含义、特征。 1 ) 平均故障率允 指某负荷点在给定时间内因电网元件故障而造成停电的次数。它的大小反映了该负 荷点供电的可靠性程度。名的值越大，说明负荷点的停电次数就越多，供电就越不可靠。 见= y 兄， ( 2 1 ) - ， 2 ) 年平均停运时间u 指用户一年内停电的时间总数，单位h a ，它反映了对该用户供电的可靠性。u 值 越大，说明系统对负荷的供电越不可靠。 弘= 乃_ ( 2 2 ) ， 3 ) 平均停运持续时间，： 指从停电事件发生到恢复供电这段时间的平均值。在有备用电源、备用元件可供切 换的情况下，其停电恢复时间较短，：值也就较小。 6 硕上论文考虑分布式发电的配电网可靠性分析 穗：娶 泣3 ， 轳才2 前 旺3 2 1 2 系统指标 负荷点的指标虽然十分重要，但是并不能完全表征整个配电系统的可靠性特性和响 应，因而需要建立整个系统的可靠性指标。在进行可靠性评估时，一般采用多个指标从 多个侧面来描述可靠性水平。由于大家在定义可靠性指标时，考虑因素上的差异，具体 采用的指标可能有所不同。我国配电系统采用的可靠性指标主要有用户平均停电时间 a i h c 、用户平均停电次数a i t c 、故障停电平均持续时间a i d 、供电可用率s a 、停电用 户平均停电次数a i c a 、用户平均停电缺供电量a e n s 等。北美采用的指标主要有系统平 均断电频率s a i f i 、系统平均断电持续时间s a i d i 、平均供电可用率a s a i 、用户平均断 电持续时间c a i d i 等。分别予以介绍。 1 ) 我国常用的可靠性指标 ( 1 ) 用户平均停电时间a i h c ( a v e r a g ei n t e r r u p t i o nh o u r so f c u s t o m e r ) 通常指供电用户在一年时间内的平均停电小时数，单位为“小时用户年 。 一：磷：盟器产 晓4 ， 心2 前2 旦罐希茅竺 q 4 ：磊 式中：u 表示负荷点i 的平均每年停电时间，用h a 表示；m 表示负荷点i 的用户数；r 表示整个系统负荷点的集合。 ( 2 ) 用户平均停电次数a i t c ( a v e r a g ei n t e r r u p t i o nt i m e so f c u s t o m e r ) 通常指供电用户在一年时间内的平均停电次数，单位为“次户年 。 一磷：等 式中：五表示负荷点i 的故障率；m ，r 的意义同上。 ( 3 ) 故障停电平均持续时i b - a i d ( a v e r a g ei n t e r r u p t i o nd u r a t i o n ) 通常指每次故障停电的平均停电小时数。通常用小时次表示。 一端i e r ：糕学 式中：珥，m ，丑，r 的意义同上。 ( 4 ) 供电可用s s a ( s e r v i c e a v a i l a b i l i t y ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) 7 2 配电系统的可靠性评估 硕士论文 通常指在一年时间内用户用电需求得到满足的时间百分比。 8 7 6 0 n l - , u i n ij _ 跏f 幸 ：窒墨攀皇萼冀 ( 2 7 ) = 一 z ， 要求供电总时 一 式中，配，m ，r 的意义同上。 ( 5 ) 停电用户平均停电次数a i c a ( a v e r a g ei n t e r r u p t i o n so f c u s t o m e r a f f e c t e ) 通常是指在一年时间内，发生停电用户的平均停电次数。通常用次户年表示。 ：器 晓8 ， 2 面2 菁麟 q 名 式中：m ，表示负荷点i 的故障停电用户数；m ，丑的意义同上。 ( 6 ) 平均停电缺供电量a e n s ( a v e r a g ee n e r g y n o ts u p p l i e d ) 通常是指在一年时间内，平均每一户用户因停电缺供的电量。通常用千瓦时户年 表示。 ：黼 眨9 ， 2 了万2 赫 q 9 式中：兄表示接入负荷点i 的平均负荷，单位为：k w ；u ，m ，r 的意义同上。 