陈冰斌
（国网福建省电力有限公司福州供电公司 350009）
摘要：本文采用序贯蒙特卡洛法搭建了可靠性计算方法和流程，然后将该方法应用至分布式电源接入对配电网的影响中：逐次地研究接入容量及位置、配电网环网结构、分布式电源接口类型和储能配置四个方面对福州配电网可靠性的影响。
0 前言
一般情况下，分布式电源的接入可以提高配电系统的整体可靠性，主要包括两方面：首先，分布式电源可以作为后备电源，在线路发生故障时启动来为停电的用户供电，尤其是对于那些非常重要的负荷，紧急后备电源与电池、换流器联合保证不间断的供电。虽然分布式电源对于故障发生频率没有影响，即年平均断电次数SAIFI不变，但是断电时间却因为分布式电源的后备作用而大大减少，即年平均断电时间SAIDI减少，从而提高了电网可靠性。其次，分布式电源具有削峰作用。在用电高峰和电价高峰期间，分布式电源开始启动为某些重要用户供电，在减少了用户用电费用的同时减轻线路负荷，提高了系统的可靠性。
如果分布式电源仅作为备用电源是可以提高系统供电的可靠性的，但如果分布式电源与电网并联运行，则可能降低系统的可靠性。分布式电源并网后，配电网供电可靠性的评估需要考虑新出现的影响因素，如孤岛的出现和分布式电源输出功率的随机性等。分布式电源受环境、气候影响很大，特别是风力发电和太阳能发电，它们的出力很不稳定，其平均容量系数有大有小，这直接影响到分布式电源的投资成本和停电损失，因此还有必要对这些分布式电源的容量、平均容量系数和其引起的经济效益做出评价分析。
1 整体思路
采用序贯蒙特卡洛可靠性评估方法，分别建立风光蓄元件的时序模型和状态转移模型。对系统中的非电源元件进行序贯抽样，而对风光蓄元件进行非序贯抽样。通过对含风光蓄配电系统的故障效果影响过程（FMEA）的过程分析，采用启发式的负荷削减方式，研究分布式电源接入容量及位置、配电网环网结构、分布式电源接口类型和储能配置四个方面对福州市区配电网可靠性的影响。
（1）考虑不同容量分布式电源（光伏）接入福州典型供电模型典型位置时的情况，分析分布式电源接入容量及位置对可靠性指标的影响；
（2）考虑线路存在联络关系的情况，进一步分析分布式电源在环网结构下接入后对可靠性的影响程度；
（3）考虑不同接口类型分布式电源接入辐射型配电网络的情况，分析不同接口类型对可靠性的影响程度；
（4）考虑分布式电源与储能配合的情况，分析风机及光伏接入在加装储能装置后对可靠性的影响程度。
2 可靠性计算方法及流程
应用馈线区（Segment）的概念简化系统的故障影响分析过程。馈线区是具有共同入口开关元件的元件集合，位于同一馈线区的所有负荷点的故障影响相同。假设系统容量充足，当系统处于正常状态时，所有负荷点可由系统母线和分布式电源同时供电。当非电源元件发生故障，系统部分负荷点将面临失电。此时，主动孤岛可以起到缩小停电范围和减少停电时间的作用。但是，主动孤岛功能的实现需要对传统保护方式进行调整。为此本文采用以下保护逻辑：对于馈线的任一故障元件，只有其周围最近的断路器/隔离开关动作对故障进行隔离。具体流程是：
（1）分析所有非电源元件的故障影响，建立FMEA表；
（2）生成所有蓄电池组的并网荷电状态变化序列，初始荷电状态均为最大荷电状态；
（3）设定模拟时钟初值为0，此时系统中所有元件均为正常状态。对于系统中的每个非电源元件，产生一个随机数，并根据元件的状态转移模型将其转化为对应的故障发生时刻；
（4）找到具有最小故障发生时刻的元件。如果多个元件的故障发生时刻相同，随机选择其中一个；
（5）模拟时钟推进到最小故障发生时刻；根据步骤（2）建立的并网荷电状态变化序列，求得最小故障发生时刻所有蓄电池组的荷电状态；
（6）对于步骤（4）中被选择的元件，产生一个新的随机数，并将其转化为该元件的故障修复时刻。同时，产生供电隔离与恢复时间；
