孤岛运行特性的微电网可靠性分析
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输配电系统研究所李宁坤
6
2、孤岛运行稳定率 形成孤岛成功运行次数与孤岛运行总次数的比值
R oso Ns 孤岛成功运行总次数 100% N is 孤岛运行总次数
式中： N s 表示孤岛模式下所有负荷均不停电的 总次数。成功运行表示孤岛下所有的负荷均不 失电。
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微电 风机元件模型 网元 件模 储能设备充放电模型 型 孤岛全时序状态模拟及可 靠性分析
1、风电机组、柴油机组、储能系统均正常运行 2、风电机组故障、柴油机组和储能系统正常运行 3、柴油机组故障、风电机组和储能系统正常运行 4、储能系统故障、风电机组和柴油机组正常运行
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14
负荷削减策略
孤岛运行模式下，微电网元件故障或出力不足时，需要 进行负荷削减以保证剩余负荷正常供电。
并网运行的可靠性分析： 含分布式发电的配电网可靠性评估 含微电网的配电网可靠性评估
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3
孤岛运行时的可靠性指标 微电网元件模型 负荷削减策略 全时序模拟可靠性评估算法
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4
微电网孤岛运行可靠性指标
传统的配电网是基于元件的统计数据，经验 数据来得到单个用户或者是系统的可靠性指标。 孤岛运行是在紧急情况下，以持续供电为首 要目的。由于分布式电源运行的随机性较大， 传统的可靠性指标并不一定能够完全反应微电 网孤岛的运行能力。
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2.储能系统模型 储能系统的作用：平滑分布式电源的随机出力， 微电网处于孤岛运行时将和分布式电源一起向 负荷供电。提高供电的可靠性和电能质量。 储能系统充放电的模型： 取决于微电网的运行策略，风电机组功率与柴油 机组功率之和大于负荷功率时储能系统充电；反 之则放电。
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▪计算t时刻所有电源的输 出功率
风电机组：由风速根据功率特 性曲线计算出风电功率
柴油机组功率输出
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全时序模拟可靠性评估算法步骤
▪由负荷曲线计算此时微电网内负荷功率 ▪比较功率输出与负荷功率大小 ▪判断t是否等于故障修复时间 ▪判断当前时间是否达到预计年限 ▪根据统计数据计算负荷点的平均故障率 及平均停电时间 ▪计算孤岛运行的可靠性指标
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微电网孤岛运行可靠性指标
1、孤岛的平均首次持续运行时间
AOT TOP i N
is
. i
N is
孤岛形成第一次切负荷运行时间总和 孤岛运行次数
形成孤岛运行到第一次切负荷的平均持续时 间。 TOP .i 表示孤岛形成后到第一次切负荷的 时间； N is 表示孤岛运行的次数。
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全时序模拟可靠性评估算法
微电网分为并网与孤岛两种运行方式。并网时用户由 外网和分布式电源联合供电，当系统故障导致孤岛运行 时，微网内部负荷仅由其内部的分布式电源供电。因此 分析含有微电网的配电系统可靠性时，需要考虑这两种 运行方式对配电网的影响。 微电网孤岛运行的可靠性评估也是基于一个配电系 统网络进行的。全时序模拟重点在于微电网的孤岛运行 下的可靠性，是基于时序的蒙特卡洛模拟法提出的。
式中：Pbat表示充电功率；Pch-max表示最大充电功率； Pdch-max表示最大放电功率；Q表示充放电容量。
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孤岛全时序状态模拟及可靠性分析
孤岛运行模式下，内部负荷与外部电网脱离，内部 元件的工作状态将直接影响孤岛系统的可靠性。考虑微 网内部电源与储能的一阶故障，全时序模拟分析孤岛的 运行状态及内部供电可靠性。
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算例：
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参考文献：
[1] 王杨.基于时序蒙特卡洛模拟的微电网可靠性分析[D].重庆：重庆大学，2014.9-48. [2].王杨,万凌云，胡博.基于孤岛运行特性的微电网可靠性分析[J].电网技术，2014,38(9)：2379-2385.
