含分部电源的配电网可靠评估.doc

东北电力大学本科毕业设计论文本科毕业设计论文含分布式电源的配电网供电可靠性评估研究 学 生 姓 名： 班 级： 学 号：2011 指 导 教 师： 所 在 单 位： 电气工程学院 答 辩 日 期： 年 月 日37摘 要分布式电源与传统大电网相结合可以弥补大电网的一些缺点和不足，提高系统的供电可靠性，同时也改变了配电网结构和运行方式，这就需要构建新的模型来评估其供电可靠性。本文首先根据传统电源和分布式电源之间不同的特点，建立了适用于含分布式电源的配电网可靠性评估模型；然后依据配电网中的负荷重要程度，建立含分布式电源的配电网孤岛划分优化模型，并采用广度优先搜索和深度优先搜索技术进行求解；最后结合配电网的孤岛运行方式，对传统可靠性评估方法中的最小路法进行了改进，使之适用于含有分布式电源的配电网可靠性分析计算。 通过对IEEE-RBTS Bus6测试系统可靠性的评估，证明了可靠性评估方法的有效性，同时也表明分布式电源合理接入配电网后，可以提高配电网的供电可靠性。关键词：分布式电源；孤岛；最小路法；可靠性；ABSTRACT窗体顶端 Distributed Generation (DG) connect with Electricity Power System, DG can make up for the shortcomings and deficiencies, it improve the reliability of system.At the same time, structure and functioning of distribution network have been changed, and the reliability assessment model is also changing.This paper proposes a method of reliability assessment of distribution networkcont containing DG. First, according to the different characteristics between the traditional power and DG, builds the resource model which is suitable the distribution network reliability assessment model containing DG. Then baee on the importance of loads in power network to builds a separation islanded mode method, with the maximum of equivalent loads as the aim of function. And use the breadth-first search and depth-first search technology to solve the problem. Besides, the paper provide a new version of the minimal path method of the traditional assessment analysis to suit the algorithm considering the DG.Through the IEEE-RBTS Bus6 assess the reliability of the test system proves the effectiveness of reliability assessment methods, but also that the distributed power distribution network after reasonable access, you can improve the reliability of distribution network.Keywords: Distributed Generation; Island;minimal path method;Reliability目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 绪 论11.1 课题背景及研究的意义11.1.1 