2 ) 北美供电系统常用可靠性指标 ( 1 ) 系统平均停电频率s a i f i ( s y s t e ma v e r a g ei n t e r r u p t i o nf r e q u e n c yi n d e x ) 指每个由系统供电的用户在单位时间内的平均停电次数。它可以表示为一年中用户 停电的积累次数除以系统供电的总用户数。单位为“次用户年 。其表达方式与我国 的用户平均停电次数指标a i t c 相同。 ( 2 ) 系统平均停电持续时 司s a i d i ( s y s t e ma v e r a g ei n t e r r u p t i o nd u r a t i o ni n d e x ) 指每个由系统供电的用户在一年中经受的平均停电持续时间。单位为“小时用 户年 。它可以表示为一年中用户经受的停电持续时间的总和除以该年中由系统供电 的用户总数。其表达方式与我国的用户平均停电时间指标a i h c 相同。 ( 3 ) 用户平均停电持续时间c a i d i ( c u s t o m e ra v e r a g ei n t e r r u p t i o nd u r a t i o ni n d e x ) 指一年中停电的用户经受的平均停电持续时间。单位为“小时停电用户年 。它 可以表示为一年中用户停电的持续时间的总和除以该年停电用户总数。其表达方式与我 国的故障停电平均持续时间指标a i d 相同。 ( 4 ) 用户平均停电频率指标c a i f i ( c u s t o m e ra v e r a g ei n t e r r u p t i o nf r e q u e n c yi n d e x ) 指每个受停电影响的用户每单位时间里经受的平均停电次数。单位为“次停电用 户年 。它可以表示为一年中观察到的用户停电次数除以受停电影响的用户数。其表 硕士论文考虑分布式发电的配电网可靠性分析 达方式与我国的停电用户平均停电次数指标a i c a 相同。 ( 5 ) 平均供电可用率a s a i ( a v e r a g es e r v i c ea v a i l a b i l i t yi n d e x ) 指一年中用户经受的不停电小时总数与用户要求的总供电小时数之比。用户要求的 总供电小时数采用全年1 2 个月平均运行的用户数乘以8 7 6 0 。其表达方式与我国的供电可 用率指标s a 相同。 ( 6 ) 平均供电不可用率指标a s u i ( a v e r a g es e r v i c eu n a v a i l a b i l i t yi n d e x ) 指一年中用户的总停电小时数与用户要求的总供电小时数之比。 彳s 己厦= u ，m 丐n j x 8 7 6 0 一 j r = 毋淼 泣 = = 一 、- i ，j 用户要求供电总时间 由上式可以看出，a s u i = i - a s a i 。 ( 7 ) 电量不足指标e n s ( e n e r g y n o ts u p p l i e di n d e x ) 指一年中因元件停运而引起用户的总的电量损失。单位为“千瓦时年”。 e 船= 乞( ，) u = 系统总的电量不足 ( 2 11 ) 式中，l a f f l 表示连接在负荷点f 上的平均负荷。每个负荷点母线上平均负荷就是在一年 时间内该负荷所需的平均功率，单位为“千瓦”。 k 争= 堕号铲 眨 ( 8 ) 平均用户缺电指标a c c i ( a v e r a g ec u s t o m e rc u r t a i l m e n ti n d e x ) 指一年中每个停电用户上所分担的平均电量不足。单位为“千瓦时停电用户年 。 ：謦：蔫器 眩 们辨专矿2 嵩端黹 q j 3 ( 9 ) 平均电量不足指标a e n s ( a v e r a g ee n e r g yn o ts u p p l i e di n d e x ) 也可称之为平 均系统缺电指标a s c i ( a v e r a g es y s t e mc u r t a i l m e n ti n d e x ) 指一年中由于系统供电量不足而引起的，每个用户的相对停电损失的电量的期望 值。