含分布式电源的配电网可靠性评估综述_盖佳麒

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－２９０Ｘ．２０１３．０５．００１收稿日期：２０１３－０３－２９基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７７００９）；南方电网公司科技项目资助（Ｋ－ＧＤ２０１１－０５８）；吉林省教育厅科技项目（吉教科合字〔２０１２〕第１０１号）含分布式电源的配电网可靠性评估综述盖佳麒１，张焕２（１．东北电力大学，吉林吉林１３２０１２；２．广东电网公司佛山供电局，广东佛山５２８０００）摘要：介绍了分布式发电的概念和特点，概述了国内外分布式发电技术的研究现状，并分析了分布式电源的接入对配电网可靠性评估的影响。

指出分布式电源的接入改变传统配电网的辐射状的结构，使潮流双向流动，孤岛运行和分布式电源输出功率的不确定性给配电网的可靠性评估带来新的挑战，并从分布式电源的可靠性评估模型、分布式电源的孤岛划分、负荷及元件可靠性参数的不确定性对含分布式电源的的新型配电网可靠性评估进行了阐述。

最后提出含分布式电源的新型配电网可靠性评估中急需攻破的几个难题。

关键词：分布式发电；配电网；可靠性评估中图分类号：ＴＭ７１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－２９０Ｘ（２０１３）０５－０００１－０７Ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｎ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ＮｅｔｗｏｒｋＧＡＩ　Ｊｉａｑｉ　１，ＺＨＡＮＧ　Ｈｕａｎ２（１．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｄｉａｎｌｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ，Ｊｉｌｉｎ　１３２０１２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｆｏｓｈａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｒ－ｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｆｏｓｈａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５２８０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｓｔｕｄｙ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ａｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎｅｔ－ｗｏｒｋ　ａｆｔｅｒ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ．Ｉｔ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｎ　ｃｈａｎｇｅ　ｒａｄｉａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒｅｎｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｉｓｌａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄｕｎｃｅｒｔａｉｎ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｍａｙ　ｃａｕｓｅ　ｎｅｗ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅ　ｆｏｒ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｔｓｔａｔｅｓ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ，ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｉｓｌａｎｄ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｏｆ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｉｔ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｏｌｖｅｄ　ｕｒｇｅｎｔｌｙ　ｉｎ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ 随着我国社会经济的快速发展，电力客户对电能质量的要求也在不断地提高。

配电系统处于电力系统的末端，然而其可靠性问题是影响电能质量的关键因素之一。

由于电力技术发展迅速，分布式电源接入电网的情况也日趋增多。

近２０年来，美国由非传统能源提供的发电量占其新增发电量的５０％以上；在欧洲，法国非传统能源提供的发电量在２０１０年也达到了约２１％［１－３］。

虽然分布式发电（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ＤＧ）将会对未来大型电网提供有力补充和支撑，但是给系统可靠性分析带来了新的难题，因此研究分布式发电对电力系统的可靠性的影响具有重要的意义。

电力系统可靠性随着分布式电源的不断接入受　第２６卷第５期广东电力Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．５　　２０１３年５月ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　Ｍａｙ．２０１３　到了一定程度的影响。

一方面分布式电源的输出功率比传统电源更具有随机性。

另外，对传统的配电网进行可靠性评估时，是单一电源点供电，是辐射式供电，无论哪一条馈线上发生故障，都有可能致使馈线后面的全部负荷停电，然而分布式电源接入配电网之后，会使其变成一个与用户多电源相连的网络，当馈线上发生故障时，这样含有分布式电源的孤岛运行方式可能会出现，那么与之相对应的可靠性评估方法也会发生变化，从而需要对原有系统进行重新的可靠性评估。

本文着重介绍了目前对分布式电源接入配电系统进行可靠性评估的分析方法，并在此基础上，给出以后的研究方向。

１　分布式发电１．１　分布式发电技术分布式发电［４－７］一般是指布置在用户附近，单机容量一般是１ＭＷ，总装机容量低于１０ＭＷ。

它不仅能独立于公共电网为少量用户供电，还能接入配电网络，与公共电网同时为用户供电。

分布式发电节约能源的发电装置，如微型燃气轮机、风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池等［８］，因此这是一种可利用的多种能源发电技术。