课题背景11.1.2 课题研究的意义21.2 分布式发电技术研究现状21.3 配电网可靠性评估研究现状31.4 本文完成的主要工作4第2章 分布式电源可靠性模型的建立52.1 分布式电源的特点和分类52.2 分布式电源的并网模式72.3 分布式电源的可靠性模型82.3.1 非间歇性分布式电源模型82.3.3 间歇性分布式的电源模型92.4 本章小结11第3章 含分布式电源的配电网孤岛划分算法123.1 分布式电源的孤岛运行方式123.2 孤岛运行的分类123.3 孤岛划分的优化模型及其求解133.3.1 模型的建立133.3.2 模型的求解143.4 本章小结17第4章 含分布式电源的配电网供电可靠性评估方法184.1 配电网供电可靠性评估的指标体系184.1.1 配电网负荷点可靠性指标184.1.2 配电网的系统可靠性指标194.2 改进的最小路法在含分布式电源配电网可靠性评估中的应用214.2.1 求最小路集的方法214.2.2 改进的最小路234.3 含分布式电源的配电网供电可靠性评估算法流程254.4 算例分析264.4.1 可靠性原始数据264.4.2 可靠性指标计算结果284.5 本章小结33结 论34参 考 文 献35致 谢37第1章 绪 论1.1 课题背景及研究的意义1.1.1 课题背景科技的进步和经济的腾飞，使人们的生活质量越来越高，同时对电能质量也有了更高的期望和需求。电力系统可靠性是反映电能质量的一个重要指标，增强系统的供电可靠性，可以有效提高电能质量，因此重视电力系统可靠性是大势所趋，供电企业只有不断加强系统的可靠性，才能为用户提供更好的、优质的服务。由于电力系统市场化改革不断推进，因配电系统故障等问题导致的电力客户的经济损失以及给居民带来的不便必将成为影响电价的一个关键因素，同时电力是现代科技的核心动力，科技的进步离不开电力，保证电力系统的供电质量对科技的发展起到至关重要的作用，同时也是加快电力工业现代化建设进程的有效方式。因此，配电系统的可靠性问题在整个电力系统的所有研究中有着举足轻重的地位。集中发电、远距离输电以及大电网互联是电能生产、分配、和输送的主要方式，正在为全世界90%以上的电力负荷供电1。大规模高容量的电网虽有长处，但也存在着一些无法避免的的缺点，如一旦发生故障将会造成大面积停电、线路局部故障极易扩散和无法灵活跟踪负荷的变化等。随着分布式发电技术的不断进步，一种分布式电源和大电网相结合的形式开始出现，这种新系统极大的提高了电网的供电稳定性。分布式电源与传统大规模电网相结合，提高电力系统可靠性和灵活性，有效缓解了能源压力，保护环境的同时也节省了建网的投资，是全世界范围内都大力提倡的新型发电技术。由此可见我国也应提倡发展分布式发电技术，这也符合我国的可持续发展战略要求。目前，分布式发电技术正处于不断进步迅速发展的阶段，一些发电技术像风力发电和光伏发电等己经相当成熟，在一些发达国家也得到了广泛应用。分布式电源接入电网后，将会改变配电网原有的的结构，影响配电网的运行方式。因此研究分布式电源接入配电网后的供电可靠性十分必要2。1.1.2 课题研究的意义分布式电源虽然有着灵活、高效、环保等优点，但当分布式电源接入传统配电网后，会改变了配电网的组成，也会影响配电网的运行方式。传统配电网是单电源点供电的辐射式网络，这种网络虽有其优点，但也有着无法避免的弊端。分布式电源的接入使得系统转变为多电源与用户相连的形式。不同与传统电源较为稳定的输出功率，分布式电源的输出功率随机性更高，由于功率输出的随机性以及运行方式的不同，需要一种新的评估方案来评估系统的供电可靠性，同时 可靠性评估模型也需要随之改变，另外孤岛的出现也使得可靠性评估问题变得更加复杂3-4。虽然困难重重，问题繁多，我们却必须寻找到适应这种新发电形式的可靠性评估方法。因为通过对配电网的可靠性的计算，不仅可以全面掌握整个电力系统的总体可靠性水平分布情况，找到配电网中的缺点和不足，及时改进和完善，考察不同的运行方式下的整个系统的稳定性，为配电网合理安排和规划提供参考和依据；另外，可以计算不同的增强性措施收益的高低，从而可以把有限的资金用在最关键的位置，可在节约投资的同时增强配电系统的可靠性。因此，研究分布式电源接入配电网后供电可靠性的变化，成为供电企业关注的重要问题。1.2 分布式发电技术研究现状 分布式发电（简称DG）作为一种新型发电方式，有着无限的发展空间，凭借其灵活、高效、环保等优点，在全世界范围内得到了得到了广泛关注和应用。