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1.2风速出力模型 风电机组的输出功率取决于风速v的大小，其输出功 率P与风速V是非线性的关系，其数学表达式与功率 特性曲线如下： Pr * (A Bv Cv 2 ) vci v v r P Pr v r v v co
0 其他
P为风电机组的额定功率，A、B、C是关于切入、额 定、切出风速的表达式。
Fra Baidu bibliotek
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计及储能系统最大充放电功率及容量约束：
Q remain Q in Q max Pbat(t ) Pch max Pbat(t ) Pdch max Q remain Q out Q min
Q Top [(P (t ) P (t )) P (t )] dt PL(t ) PWTG(t ) PDGS(t ) WTG DGS L in 0 Top dt PL(t ) PWTG(t ) PDGS(t ) Q out 0 [PL(t ) (PWTG(t ) PDGS(t ))]
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1.风电机组出力模型
1.1风速模型 通常采用威布尔分布进行模拟风速概率，其 累计分布概率与概率密度函数如下：
F（v） 1 e k 1 [ (v / c )k ] f(v ) (k / c ) * (v / c ) * e
[ (v / c )k ]
V表示风速，k和c分别表示威布尔分布的形状 参数和尺度参数，常用最大似然估计和矩估 计进行求解。
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负荷的重要程度
负荷分块 负荷所处的位置 微电网的结构与经济性
以微电网中分布式电源 为参考
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以RBTS BUS6节点系统为例，进行负荷削减策略分析。
1、孤岛负荷分块，以智能开关为边界。
2、综合考虑负荷重要程度及位置影 响定义负荷削减系数。
i max(LCn ) n i 1 n i i min(d n ) 配 电 系 i 统研究所李宁坤 Ili i 输
基于时序蒙特卡洛模拟法的微电网孤岛运 行可靠性分析
研电： 组员：
微电网：以分布式电源为基础，将储能系 统、负荷及控制装置联系起来。
分布式电源的供电特性
储能系统的充放电特性 负荷的控制策略 微电网的供 电可靠性
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孤岛运行的微电网可靠性： 基于时序的分布式电源运行特性、时序 的储能设备的运行策略、负荷削减策略 进行可靠性评估。
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全时序模拟可靠性评 估算法步骤
▪初始化数据 ▪确定故障元件及故障遍历 搜过确定影响的负荷 ▪针对微电网内负荷进行仿真 模拟计算 ▪统计数据计算可靠性指标
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全时序模拟可靠性评估算法步骤
▪初始化数据 ▪确定故障元件 ▪计算故障元件的修复时间 ▪利用故障遍历搜索分析故障 元件所影响的负荷； ▪对b、c类负荷分别累计停电 时间与停电次数 ▪孤岛数据初始化
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2、孤岛运行稳定率 形成孤岛成功运行次数与孤岛运行总次数的比值
R oso Ns 孤岛成功运行总次数 100% N is 孤岛运行总次数
式中： N s 表示孤岛模式下所有负荷均不停电的 总次数。成功运行表示孤岛下所有的负荷均不 失电。
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微电 风机元件模型 网元 件模 储能设备充放电模型 型 孤岛全时序状态模拟及可 靠性分析
1、风电机组、柴油机组、储能系统均正常运行 2、风电机组故障、柴油机组和储能系统正常运行 3、柴油机组故障、风电机组和储能系统正常运行 4、储能系统故障、风电机组和柴油机组正常运行
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负荷削减策略
孤岛运行模式下，微电网元件故障或出力不足时，需要 进行负荷削减以保证剩余负荷正常供电。
并网运行的可靠性分析： 含分布式发电的配电网可靠性评估 含微电网的配电网可靠性评估
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孤岛运行时的可靠性指标 微电网元件模型 负荷削减策略 全时序模拟可靠性评估算法
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微电网孤岛运行可靠性指标
传统的配电网是基于元件的统计数据，经验 数据来得到单个用户或者是系统的可靠性指标。 孤岛运行是在紧急情况下，以持续供电为首 要目的。由于分布式电源运行的随机性较大， 传统的可靠性指标并不一定能够完全反应微电 网孤岛的运行能力。
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2.储能系统模型 储能系统的作用：平滑分布式电源的随机出力， 微电网处于孤岛运行时将和分布式电源一起向 负荷供电。提高供电的可靠性和电能质量。 储能系统充放电的模型： 取决于微电网的运行策略，风电机组功率与柴油 机组功率之和大于负荷功率时储能系统充电；反 之则放电。