１．２　分布式发电的特点分布式发电的特点主要有：ａ）灵活性高。

对偏僻的地区供电，可以在安装和运营方面具有更高的灵活性。

因为容量和体积都比较小，所以比较容易找到分布式发电合适的安装地点。

对于偏僻并且经济不发达的地区，安装小型分布式发电装置，具有小型化、建设周期较短的优点。

分布式发电启动过程只需几秒钟，并且出力可以按小时来调节。

ｂ）可以提高配电网的可靠性。

分布式发电可以作为备用电源为用户供电，当峰谷电价时，它可以保障电网的可靠性，同时减少电费的支出。

当大电网发生故障时，启动断开装置，迫使分布式发电与电网断开，这样分布式发电则独立为客户端供电。

ｃ）污染较小，能量利用率较高。

分布式电源通过多种循环的有机融合和对能源的综合梯形利用，使能量利用率达７０％～９０％，而且利用风力、水力、潮汐、地热等天然可再生资源的分布式发电，不必考虑能源枯竭问题［９］的同时，还能减少有害气体、温室气体以及固体废弃物的排放。

ｄ）使供电者呈现出多元化局面，并造成供电者之间被引入竞争机制，从而把经济实惠最大限度地带给了用户。

总之，整个电力市场的竞争将会更激烈，所以，分布式发电对传统的电力公司既是机遇，同时也是一种挑战［１０］。

１．３　分布式发电的发展现状目前，分布式发电技术在欧美有着广泛的应用。

表１显示了２００５年世界一些国家的分布式发电的发展情况。

表１　２００５年世界部分国家分布式发电的发展概况统计国家生物柴油／ＧＷ热电联产／ＧＷ风电／ＧＷ水电／ＧＷ光伏电池／ＧＷ其他／ＧＷ分布式能源总和／ＧＷ系统总装机容量／ＧＷ分布式能源百分比／％澳大利亚７１８　１　７４７　５　２　７５４－－５　２２４　４２　４３７　１２．３比利时２１４　１　１７４　５　９７－４４８　１　９３８　１４　６９３　１３．２丹麦－２　０００　１　４５０－－－３　４５０　１２　１５０　２８法国６１０　４３５　８　４５０－２５０　１　７５３　１１４　５００　２．５德国－２　８００　１　５４５　３　３３３　１７　９０４　８　５９９　１３５　４００　６．４意大利４９２　７６６　３４　２　１５９　５　２５２　３　７０８　７０　６４１　５．２荷兰－４　７３６　４２７　３７－８０　５　２８０　１８　９８１　２８波兰－３　０００－２　００８－－５　００８　３３　４００　１５西班牙－２　５００－１　５００－－４　０００　５０　３１１　８２广东电力第２６卷　 从表１中可看出，所列出的国家的分布式发电在正常运行时承担的供电量的比例突出。

随着经济的飞速发展，人们对能源的需求达到前所未有的程度，全球范围的能源危机也日益突出。

据预测，至２０５０年，煤炭、石油、天然气等能源将出现高峰值，之后原子能和可再生能源将成为主体。

而２０７０年以后，可再生能源发电量将会占总发电量的５０％左右。

美国在未来分布式发电系统中，将容量为１ｋＷ至１０ＭＷ的分布式发电装置和储能装置作为其有用单元。

由于分布式发电有着高效率、高质量、灵活性以及高可靠性，可满足工业、商业、居住和交通等一系列应用的要求。

预计到２０２０年，美国要增加１．７×１０１２　ｋＷｈ的电能，这大约是近２０年的增量的２倍［１１］。

美国能源部关于分布式发电还提出了多个计划，其中包括微型燃气轮机、燃料电池、微型燃气轮机和燃料电池混合的装置等。

由此可推测在不久的将来，分布式发电将在美国得到相当程度的发展［１２］。

我国在分布式发电的研究方面也已经起步，科技部在２００８年立项了“分布式发电供能系统相关基础研究”的９７３研究项目，并且以王成山教授为首席的科学家研究团队已经将微网及相关系统的相互作用机理、保护和控制等作为该项目的主要研究课题［１３］。

目前，分布式发电技术的研究主要是集中在［１４－１６］：分布式发电的概念及基本结构；分布式发电的并网方式、运行方式及相关控制技术；稳定性和电能质量分析；分布式发电的保护。

虽然有很多电力工作者对含分布式电源的新型配电系统给予了足够的重视，但专门针对新型配电网开展可靠性评估工作，目前在国内外还是鲜有所见的。

２　含分布式电源的的新型配电网可靠性评估由于分布式电源的接入，传统的配电网可靠性分析发生了变化，在以往的配电网可靠性评估中，配电网是典型的辐射式供电方式，即馈线由单一电源点供电。

任何一条馈线上发生故障，都将会导致馈线后面的负荷全部停运。

然而，随着分布式电源的接入，使配电网供电结构发生变化，配电网从辐射式转变为了遍布电源与用户互联的网络，在馈线上发生故障时，配电网可能会出现孤岛运行方式。