分析各个国家的分布式发电技术发展情况，可以发现美国、日本、和欧洲一些发达国家的分布式发电技术已经相当成熟，并且大力鼓励和支持发展分布式电源。分布式发电系统和传统大电网相结合的供电形式，可以利用分布式电源的优点来弥补传统大电网的弊端，可以缓解能源压力、避免大规模停电事故、加强对负荷的追踪、减少建设资金的投入。 欧洲提出要加强对分布式电源重视程度，进一步发展分布式发电技术以实现传统大电网与分布式发电相结合，并大力鼓励和支持社会各界广泛的参与到电力市场中，共同努力，共同进步，一同推进电网的全面改革与发展。欧洲部分国家已经成功将风力发电所占的比例提高到了10%以上，其中大部分是小型、分散式风电。例如，在丹麦所建设的风电场多数是12万kW功率的小风电场，全国工300多万kW的风机能够均匀地分布在各地，以最大可能的实现“就地上网、就地销纳”为主，很大程度上减小了其对电网的影响，极大的的提高了电网的稳定性和安全性7。在美国，分布式电源的容量不尽相同，从数kW到三十MW不等。一般情况下，小于20MW的布置在用户的附近，采用燃气轮机的形式，并通过热电联产或者冷热电联产技术，能够同时实现供热供电甚至制冷，容量在20MW以上的则采用与电网并网运行的方式。早在1978年，美国就已经开始提倡发展小型热电联产，目前在继续坚持发展和大力推行小型热电联产之外，正在转向发展能源利用效率更高的小型冷热电联产。由于新能源需求的不断增加与老电厂的相继退役，到2020年，预计总共要增加超过kWh电能。由此可见在不久的将来，分布式发电技术将得到更进一步的发展13。 近几年来我国的经济飞速发展，电力作为现代技术的核心，如果不能保证电力的稳定供应，必将影响我国经济的持续发展，在已建的中央电站以及电网的基础之上，大力发展分布式发电技术必将成为我国电力系统未来的发展趋势。我国西北地区的风力资源十分丰富，非常适合风力发电技术的应，除供应本地区的用电外，还可以送往其他地区，解决用电困难。分布式发电系统中的可再生能源如太阳能发电是解决我国偏远地区供电不足的有效办法。在我国城市地区，分布式发电技术得到越来越多的重视，可以弥补集中式发电的许多不足，提高整个城市的供电稳定性，分布式发电已成为当今新能源领域的重要发展方向之一8。1.3 配电网可靠性评估研究现状 在系统供电可靠性评估方面，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50年代加拿大就开始研究供电的连续性和可靠性问题，在1959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11，并在1963年发表了第一个统计报告6。英国也在上个世纪60年代就开始了配电网可靠性方面的研究工作，是世界上最早进行电力可靠性管理研究的国家5。从上个世纪年代开始，其它欧美国家也开始了对配电网可靠性统计和分析。如今供电可靠性评估已成为许多国家配电系统中的一项常规性工作之一，美国、英国、日本、俄罗斯等都成立了专门的研究机构，主要进行对配电网供电可靠性评估参数进行收集并进行整理，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，建立了完善的配电系统供电可靠性评估指标体系，使得配电网规划更加科学，不仅提高了配电系统的经济效益，也增强了安全性能。配电网可靠性的评估方法主要有两大类，分别是解析法、模拟法。1、 解析法首先考虑故障发生的概率，然后在此基础上建立系统可靠性数学模型，通过模型来对预想的故障事件进行分析，最后通过计算得到各种概率指标。解析法适用于网络规模不大，设备台数不多的情况下，并且具有准确度高的特点。解析法中比较常见的方法有：故障模式后果分析法、最小路法、最小割集法，以及网络等值法等。 二、模拟法与解析法不同，对网络规模、设备数量等无要求，可以对大规模网络进行多次模拟，因此适用于大型配电网和一些比较复杂的配电网13。1.4 本文完成的主要工作本文在研究传统配电网可靠性评估的模型和方法基础上，结合分布式发电技术的特点，建立分布式电源的可靠性模型、提出配电网孤岛划分模型并掌握其求解方法、改进最小路法使之适用于含分布式电源的配电网供电可靠性评估。主要研究内容包括：1. 了解分布式电源特点和分类，掌握分布式电源并网模式，研究传统的配电网可靠性评估的模型和方法，在此基础上，分别建立间歇性和非间歇性分布式电源可靠性评估模型。2. 针对含分布式电源的配电网在发生故障后，可能会出现孤岛运行这种新的情况，提出了配电网孤岛划分的模型及其求解方法。