微电网接入配电网的可靠性分析

微电网接入配电网的可靠性分析

摘要：随着电力需求的不断增长，大电网在过去数十年中得以快速的发展并成

为主要的电力供应渠道。然而随着最近几年分布式能源的大力发展从一定程度上

影响了人们的认识：发展以微电网为主的电力系统可以有效提高配电网供电的可

靠性。本文首先介绍了微电网的特点，总结了微电网的主要特征和与普通配网的

区别；微电网在接入配电系统后与原来的配网相比在控制策略和保护机制上都发

生了变化，其运行特性和可靠性不再相同使得评估变得困难。接着针对含微电网

的配电系统进行可靠性分析，通过威布尔分布函数建立了对微网中风力机组输出

功率的仿真模型，建立了以微电源（风电）、柴油机以及储能联合的发电系统；

通过对给定的配电系统进行负荷分块，确定了各个分块负荷的重要性和削减策略，并编写了基于时序蒙特卡洛法的可靠性评估算法。通过算例计算和结果的分析比

较找出了影响孤岛型微网的可靠性因素和并网型微网的接入对配网供电可靠性的

影响。

关键字：微电网；可靠性；蒙特卡洛模拟法；配电网；

1 微电网的概念和可靠性评估

1.1微电网定义的提出

由于分布式电源具有输出功率随机性、间歇性等特点，相比传统配网只将电

能分配到用户端不同，一旦将分布式电源接进配网中将彻底改变配网的拓扑结构

并对配网的继保、潮流计算和控制运行等产生众多问题；有鉴于此，人们把分布

式发电和部分负荷看作一个整体即微电网，在正常情况下和电网进行并网运行，

分布式发电和大电网互相补充；而当配网出现故障时，则与大电网断开连接，自

行组成一个独立的小网络，通过内部的分布式电源和负荷监测与控制体系保持微

网内部的功率平衡。

1.2微电网的发展与研究现状

目前，国内的微电网的研究还处于起步阶段，主要是集中于对微电网规划、

运行和控制方面等实际应用方面的研究，还未能进行更深层次地分析，示范工程

规模也相对较少。2005年国家制定了《可再生能源法》为以新能源为基础的微电网打下了基础；2007年科技部新成立了973研究项目，以天津大学王成山教授为首的科研团队将微电网及其相关系统的相互作用机制作为主要研究项目。

目前，我国已经建成的微电网示范性工程有浙江舟山东福山岛和温州南麓岛

的风能、光伏、柴油机和储能联合供电的离网型微网系统和中新天津生态城的自

我控制、管理和运行的并网型微网系统。

1.3微电网的基本结构和主要特征

微电网中的主要元件有：微电源、开关、电力电子装置、储能设备和通信连

接设备等；开关中又分用于隔离微电网与大电网的静态开关以及切除元件故障的

隔离开关，当静态开关检测到公共连接点（PCC）有故障发生时自动把微网隔离

出来，当故障清除以后再自动与大电网相连。微电网内的分布式电源也包含多种

形式：可再生能源一般有风能、太阳能等；不可再生能源一般有柴油发电机或微

型燃气轮机。除此之外微网还可以通过热电联产或者冷热电三联供的形式向符合

供热供冷，极大的利用了能源。

1.4含微电网的配电网可靠性评估方法

对含有微电网的配网系统的可靠性评估在一定程度上和普通配网的可靠性评

估相似，然而，这两者之间存在这重要的区别：普通的配网系统往往采用的是单

一电源供电，单一电源在配网中呈辐射状供电；而微电网在接入配网系统后，改

变了原来系统里的供电方式，当元件发生故障后由于微网中分布式电源的存在配

网系统可能不会完全停运而是有部分负荷处于孤岛运行的状态，这些孤岛运行的

负荷不受故障的影响。同时微电源的功率输出也变得不确定。因此，综上所述，

对含有微电网的配网系统进行可靠性评估时必须在原来的配网系统上考虑微电源

存在的问题和孤岛划分的问题。

2基于时序模拟的并网型微电网可靠性分析

2.1 计及元件故障的运行方式分析

传统配网在面对极端天气时很容易由于电网的局部损坏从而导致大面积停电，而并网型微网可以通过灵活的切换运行方式从而在大电网的设备损坏和电力中断

的情况下在短期内持续地运行，有效地提高了配网的防灾能力。

并网型微网与前一章孤岛型微网的最大区别在于：并网型微网可以根据系统

与负荷的实时情况做出判断，在并网运行和孤岛运行两种模式下进行切换从而保

证了对负荷持续稳定的供电。为了计及不同运行方式下的并网型微网的可靠性影响，就要首先研究两种运行方式的产生原因，这就需要从微网的外部元件故障和

内部元件故障开始分析。

2..1.1计及内部元件故障的运行方式

当微网的内部元件发生故障时，有两种可能性运行方式，具体判断过程如下：

①以开关为边界对微网内部的负荷进行分块（具体分块方法见上一章），通

过抽样故障得到故障元件及其所在的故障分块区域。

②求取微网中分布式电源到大电网电源的最小路（即最短电气距离）。

③如果故障元件所在的负荷块在最小路上时微网孤岛运行；反之则并网运行。

2..1.2计及外部元件故障的运行方式

当微网的外部元件发生故障时，也有两种可能性运行方式，具体判断过程如下：

①通过遍历搜索求取PCC点到大电网的最小路

②抽样故障元件，如果故障元件在最小路上则孤岛运行；反之进行下一步判断。

③如果抽样元件不在最小路上，则从元件向大电网电源进行逆向搜索，如果

在到达最小路前有能够切断电流的开关（断路器或熔断器）则微网并网运行，如

果没有则孤岛运行。

3并网型微网在并网运行下的协调运行控制策略

并网运行下微网的内部负荷由分布式电源和外部大电网联合供电，但是如何

协调各个分布式电源的出力以及如何与外电网的连接成为了并网运行的重要问题。

为了提高分布式电源的利用率和新能源的渗透率以达到节能减排的目的，在

并网型微网中优先使用分布式电源，并据此提出了并网运行方式下的协调控制策略：

①首先充分利用风能对微网中的负荷进行供电。计算并网运行方式下的风电

机组的出力，当风电机组的输出功率大于微网内部的负荷需求时，对储能装置进

行充电。

②如果风电机组出力小于内部负荷时，储能在最大放电功率下进行放电。

③如果储能放出的电量满足剩余负荷的需求，则调整储能的放电功率以平衡

系统功率；如果储能放电后仍小于负荷，则使用柴油发电机出力。

④当风电机组、储能装置和柴油发电机组三者的输出功率大于负荷时，则根