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▪计算t时刻所有电源的输 出功率
风电机组：由风速根据功率特 性曲线计算出风电功率
柴油机组功率输出
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19
全时序模拟可靠性评估算法步骤
▪由负荷曲线计算此时微电网内负荷功率 ▪比较功率输出与负荷功率大小 ▪判断t是否等于故障修复时间 ▪判断当前时间是否达到预计年限 ▪根据统计数据计算负荷点的平均故障率 及平均停电时间 ▪计算孤岛运行的可靠性指标
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微电网孤岛运行可靠性指标
1、孤岛的平均首次持续运行时间
AOT TOP i N
is
. i
N is
孤岛形成第一次切负荷运行时间总和 孤岛运行次数
形成孤岛运行到第一次切负荷的平均持续时 间。 TOP .i 表示孤岛形成后到第一次切负荷的 时间； N is 表示孤岛运行的次数。
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全时序模拟可靠性评估算法
微电网分为并网与孤岛两种运行方式。并网时用户由 外网和分布式电源联合供电，当系统故障导致孤岛运行 时，微网内部负荷仅由其内部的分布式电源供电。因此 分析含有微电网的配电系统可靠性时，需要考虑这两种 运行方式对配电网的影响。 微电网孤岛运行的可靠性评估也是基于一个配电系 统网络进行的。全时序模拟重点在于微电网的孤岛运行 下的可靠性，是基于时序的蒙特卡洛模拟法提出的。
式中：Pbat表示充电功率；Pch-max表示最大充电功率； Pdch-max表示最大放电功率；Q表示充放电容量。
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孤岛全时序状态模拟及可靠性分析
孤岛运行模式下，内部负荷与外部电网脱离，内部 元件的工作状态将直接影响孤岛系统的可靠性。考虑微 网内部电源与储能的一阶故障，全时序模拟分析孤岛的 运行状态及内部供电可靠性。
输配电系统研究所李宁坤
20
算例：
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参考文献：
[1] 王杨.基于时序蒙特卡洛模拟的微电网可靠性分析[D].重庆：重庆大学，2014.9-48. [2].王杨,万凌云，胡博.基于孤岛运行特性的微电网可靠性分析[J].电网技术，2014,38(9)：2379-2385.
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1.2风速出力模型 风电机组的输出功率取决于风速v的大小，其输出功 率P与风速V是非线性的关系，其数学表达式与功率 特性曲线如下： Pr * (A Bv Cv 2 ) vci v v r P Pr v r v v co
0 其他
P为风电机组的额定功率，A、B、C是关于切入、额 定、切出风速的表达式。
Fra Baidu bibliotek
11
计及储能系统最大充放电功率及容量约束：
Q remain Q in Q max Pbat(t ) Pch max Pbat(t ) Pdch max Q remain Q out Q min
Q Top [(P (t ) P (t )) P (t )] dt PL(t ) PWTG(t ) PDGS(t ) WTG DGS L in 0 Top dt PL(t ) PWTG(t ) PDGS(t ) Q out 0 [PL(t ) (PWTG(t ) PDGS(t ))]
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1.风电机组出力模型
1.1风速模型 通常采用威布尔分布进行模拟风速概率，其 累计分布概率与概率密度函数如下：
F（v） 1 e k 1 [ (v / c )k ] f(v ) (k / c ) * (v / c ) * e
[ (v / c )k ]
V表示风速，k和c分别表示威布尔分布的形状 参数和尺度参数，常用最大似然估计和矩估 计进行求解。
22
负荷的重要程度
负荷分块 负荷所处的位置 微电网的结构与经济性
以微电网中分布式电源 为参考
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15
以RBTS BUS6节点系统为例，进行负荷削减策略分析。
1、孤岛负荷分块，以智能开关为边界。
2、综合考虑负荷重要程度及位置影 响定义负荷削减系数。
i max(LCn ) n i 1 n i i min(d n ) 配 电 系 i 统研究所李宁坤 Ili i 输
基于时序蒙特卡洛模拟法的微电网孤岛运 行可靠性分析
研电： 组员：
微电网：以分布式电源为基础，将储能系 统、负荷及控制装置联系起来。
分布式电源的供电特性
储能系统的充放电特性 负荷的控制策略 微电网的供 电可靠性
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孤岛运行的微电网可靠性： 基于时序的分布式电源运行特性、时序 的储能设备的运行策略、负荷削减策略 进行可靠性评估。
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全时序模拟可靠性评 估算法步骤
▪初始化数据 ▪确定故障元件及故障遍历 搜过确定影响的负荷 ▪针对微电网内负荷进行仿真 模拟计算 ▪统计数据计算可靠性指标
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18
全时序模拟可靠性评估算法步骤
▪初始化数据 ▪确定故障元件 ▪计算故障元件的修复时间 ▪利用故障遍历搜索分析故障 元件所影响的负荷； ▪对b、c类负荷分别累计停电 时间与停电次数 ▪孤岛数据初始化