按照负荷的重要程度，最优孤岛划分模型以等值有效负荷最大为优化的目标函数，并对该模型采用广度优先搜索和深度优先搜索技术进行快速求解； 3. 在传统的配电网供电可靠性评估方法基础上，结合配电网孤岛运行方式，建立了含分布式电源的配电网供电可靠性评估模型，改进传统的最小路法，使之适用于含分布式电源的配电网供电可靠性分析计算； 4. 根据本文提出的模型和算法进行算例分析。第2章 分布式电源可靠性模型的建立2.1 分布式电源的特点和分类分布式电源目前还没有一个公认的明确定义。一般是指功率为数千kW至50MW的与环境兼容的独立电源，这些小容量的发电装置可以直接连接在配电网上，甚至也可以直接安装在每个居民家中，主要包括风力发电、太阳能光伏发电、微型燃气轮机、燃料电池等14。分布式电源距离用户近，可以就近提供有功功率和补偿无功功率，因此，可以减小输电线路中的损耗，从而增加供电可靠性，提高电能质量9，可用于企业、工厂、医院、居民、小区体育场所等用户的供电。对于可再生能源的有效利用不仅保护了环境，同时也缓解了能源压力。热电联产以及冷热电联产的供点形式，可以提高能源利用效率，同时缓解峰时供电压力。分布式电源如何能够合理规格和布置，可以减少新的输电走廊，并提高电力系统的供电可靠性。目前，DG在电能生产中所占比重不断增加。分布式电源得到广泛应用，主要原因是分布式电源的以下几特点10：（1）节能效果好 分布式电源可以用发电的余热来制冷制热，可以使能源得到合理的梯级利用，从而极大的提高了能源的利用率。使得能源利用效率可以提高到70%90%。同时使用风能、水力、太阳能等天然可再生资源，可以节约传统能源，解决能源不足的问题。（2）环保性能好 分布式电源采用风能、天然气、太阳能等作为能源，能减少有害物的排放量，减少环保压力。而且，就近供电可以减少了大容量远距离高压输电线的建设，由此不但减少了高压输电线的电磁污染，而且减少了高压输电线的征地面积和线路走廊，减少了对树木的砍伐，有利于环保。（3）经济性高 分布式供电的电能损耗比传统远距离大电网低。减少了传统大型电厂和高压输电线，节约了建设成本。而且分布式电源投资少、占地少、建设周期短，同时使得配电网的潮流减少，可以保护线路，减少网损。（4）提高供电可靠性 随着大电网以及大型电厂的增加，电网扩张的同时也对供电安全与稳定带来很大威胁，传统大电网的一些弊端无法避免，如果骨干线发生故障将导致大面积停电。如若安装分布式电源，则可以避免这种情况的发生。分布式电源与大电网相结合，可以有效提高系统的供电可靠性。由于分布式电源大多安装在用户附近，因此在电网因自然灾害等不可抗力因素而崩溃时，分布式电源可以继续维持重要用户的供电。（5）调峰作用明显夏季和冬季往往是负荷高峰期，此时如采用冷、热、电三联供系统，不但可解决冬季的供热和夏季的供冷问题，同时也可提供一部分电力，从而降低电力峰荷，由此对电网起到调峰的作用。根据是否具有间歇性，分布式电源可以分为两类：间歇性分布式电源和非间歇性分布式电源。间歇性分布式电源，主要包括风能、太阳能地热能、海洋能等发电形式，利用的都是具有随机性的间歇性能源；非间歇性分布式电源，主要包括内燃机、热电联产、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式，利用的都是非间歇性能源。下面分别对两种分布式电源详细介绍。1. 间歇性分布式电源：(1)风力发电机组（Wind Turbine Generator, WTG）输出功率额定功率风力发电是将风能转化为电能的一种发电技术，是一种利用清洁能源的发电技术。从能量转换角度上来看，风力发电机组可以分成风力机、发电机两个部分。风力机的发电原理是：当风速作用在风力机的叶片上时产生转矩，该转矩驱动轮毂转动，通过齿轮箱高速轴、刹车盘和联轴器再与起步发电机转子相连，从而发电运行。因此，它的输出功率由风能决定，由于风能具有随机性，所以风力机的输出功率也具有随机性。下图2-1所示是在标准空气密度条件下，风速与风力机输出功率的关系。切入风速 额定风速 切除风速图 2-1 WTG 标准功率特性曲线 由图2-1可以看出，风速未达到切入风速是，风力机不会启动，在风速达到切入风速时风力机起动，输出功率随风速的增加而增加，在达到额定风速值之前，风速与输出功率可以近似看成一次函数的关系，当风速达到到额定风速时，输出功率会达到额定功率，并保持不变。如果风速达到切出风速，风力机将从电网退出不在输出。 (2)光伏发电 光伏发电的原理是利用半导体材料的光电效应，将照射在表面的太阳能转化为电能。