摘要：随着微电网技术在我国电力领域的应用日渐广泛化，应用微电网解决电力远距离传输问题开始成为业界关注的焦点，基于此，本文简单分析了电力电子器件故障对微电网运行可靠性的影响，并结合基于结温的短时停运率模型开展了算例分析，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键字：电力电子器件；微电网；运行可靠性
前言：可靠性研究属于我国微电网研究的热点领域，但在笔者的调研中发现，微电网自身可靠性模型研究并未引起学界关注，电力电子器件故障对微电网运行可靠性的影响也因此被忽视，而为了弥补该领域研究的不足，正是本文围绕电力电子器件故障对微电网运行可靠性影响开展具体研究的原因所在。
1.电力电子器件故障影响分析
为明晰电力电子器件故障对微电网运行可靠性的影响，本文采用了枚举法枚举微电网故障状态，由此分析微电网故障状态对微电网运行可靠性指标的影响。
1.1切负荷策略
如微电网运行时出现因电力电子器件故障引发的功率不平衡，切负荷策略的应用可有效服务于微电网运行的稳定性提升，切负荷策略应用中负荷点a与微电源b之间的电气距离可以定义为：
（1）
分别代表第l条馈线电阻、切负荷策抗、负荷点a与微电源b间馈线集合，因此可以将切负荷问题数学表述为：
（2）
M、n、 分别代表微电源个数、负荷点个数、运行场景i下微电源b对负荷点a的功率供应占后者功率需求的比例，而Pl、Plda分别表示微电源场景i下出力和、负荷点a功率峰值。
1.2运行可靠性指标
在孤岛运行条件下，将负荷被切除条件定义为“负荷点与微电源不存在供应联系”，由此可得得出短时停运时间ω计算公式：
（3）
负荷点短时停运率ξ（指定场景i下）计算公式：
（4）
其中 、rnM分别代表微电源b变流器短时故障率、微电源M变流器故障时负荷点n处停运时间。为更深入完成本文研究，选择了SAIFI（年平均停电频率）、SAIDI（年平均停电持续时间）作为评价微电网运行可靠性的指标，电力电子器件故障导致的MSFT（年平均故障次数）则作为为电源层面评价指标[1]。
1.3评估流程
在电力电子器件故障对微电网运行可靠性影响的具体评估中，采用了故障枚举法开展具体评估，评估流程如下所示：（1）削减处理原始气象数据。采用网格法进行原始气象数据削减处理，可得出气象场景集合 、具体常见气象出现概率。（2）计算微电源出力值（不同场景下），该计算采用了同类研究总结的风速与输出功率关系式、太阳能电池板输出功率与光照强度关系式，如处于孤岛模式下需开展微电网内功率充裕程度判断，而并网模式则无需考虑内功率不足，一般来说并网模式可直接开展微电网潮流计算，而微电网内功率不足情况下则需要先开展负荷计算。（3）计算变流器短时故障率。各变流器的短时故障率计算需结合潮流计算结果并选取场景i，该计算应用了同类研究得出的单个电力电子器件短时故障率模型、风机变流器短时故障率模型、光伏系统变流器短时故障率模型。（4）枚举故障事件。应用公式（1）、（2）、（3）计算切负荷操作下负荷可靠性指标。（5）遍历微电源全部处理场景，完成年均运行可靠性指标求得，由此即可更好满足电力电子器件故障影响分析需要[2]。
2.基于结温的短时停运率模型算例分析
2.1测试系统参数
图1为一种改进的0.4kV基准测试系统，该系统由10个负荷点、11个节点、12条主馈线组成，微电网总容量34kW、包括三种类型微电源，其中接入节点3为额定容量4kW的光伏电池板、接入节点5为额定容量5kW的光伏电池板、接入节点6为额定容量9kW的风机、接入节点8为额定容量10kW的储能电池、接入节点10为额定容量6kW的光伏电池板，设电力电子器件故障修复时间为8h。其中，接入节点1的负荷LP1用户数目为52、负荷需求为10.00+j2.05kVA，接入节点3的负荷LP2用户数目为52、负荷需求为5.00+j2.08kVA，接入节点4的负荷LP3用户数目为50、负荷需求为4.32+j1.08kVA，接入节点5的负荷LP4用户数目为50、负荷需求为7.25+j1.82kVA，接入节点6的负荷LP5用户数目为50、负荷需求为5.50+j1.38kVA。
图 1 改进的0.4kV基准测试系统
2.2原始气象数据
选择了我国东南沿海某城市2016年的气象数据量测值8760组，采样间隔为1h，由此可得出该城市光照强度、风速、温度等原始气象数据。
2.3运行可靠性指标分析
本文设计了三种算例开展具体研究，三种算例的具体情形如下：（1）算例1。使用基于结温的短时停运率模型开展评估，同时需考虑电力电子器件故障率受到的电网运行条件影响。（2）算例2。微电源年故障次数（电力电气器件引发）采用固定值0.02/年，同时不考虑电力电子器件故障率受到的电网运行条件影响。（3）算例3。忽略微电网运行可靠性受到的电力电子器件故障影响，仅关注功率平衡目标。
结合上述算例可得出仿真结果，算例1的SAIFI、SAIDI、MSFT值分别为0.4128、2.1768、0.0684，而算例2分别为0.3896、1.9912、0.0200，算例3则分别为0.3752、1.8760、0。结合仿真结果进行算例1与算例3的比较不难发现，算例3的SAIFI值为算例1的90%，而SAIDI值则为算例1的86%，可见算例3得出的可靠性指标偏向乐观，电力电气器件对微电网运行可靠性带来的影响可见一般；对比算例1、算例2不难发现，算例2的SAIFI值、SAIDI值同样低于算例1，由此可直观发现传统可靠性计算方法存在的精度问题，忽略电力电子器件故障率受到的电网运行条件影响导致的计算准确性问题必须得到关注，可见电力电子器件短时停运率模型具备的较高应用价值。
为进一步提升研究深度，笔者开展了不同时段的微电网可靠性指标仿真比较，通过该比较可确定微电网电力电子器件故障在8、9月份的出现较为频繁，这是由于夏季较高温度以及用电高峰期影响，而5、8月份微电网供电可靠性指标最高，可见微电源器件故障率、微电源出力均可影响微电网运行可靠性。图2为负荷年平均停运时间，该图包含了三种算例情况，结合该图可直观发现微电源接入点负荷可靠性指标受到的电力电子器件故障影响最为显著。
图 2 负荷年平均停运时间
结论：综上所述，电力电子器件故障能够对微电网运行可靠性带来一定消极影响。而在此基础上，本文涉及的测试系统参数、原始气象数据、运行可靠性指标分析等内容，则证明了研究的实践价值。因此，在电力电子器件故障、微电网运行可靠性相关的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定参考作用。
参考文献：
[1]张天宇,罗凤章,王成山.信息系统对微电网运行可靠性的影响分析[J].电力系统自动化,2016,40(23):28-35.
[2]李霞林,郭力,王成山.直流微电网关键技术研究综述[J].中国电机工程学报,2016,36(01):2-17.
论文作者:张岳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/5
标签：电网论文; 负荷论文; 可靠性论文; 电子器件论文; 电力论文; 故障论文; 故障率论文; 《电力设备》2018年第2期论文;