（7）根据步骤（1）建立的FMEA表，查询该元件故障情况下系统的各类区域包括的馈线区。故障区负荷点停电时间为故障修复时间，上游隔离区负荷点停电时间为隔离时间，并记录相应的停电次数与缺供电量；
（8）对于隶属于上游无缝孤岛区的各个馈线区，抽样馈线区内风光蓄元件的状态，并计算隔离时间内风机、光伏与负荷的实时值。进行负荷削减，记录各个负荷点的停电情况，同时更新恢复供电时刻蓄电池组的荷电状态。孤岛区重新并网后，无论蓄电池组处于何种荷电状态，都对其进行充电；
（9）仍然采用步骤（8）中的方法，在故障隔离时间内，对下游无缝孤岛区进行模拟；在故障修复时间内，对包括下游无缝孤岛区和下游隔离孤岛区在内的整个下游区域进行模拟；
（10）模拟时钟推进到故障修复时刻；对于步骤（4）中被选择的元件，重新产生一个随机数并将其转化为该元件新的运行时间。此时，该元件的故障发生时刻更新；
（11）再次寻找具有最小故障发生时刻的元件。如果最小故障发生时刻小于此时模拟时钟所在时刻，则对该元件产生一个新的随机数推迟其故障发生的时刻，并重复步骤（11）；否则，执行步骤（12）；
（12）如果模拟时钟小于规定的时间长度，返回步骤（5）；否则，统计各个负荷点的停电时间，计算系统可靠性指标。
上述流程认为非电源元件故障时间不交叠，以确保蓄电池荷电状态序列的唯一性。
3 可靠性计算的边界条件
3.1 分布式电源接入容量说明
为了便于观察较为完整的分布式电源接入对可靠性的影响趋势，本章设置分布式电源接入容量的计算范围为（0，1]倍单回线路最大负荷值，并取容量范围内典型倍数值，分别为0.10倍、0.20倍、0.30倍、0.40倍、0.47倍、0.50倍、0.60倍、0.70倍、0.80倍、0.90倍、1倍。但根据第三章关于分布式电源接入容量限制范围要求，可靠性计算结果的取值范围依然为（0，0.47]倍单回线路最大负荷值，即分布式电源接入电缆网的容量范围为（0，1.7061]MW，分布式电源接入架空网的容量范围为（0，1.8988]MW。
3.2 分布式电源接入位置说明
由于配电网可靠性指标与配电线路的结构密切相关，因此本章在配电网典型供电模型图3-2和图3-2的基础上，将电缆网模型和架空网模型中的馈线进行合理分段，分别如图5-2和图5-3所示。
针对图2电缆网典型供电模型选取BUS4和BUS6两点为分布式电源典型接入位置，针对图5-3架空网典型供电模型选取BUS2、BUS6和BUS9三点为分布式电源典型接入位置。
4 分布式电源接入容量及位置对配电网可靠性的影响
4.1 不同容量分布式电源接入电缆网典型位置的可靠性计算
选取分布式电源接入类型为光伏，在（0，1]倍单回线路容量范围内分别接入电缆网典型位置BUS4和BUS6处，通过计算得到系统的供电可靠性变化情况如图5-4所示。
由图5-4可知，分布式电源以光伏接入时，系统供电可靠性随着接入配电网容量占线路负荷倍数的增加而增加，呈现一种不断上升的趋势。并且在接入容量较小时对可靠性增长速度越快。此外，分布式电源接入线路分支线路末端（BUS4）比接入线路末端（BUS6）可靠性提升幅度更大，主要是因为接入分支线路末端，必要时可通过分支开关形成孤岛，对配电网可靠性贡献较大。
当分布式电源接入电缆网容量为线路负荷的0.47倍时，即接入容量为1.7061MW时，接入BUS4点的可靠性为99.9521%，接入BUS6点的可靠性为99.9516%，分别较未接入时提升了0.0010%和0.0005%。因此，在分布式电源接入容量范围（0，1.7061]MW之间，分布式电源接入容量越大对系统可靠性的提升越有利，并且接入在分支末端比接入主干末端更为有利。
4.2 不同容量分布式电源接入架空网典型位置的可靠性计算
选取分布式电源接入类型为光伏，在（0，1]倍单回线路容量范围内分别接入架空网典型位置BUS2、BUS6和BUS9处，通过计算得到系统的供电可靠性变化情况如图5-5所示。