由于它利用的是可再生能源，并且具有不受地点限制，没有噪声，环保等优点，所以有着非常好的发展前景。但是由于安装地点的天气因素、日照时间、部件转换效率、灰尘覆盖率等多种因素的影响，光伏发电的输出功率具有波动性和间歇性。 2. 非间歇性分布式电源： (1)微型燃气轮机 微型燃气轮机是以天然气、甲烷、柴油、汽油等能源为燃料的超小型汽轮机。微型燃气轮机具有体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单等优点，并且输出功率较为稳定。 (2)燃料电池燃料电池的原理将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。当空气和燃料分别送入燃料电池中，它就可以持续发电。燃料电池具有如下优点：1. 能量转换率高，化学能直接转换为电能，转换效率在45%到60%左右，是一般火力发电厂的1.5倍左右；2. 不同于发电厂地点的限制，燃料电池安装地点十分灵活，占地面积小，建设周期短；3. 排废量几乎为零、清洁无污染、保护环境、噪音小；2.2 分布式电源的并网模式分布式电源并网方式一般有两种，一种是直接与主电网并联，另一种是通过联络开关的切换操纵实现并网，如图2-2所示。（a）分布式电源直接与主电网并联在这种并网方式中，主电源和分布式电源共同为负荷供电，如果其中一个电源发生故障，另一个电源可以继续为负荷点供电，供电可靠性得到很大保障，负荷点将得到稳定的连续不断的供电。另外，分布式电源和主电源都需要分别配置保护装置，以防止线路发生短路时，损坏主电源和分布式电源。 （b）分布式电源通过联络开关的切换操作与主电网并网DG配电网网负荷DG负荷配电网网 在这种并网方式中，分布式电源和主电源互为其备用电源，如果一个电源发生故障，可以通过联络开关的切换操作来让另外一个电源启动，可以由备用电源继续为负荷点供电，但是，负荷点需经过联络开关倒闸操作时间的停运。 （a）并联并网 （b）切换并网图2-2分布式电源的并网模式2.3 分布式电源的可靠性模型2.3.1 非间歇性分布式电源模型 这种可靠性模型是将分布式电源等效成一个由额定容量的发电机，这类分布式电源称为EDG。在本文研究中，对这种分布式电源考虑正常和故障两种状态，状态模型如下图2-3所示21，图中的为分布式电源故障率，为修复率。分布式电源的故障状态概率为: (2-1)分布式电源正常工作状态概率为: (2-2)在这种情况下，分布式电源只能满足孤岛内不超过其额定容量的那部分负荷。需要对配电网进行孤岛划分，使孤岛内电力供需平衡，保证孤岛稳定运行。正常 故障图2-3发电机停运状态模型2.3.3 间歇性分布式的电源模型 以风力发电机组（WTG）为例，建立间歇性分布式电源的模型。由2.2的介绍可知，WTG的输出具有随机性，由其标准功率特性曲线可以得到，WTG的输出与风速具有如下关系： （2-3）式中风电机输出功率； 风电机额定输出功率； 风速； 风电机额定风速； 切入风速； 切除风速。 综上，若统计出一年内的风速信息，就可以得知WTG在不同输出功率水平下的概率，从而得到WTG的多状态模型。以小时平均风速代替实时风速进行统计，并将风速值按的间隔划分成几个等级，统计各等级风速出现的小时数，得出该年的风速信息如下：表1 该年的风速统计信息风速/(m/s)小时数/h概率0418040.2059455790.0661569840.1123679080.1036789830.1122897990.09129106770.077310114390.050111123950.045112132860.032613142190.025014256870.0784WTG的额定输出功率为1MW，额定风速为14m/s，切入风速为4m/s，切出风速为25m/s，利用公式(3-3)计算出该年中WTG不同的输出功率水平和概率如表3-2所示：表2 WTG不同输出功率水平及概率WTG输出功率/kW概率00.2059500.06611500.11232500.10363500.11224500.09125500.07736500.05017500.04518500.03269500.025010500.07842.4 本章小结本章介绍了分布式电源的概念和特点，然后根据能源的间歇性介绍了分布式电源的分类，其中对风力发电技术、太阳能光伏电池、燃料电池、微型燃气轮机等做了分别介绍。然后介绍分布式电源并网的模式，最后建立了非间歇性和间歇性分布式电源可靠性模型。