主动配电网的可靠性评估与故障恢复研究

主动配电网的可靠性评估与故障恢复研究

发表时间：2019-01-08T16:23:53.857Z 来源：《电力设备》2018年第24期作者：梁威

[导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，凭借着环保、灵活的优势，分布式电源得到许多国家的重视与大规模推广。 (国网山西省电力公司交城县供电公司山西省吕梁市 030500)

摘要：在我国快速发展的过程中，凭借着环保、灵活的优势，分布式电源得到许多国家的重视与大规模推广。分布式电源的接入改变了配电网的结构、运行方式以及供电可靠性。主动配电网能有效解决分布式电源接入带来的问题，同时与传统配电网相比，其可靠性评估模型和方法均发生了很大变化。元件的故障是影响供电可靠性的主要因素，而配电网的故障恢复主要是针对元件发生故障时，通过改变支路开关的状态，使非故障失电区域恢复供电，也是提高供电可靠性的重要手段。因此，本文研究了主动配电网的可靠性评估与故障恢复，主要研究工作如下:

关键词：主动配电网;分布式电源;可靠性评估

引言

集中化供电、规模化远距离输电的模式是当今电力工业的主要特征，这种方式保证90%以上的负荷用电需求f}l。随着输电规模的扩大，传统的供电模式逐渐暴露出很多问题:不能灵活跟踪负荷波动变化;一些局部的扰动和故障会扩散到整个电网，严重时导致大范围停电，威胁人身财产安全12一l01980年以来，伴随着风力发电、太阳能光伏发电以及微型燃气轮机发电等技术的逐步成熟，分布式电源(DistributedGeneration,DG)的概念逐步建立。近年来，随着国家环保、节能减排等政策的推广，分布式电源凭借环保、经济、灵活的优势受到许多国家的重视，得到了广泛的应用。分布式电源主要是指规模较小、可以与环境兼容的独立电源，通常接在用户附近，输出功率位于数十千瓦至SOMW之间，发电所需的能源包括潮汐能、太阳能、风能等清洁能源，所发电能实现就地消纳[f}l。与传统的集中式发电相比，分布式发电不仅提高了能源利用效率，节省投资，还可以与大电网相结合，共同为用户供电I8_lll。还有利于提高电网运行的可靠性，对保障国家安全有重大现实意义。

1配电网可靠性评估指标

配电系统可靠性(DistributionNetworkReliability)是度量包括电源侧到用户之间，包括配电变压器、线路等全部配电设备和整个配电网按照可接受的期望满足用户用电需求能力在进行可靠性研究时，配电网的可靠性水平可以通过计算可靠性指标来定量分析、反映。根据评估对象和层次的不同，可靠性评估指标可分为负荷点和系统两个层面进行划分。负荷点指标描述的层次面向为用户，而系统指标描述的则是面向整个系统。在可靠性指标计算时，一般先计算负荷点指标，再通过负荷点指标计算系统指标。

2主动配电网的故障恢复研究现状

在对传统配电网故障恢复方面，国内外专家学者做了大量的研究，主要分为3类方法:启发式方法、数学优化方法、人工智能算法。启发式方法是在搜索的过程中加入一些具有启发性的信息，使之朝着最优解的方向优化，优点是通用性好，不足之处在于系统的初始状态对搜索结果影响较大;数学优化方法适用于处理系统规模不大、复杂性不高的问题，但是单纯依赖传统的数学优化方法容易出现维数灾，同时计算时间过长;人工智能算法是解决最优化问题的有效方法之一，其优点是编码相对容易，全局收敛性较好，但在计算过程中会产生大量不可行解，去除不可行解需要较长的计算时间。DG大规模的接入也改变了配电网故障恢复的方式，IEEEI547-2003允许DG实行计划孤岛方案，这对实现主动配电网可靠、经济有重要意义。提出了最大供电能力的指标，通过变步长的重复潮流算法计算该指标，并以此为依据进行重构，用于风险预防控制。在考虑DG随机出力和主动配电网重构因素提出了一种负荷转供模型，并用遗传算法优化求解。研究了在ADN 大面积断电情况下，建立供电恢复AER模型，构造了一个格子环境，使用异步回溯算法求解模型。

3基于并行计算的主动配电网可靠性评估

采用时序蒙特卡洛模拟法构成系统状态—持续时间序列，并通过对系统判定环节实现对主动配电网的多状态模拟。1)状态序列构成网络元件(线路、变压器、变流器、隔离开关等)可靠性模型均采用两状态模型，即不考虑瞬时故障;元件运行时间和故障状态下修复时间均服从指数分布;考虑断路器等开关设备的误动、拒动，将其等值入线路故障率参数。状态序列构成包括两个步骤。步骤1:假设所有元件初始时刻处于运行状态，根据元件的故障率和修复率抽样获得无故障工作时间和故障修复时间。针对并网开关，考虑公用配电系统故障导致的主动配电网孤岛运行状态，假定公用配电系统导致主动配电网孤岛运行的故障率λS与修复率μS近似为一常数，将公用配电系统与并网开关进

行可靠性参数串联等效，有式中:λD和μD分别为并网开关故障率与修复率。若公用配电系统正常运行时间与故障修复时间服从其他分布，可与并网开关状态进行联合抽样模拟。步骤2:根据元件无故障工作时间和故障修复时间，构建给定总时间段内系统状态—持续时间序列Ssd=［Sk，dk］T，k∈［1，Nsys］，Nsys为系统状态数，Sk为第k组元件状态组合，dk为相应持续时间。2)系统状态判定对于某一系统运行状态(Sk，dk)，其系统判定流程设计如下。步骤1:负荷节点分类。将主动配电网负荷节点按与公用配电网及DG的连通状态分为并网负荷节点集、中断负荷节点集与孤岛负荷节点集3类。并网负荷由公用配电网保证可靠供电，中断负荷节点与DG及并网点间均无连通通路，则供电中断，而孤岛负荷节点由DG及储能保证供电连续性，需进一步判定。步骤2:孤岛运行拓扑辨识。为提高对主动配电网各类拓扑结构与多孤岛运行工况的适用性，借鉴广度优先搜索(BFS)算法的思想，设计了一种限定优先聚合(LPA)算法来实现运行拓扑辨识(具体见附录A)。LPA算法根据邻接矩阵、孤岛负荷节点集及DG与负荷间的最小路集，按连通域对网络各节点进行聚合，从而筛选出各孤岛节点子集。步骤3:DG与负荷模拟。依次针对孤岛节点子集，按前述DG与负荷可靠性模型，分别对所含DG出力及负荷进行抽样模拟。

结语

分布式电源的大量接入，改变了配电网的拓扑结构、潮流分布和供电可靠性，从而导致传统的配电网可靠性评估模型和方法变得复杂。配电网故障恢复是提高供电可靠性的措施之一，从而提高供电可靠性和经济运行水平。

参考文献:

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