由图5-5可知，与分布式电源接入电缆网的可靠性分析结果类似，分布式电源以光伏接入时，系统供电可靠性随着接入配电网容量占线路负荷倍数的增加而提高，并呈现一种不断上升的趋势，且在接入容量较小时对可靠性增长速度越快。此外，分布式电源接入线路分支线路末端（BUS2）时可靠性提升幅度最大，主要是因为接入分支线路末端，必要时可通过分支开关形成孤岛，对配电网可靠性贡献较大。在此辐射网模型中，分布式电源接入线路末端（BUS9）比接入线路中端（BUS6）可靠性提升幅度更大。
当分布式电源接入架空网容量为线路负荷的0.47倍，即接入容量为1.8988MW时，接入BUS2点的可靠性为99.9055%，接入BUS6点的可靠性为99.9035%，接入BUS9点的可靠性为99.9041%，分别较未接入时提升了0.0024%、0.0004%和0.0010%。因此，在分布式电源接入容量范围（0，1.8988]MW之间，分布式电源接入容量越大对系统可靠性的提升越有利，接入在分支末端比接入主干末端更为有利，接入主干线路末端比接入主干线路中端更有利。
5 小结
通过分析发现，分布式电源接入配电网的容量越大，接入位置越接近线路末端、功率因数越高、配电系统可靠性越高，同时考虑接入环网结构，并与储能配合的情况下，系统可靠性提升更高。
参考文献：
[1]Philipson L.Distributed and Dispersed Generation：Addressing the Spectrum of Consumer Needs[A].IEEE Power Engineering Society Summer Meeting[C].July 2000，Vo.l3：1663-1665.
[2]Kabouris J，Koronides A，MaissisA.Wind Power In tegration into Electricity Networks in Greece[A].The 10th IEEE MELECON 2000，Electrotechnical Confer ence[C].Mediterranean，May 2000，Vo.l3：1157-1160
[3]AlvaradoF L.Locational Aspects of Distributed Generation[A].IEEE Power Engineering Society Winter Meeting[C].Jan.2001，Vo.l 1：140-145.
[4]Farls JR，HartzelRD，SwansonL G.Case Studies in Managing Distributed Assets[A].IEEE Power Engi neering Society Summer Meeting[C].July2000，Vo.l3：1825-1829.
[5]梁才浩，段献忠.分布式发电及其对电力系统的影响[J].电力系统自动化，2001，25（12）：53-56.
[6]何斯征.分布式发电及其与电网的关系[J].能源工程，2003，23（5）：20-21.
[7]雷亚洲.与风电并网相关的研究课题[J].电力系统自动化，2003，27（8）：84-89.
[8]宋伟，李昌禧.大型风力发电机组并网运行的探讨[J].河北电力技术，2002，21（4）：51-54
作者简介：
陈冰斌（1974年9月—），女，汉族，高级工程师，本科学历，祖籍福建省仙游县，主要从事电网规划、项目前期管理工作。工作单位：国网福建省电力有限公司福州供电公司，发展策划部。
论文作者:陈冰斌
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/3
标签：分布式论文; 电源论文; 可靠性论文; 容量论文; 故障论文; 元件论文; 线路论文; 《电力设备》2015年4期供稿论文;