第3章 含分布式电源的配电网孤岛划分算法3.1 分布式电源的孤岛运行方式孤岛是DG接入配电网后出现一种新的运行方式。当主电网发生故障时，为了隔离故障，会使部分区域独立于整个系统，如果DG继续为该部分区域供电，就与该区域形成了一个孤岛，即图3-1所示的孤岛运行方式。孤岛运行主要有一下几个特点： （l）由DG独立供电； （2）与主系统分离的孤立配电网络；（3）频率和电压在允许范围内；（4）能够继续运行。DGDG 故障点 L1 L2 L3 L4 L5 L1 L2 L3 L4 L5孤岛运行图3-1孤岛形成示意图3.2 孤岛运行的分类一般情况下，孤岛运行可以分为计划孤岛运行、非计划孤岛运行两大类。计划孤岛是根据分布式电源的容量、故障前的运行状态以及符合的大小，在安装DG时就已经确定的合理的孤岛区域，不因主网是否故障、其他位置的故障而变化，在与主网脱离之后，可以维持孤岛内部稳定并持续供电。如果分离点在功率平衡点左右，那么孤岛在与主网脱离后，可以实现内部的系统稳定功率基本平衡，这样就能够保持稳定，可以安全的实现新稳态模式的转换。 计划孤岛能够发挥DG的优点来增强电网的稳定性，通过在合理的位置布置DG、对孤岛范围的科学规划，可以让DG在出现孤岛时能够安全的对孤岛内负荷持续供电，避免了全网停电事故的发生，从而提高了整个系统的安全性。目前，部分发达国家已经开始把计划孤岛应用到实际中，例如加拿大马尼托巴省水电系统，该系统被分为成两个大区（南区和北区），它们之间由一条联络线相连，当其中一个区发生故障时，联络线上的保护动作会让另一个区与之脱离，从而形成一个孤岛，继续供电。 非计划孤岛是指偶然发生的、非事先规划好与主网脱离范围的一种孤岛形式。当主网发生故障时，部分区域突然与主网脱离，形成孤岛。一般与故障发生的位置和孤岛电源的输出功率有关。这种偶然的发生的范围不确定的孤岛会给电网的安全和调度造成很多困难，也给电力系统的安全稳定运行带来许多问题： （1）存在安全隐患：由于非计划孤岛具有随机性，位置不确定，无法确定设备元件是否带电，会对维修人员以及公众的造成安全隐患。 （2）电能质量下降：孤岛内系统功率不平衡。造成电压和频率的剧烈变化，影响电能质量。 （3）影响自动重合闸：形成孤岛后，DG有可能对跳闸线路的另一端供电，造成检无压重合闸失败，或因孤岛与主电网不同步，造成检同期合闸失败，引起不必要的停电损失以及对DG、系统设备的损害。为了避免非计划孤岛运行给系统带来的危害，国内外的大多数DG并网的运行规程要求系统配置防孤岛保护：当非计划孤岛出现时，要及时把DG切除，使之退出运行，以保证主系统的安全。3.3 孤岛划分的优化模型及其求解3.3.1 模型的建立配电网中各负荷点有着不同的特点，因此对供电的可靠性要求也是不相同的。根据配电网中各负荷点的位置以及作用，将赋予不同位置的负荷点的不同权重系数，由此引出等值负荷的概念，等值负荷的定义是：负荷大小和其权重系数的乘积。所以含孤岛划分的目标函数是使孤岛内所包含的负荷点的等值负荷之和最大，所以相应的目标函数可用下式表示： （3-1）约束条件： （3-2） （3-3） 区域D连通 其中：DG所在馈线编号； ：孤岛内所有负荷点组成的区域； ：分布式电源的额定容量； ：负荷点处负荷的大小。3.3.2 模型的求解一、可行域的寻找（1）功率圆概念的提出 功率圆定义：以DG所在馈线的负荷点为圆心，以DG的额定容量为半径画圆，圆内负荷点组成的集合叫功率圆。假设配电网的网络拓扑如图3-2所示，DG安装在馈线7处，容量为0.5MW，括号内数据为各馈线负荷点的负荷值，单位为MW，则该功率圆所包含的负荷点有：4、5、6、7、8、10、11、12、13。图3-2配电网的网络拓扑图（2）广度优先搜索技术应用广度优先搜索技术时，首先要访问与顶点相连的所有支路，然后再访问下层的支路。对图3-3中的原始图进行广度优先搜索遍历的过程如图3-4所示，首先访问和其相邻接点和，然后依次访问的相邻接点和，及的相邻接点和，最后访问的邻接点。由于这些顶点的邻接点均已被访问，并且图中所有顶点都被访问，由此完成了图的遍历。得到的顶点遍历访问序列为：。图3-3原始图图3-4广度优先搜索图的过程（3） 广度优先搜索技术在功率圆求解中的应用本文采用广度优先搜索技术来确定功率圆的范围。从分布式电源所在馈线的负荷点出发，首先访问与负荷点相连的所有支路，然后再访问下层的支路，在满足式（3-3）的范围内，遍历图，直至满足式（3-3）要求的、所有和 有路径相通的负荷点都被访问到。