单位为“千瓦时用户年 。 一磷i e r ：一 眩 么胛2 1 矿2 型嚣斧 q j 4 ) 通过计算以上各项配电系统的可靠性指标，我们可以通过可靠性预测分析，评估系 统故障的严重程度。同时，这些指标也是对系统过去行为评估的一种有效工具，而且这 一方面的应用比预测将来的行为更为广泛。 2 配电系统的可靠性评估硕士论文 2 2配电系统元件可靠性模型 2 2 1 两状态模型 图2 1 元件两状态模型 两状态模型如图2 1 所示，图中n 表示正常运行状态，r 表示故障停运检修状态，厶 为故障率，表示由正常工作状态向故障状态的转移率，服与故障修复时间磊互为倒数， 表示由故障状态向正常工作状态的转移率。用昂、足分别表示正常运行状态和故障恢 复状态的概率，则有： 目+ 足= 1 ( 2 1 5 ) 根据由稳态情况下马尔可夫状态方程引出的频率平衡的概念，即在一个遍历系统中 离开任一状态的频率等于进入该状态的频率。而元件( 或系统) 进入某个状态的频率等 于元件处于该状态的概率与离开该状态的转移率的乘积，于是可以得出： 一厶昂堆r 最= o ( 2 1 6 ) 联立( 2 1 5 ) 和( 2 1 6 ) 得： p 去 卜而, u r 二状态模型仅有正常和故障两种状态，是元件可靠性模型中最简单的模型。主要适 用于对系统做简单可靠性分析和着重研究可靠性评估算法的情况。 2 2 2 三状态模型 图2 2 元件三状态模型 三状态模型如图2 2 所示，图中表示正常运行状态，尺为故障停运检修状态，m 为 计划检修状态。厶为故障率，表示由正常工作状态向故障状态的转移率。砧为计划检 1 0 硕士论文 考虑分布式发电的配电网可靠性分析 修率，表示由正常工作状态向计划检修状态的转移率，风与故障修复时间疋互为倒数， 表示由故障状态向正常工作状态的转移率。为检修修复率，表示由检修状态向正常 工作状态的转移率。用日、最和昂分别表示正常运行状态、故障恢复状态、计划检修 状态的概率，则有【1 5 ，1 7 - 2 0 】： 昂螺峨= 1 ( 2 1 8 ) i ( 久+ k ) 晶饥最印m 昂= o 九晶吵m 昂o ( 2 1 9 ) i 久r - 缑足= 0 联立( 2 1 8 ) 和( 2 1 9 ) 两式得： f 昂= l ( k + 厶服+ 1 ) 足= 靠昂服 ( 2 2 0 ) l 2 九昂 三状态模型有正常状态、计划检修状态、故障状态，配电系统中的功率元件( 如输 电线路、变压器、母线、系统补偿器等) 适合采用此模型。另外上一级评估的系统或电 源也可以看作为具有一定可靠度的功率元件。功率元件的主要功能是将电能从一处送至 另一处，或调度和控制系统电压。 2 2 3 四状态模型 图2 3 元件四状态模型 四状态模型如图2 3 所示，图中冬为活动故障率，风为活动故障修复率，其他符号 的意义同图2 2 。用昂、最、和b 分别表示正常运行状态、故障恢复状态、计划检修 状态和故障扩大状态的概率，则有 1 5 , 1 8 - 2 0 ： 昂也塌也；l ( 2 2 1 ) 2 配电系统的可靠性评估 硕上论文 联立( 2 2 1 ) 和( 2 2 2 ) 得： - ( 厶+ 九+ 瓜) 昂饥最印mx p 肘= 0 九昂i 昂2 0 ( 2 2 2 ) 厶x 昂讹b ? 鲰足= 0 以p n 佻x b = 0 晶= 1 五飓+ ( 钒+ 久) 风+ 九+ 1 p r 2 ( 矗+ 冬) 昂以( 2 2 3 ) 昂= 九晶 p f 堪n | 吣 系统中的操作元件( 如隔离开关、断路器、负荷开关、熔断器等) 适用于此类模型。 由于此类元件故障形式多样，其可靠性模型有正常，计划检修，强迫检修，接地或绝缘 故障，拒动，误动和故障后修复状态7 种可能状态。根据它们对系统危害程度和对周围 元件的影响将这些状态进行合并，将强迫检修、故障修复、误动状态近似合并为修复状 态r ，拒动与接地或绝缘故障状态合并为扩大型故障状态s ，即形成四状态模型。当扩 大型故障状态s 的操作时间可以忽略时，可以将其并入修复状态尺，从而得到三状态模 型。 2 3串、并联系统的可靠性计算2 1 】 2 3 1 串联系统的可靠性计算 串联系统是指由两个或者两个以上元件组成的系统，若其中一个元件故障，系统就 发生故障。也就是说，必