用这种搜索方法可以快速地进行复杂配电网的功率圆的范围搜索。通过广度优先搜索技术得到的功率圆内所有负荷点组成的集合就是可行域，且保证了。该方法大大减小了可行解的范围。二、最优孤岛的求解(1) 深度优先搜索技术 深度优先搜索是从图中的某个顶点v开始，依次从其未被访问的相邻邻接点出发，深度优先遍历图，直到图中所有和v有路径相通的顶点都被访问到。深度优先搜索可以迅速地进行配电网的最优孤岛的搜索。图3-5深度搜索图的过程以图3-3中的无向图为例，深度优先搜索遍历图的过程如图3-5所示。首先以顶点作为起点开始进行搜索，在访问了顶点以后，选择相邻接点。由于没有访问，故从出发进行搜索。依次类推，接着从、出发进行搜索。在访问之后，由于其相邻接点都已被访问，所以搜索回到。同理，搜索回到，直到，此时由于的另一个相邻接点未被访问，则搜索又从到，再继续进行下去。由此，得到的顶点访问序列为：。(2) 深度优先搜索技术在最优孤岛求解中的应用 在这里，最优孤岛采用深度优先搜索的求解方法。考虑到孤岛对区域的连通性的要求，首先从分布式电源所在馈线的负荷点出发，访问此顶点，然后依次从的未被访问的邻接点出发，在满足式（3-3）的范围内，遍历功率圆图，直至找到目标函数的最大值。利用深度优先搜索技术，可以完成最优孤岛划分方案的搜索。3.4 本章小结 首先分析孤岛出现的原因，然后介绍两种不同的孤岛运行方式，在等值负荷定义的基础上简历孤岛划分的优化模型，引出功率圆的概念并通过广度优先搜索技术进行求解，最后利用深度优先搜索技术完成对最优孤岛划分方案的搜索。第4章 含分布式电源的配电网供电可靠性评估方法4.1 配电网供电可靠性评估的指标体系该体系由配电网负荷点可靠性指标、配电网的系统可靠性指标这两部分组成。4.1.1 配电网负荷点可靠性指标 配电网中的负荷点可以利用网络法中的串联等值原理和并联等值原理来定义和计算其可靠性指标。1、 串联等值由两个或两个以上元件串联成的系统如图4-1所示。只要任意一个元件发生故障，则系统出现故障，必须所有元件同时完好，才能保证系统的稳定运行，这种系统可以采用串联等值，等值后的负荷点可靠性指标计算公式为： 1 2 n图4-1 n个元件组成的串联系统（1） 负荷点故障率 （次/年） （4-1）（2） 负荷点每次故障平均停电持续时间 （小时/次） （4-2）（3）负荷点年平均停电持续时间U （小时/年） （4-3）其中，为设备i的故障率（次/年）；为设备i的故障修复时间（小时/次）2、 并联等值由两个或两个以上元件组成的系统，只有所有元件都发生故障时，系统才发生故障，只要其中一个元件工作，系统就处于正常工作状态，则这种系统可以采用并联等值。如图4-2所示系统经过并联等值后的负荷点可靠性指标计算公式为：12图4-2并联系统（1） 负荷点故障率 （次/年） （4-4）（2） 负荷点每次故障平均停电持续时间 （小时/次） （4-5）（3） 负荷点年平均停电持续时间U （小时/年） （4-6）1如图4-3所示系统经过并联等值后的负荷点可靠性指标计算公式为：23图4-3 三元件并联系统 （次/年） （4-7） （小时/次） （4-8） （小时/年） （4-9）4.1.2 配电网的系统可靠性指标（1） 系统平均停电频率指标SAIFI配电网系统平均停电频率指标是指每个由系统供电的用户在单位时间内所遭受的平均停电次数。它可以以一年中用户停电的累积次数除以系统供电用户总数来预测： （次/用户年） （4-10）为负荷点i的用户数；为负荷点i的故障率。（2） 系统平均停电持续时间指标SAIDI系统平均停电持续时间指标是指每个由系统供电的用户在一年中遭受的平均停电持续时间，可以用一年中用户遭受的停电持续时间总和除以该年中由系统供电的用户总数来预测： （小时/用户年） （4-11）为负荷点i的等值年平均停电时间，可以由式（4-1）求得。（3） 系统平均供电可用率指标ASAI系统平均供电可用率指标是指一年中用户获得的不停电时间总数与用户要求的总供电时间之比。如果一年中用户要求的供电时间按全年8750小时计，则系统平均供电可用率指标ASAI可按下式计算： （4-12）（4） 系统电量不足指标ENSI系统电量不足指标是指系统中停电负荷的总停电量，计算公式为： （KWh/年） （4-13）为连接在停电负荷点i的平均负荷（kW），等于负荷点i的年峰荷与负荷系数的乘积。（5） 用户平均停电频率指标CAIFI用户平均停电频率指标是指一年中每个受停电影响的用户所遭受的平均停电次数，计算式： （次/停电用户年） （4-14）EFF为受停电影响的负荷点的集合，受停电影响的用户一年内不管其被停电的次数有多少，每户均按一次计算。（6） 用户平均停电持续时间指标CAIDI用户平均停电持续时间指标是指一年中被停电的用户所遭受的平均停电持续时间，可以用一年中用户停电持续时间的总和除以该年停电用户总次数来估计，计算式如下： （小时/停电用户年） （4-15）4.2 改进的最小路法在含分布式电源配电网可靠性评估中的应用4.2.1 求最小路集的方法连接任意两节点由有向弧或无向弧组成的弧的集合，称为这两个节点间的一条路。由输入点到输出点的所有路的集合，称为路集。在本文的研究中，负荷点从电源进线到出线所要经过的设备的集合称为负荷点的一条路。在负荷点的一条路中任意除去一台设备，就不再成为路，则这条路称为最小路。由最小路构成的集合称为最小路集。 X4X1 X3 X5X2 图 4-4 系统图如图 4-4 所示的系统，其路集为： 最小路集为：求取最小路集的方法主要有联络矩阵法、布尔行列法和搜索法。本文应用广度优先搜索算法求出配电系统中的最小路集，流程图4-5如图所示。开始是否所有顶点都已被访问过？是否已被访问过？访问此顶点将此顶点放入已访问顶点队列访问下一个邻接顶点找到顶点的第一个邻接顶点从顶点出发，横向搜索图访问顶点后做已访问记号进行图遍历搜索写出网络关联矩阵结束 图4-54.2.2 改进的最小路 假设分布式电源模型为第2章中介绍的两种，并采用直接与主网并联的并网方式，并对分布式电源加入前后的可靠性指标做出分析，在此基础上建立了含分布式电源的配电网的可靠性分析方法。 最小路法基本思想就是：对每一个负荷点求取其最小路，根据实际情况将非最小路上的设备故障对负荷点可靠性的影响折算到相应的最小路节点上；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，可以结合系统的实际情况，找到系统的薄弱环节。本文结合分布式电源接入后的影响，对最小路法做出了改进。下面根据图4-6来说明改进的最小路算法在含DG的配电网供电可靠性评估的中的应用。图4-6 简单的含DG的配电网接线图 将所有设备分为两类：最小路设备和非最小路设备。图4-6中负荷点 LP3 到电源点的最小路由主馈线 1、2、3和分支线c组成，这些线路上的设备为最小路上的设备，其他设备就为非最小路上的设备。 对于最小路上的设备处理原则为： (1)如果最小路上的设备在孤岛划分的范围内，那么这类最小路上的设备发生故障均会引起负荷点的停运。所以参与可靠性计算的为这些设备的停运率和停运时间。如在图4-6中，负荷点LP3的最小路上的主馈线3和分支线c上的设备在孤岛划分范围内，这些设备的停运都会引起负荷点LP3的停运。(2)如果最小路上的设备在孤岛划分范围之外，且主馈线上装有分段装置（如隔离开关），那么这类设备发生故障引起的负荷点停运时间仅为 MaxS,T，其中S为分段装置的操作时间，T为孤岛形成需要的倒闸操作时间，参与可靠性计算的为这些设备停运率和停运时间。以图4-6为例说明假设主馈线1、2故障，由于这些馈线在孤岛的范围之外，所以负荷点 LP3 的停运时间仅为 MaxS,T。对于非最小路上的设备，可以先根据系统的结构，将其对负荷点可靠性指标的影响折算到相应的最小路的节点上，然后按照上面所述的方法处理即可。例如在图4-6中，对于负荷点LP3，分支线a的影响可以折算到节点A上，分支线b的影响可以折算到节点B上，主馈线4和分支线d的影响折算到节点C上。这样，非最小路上的设备的影响便转化为最小路上的节点A、B、C的等效可靠性指标。对于非最小路上的设备折算的处理原则为： （1）对于分支线，若其首端装有熔断器，则当分支线上设备发生故障时，熔断器熔断，故障不影响其它支线。 （2）对于主馈线，隔离开关后的设备发生故障所引起的前段负荷点停运时间为隔离开关的操作时间S。以图4-6为例说明，主馈线3、4故障，负荷点2的停运时间仅为隔离开关的操作时间S。 （3）对于分布式电源，只有当分布式电源和主馈线都发生故障时才对负荷点的可靠性计算有影响，按分布式电源与主馈线的二阶故障进行折算，故障率和年平均停电时间折算公式如下： （4-16） （4-17） （4-18）式中：，是分布式电源的故障率和故障平均停电持续时间。 ，是第 k 段主馈线的故障率和故障平均停电持续时间。 在分布式电源和负荷点两者前面的主馈线段数量。 应用上述方法可以求得负荷点等值故障率和故障停电持续时间，进而求得含分布式电源的配电网供电可靠性指标（具