面向可靠性的含分布式电源配电系统相关问题研究

发布时间：2016-08-04 09:47

第一章 绪论 

面向分布式电源接入的配电系统可靠性评估相关问题研究，主要通过分析分布式电源的出力特点以及孤岛的运行方式等问题展开深入研究以达到评估分布式电源接入配电系统的可靠性影响情况评价等目的，是分布式电源接入配电系统快速发展背景下的一个新课题，相关研究结论会对配电网分布式电源接入规划工作以及含分布式电源的配电网日常运行维护工作提供面向可靠性的具有指导性的建议，具有一定的工程实际需求。本章首先简述了配电系统可靠性研究的发展历史与发展趋势，以及研究面临的主要问题。然后对分布式电源接入对配电系统的可靠性、供电能力以及配电设备可靠运行维护三方面的研究现状进行了综述。最后，对论文研究内容的章节安排进行了简要的说明。

1.1 选题背景和意义 
二十世纪中期，可靠性技术在电力工业开始得到应用，并且随着电力工业可靠性应用的发展，形成了电力系统可靠性这一学科。电力系统的功能是向用户尽可能地提供可靠经济的电能，电力系统可靠性就是电力系统向用户提供可靠电能能力的表征。 IEEE 标准 610-1990 对可靠性的定义为“元件或系统在规定的时间内在所处运行条件下实现其规定的功能的能力”[1]。电力系统的基本功能是为它的用户提供尽可能经济和可靠的电能。 配电系统是输电系统变压点向用户传送电能的系统部分，是电能分配到用户的最终环节，配电系统包括不同电压等级的配电站、配电变压器、配电线路等电气设施。在我国，配电系统又称为供电系统，主要是指 220k V－380V 系统，35k V以上为高压系统，10k V（20k V、6k V）为中压系统，380V/220V 为低压系统。 电力公司对用户停电事件统计数据的分析表明，配电系统对于用户的停电事件具有较大的影响。据不完全统计，用户停电事件中有 78%－92%是由配电系统的故障导致的[2]。而且随着现代社会对供电可靠性要求的逐步提高，电力企业、用户和社会对即使是局部电网故障带来的影响都难以接受，因此，配电系统的可靠性问题在近年来逐步受到很大的关注。本文以 10k V 中压配电系统做为可靠性的研究对象，文中的配电系统均指代 10k V 的中压配电系统。 
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1.2 配电系统可靠性评估研究
最初的配电系统可靠性评估是以工程系统的可靠性评估经典法做为基础的[5]。二十世纪中期，配电系统领域的可靠性评估方法才有了广泛的发展，一些计算配电系统的停运率和停运时间的近似方法被提出，这些方法的提出为以后形成配电系统可靠性评估方法体系提供了条件[6-7]。此后，R.Billinton 和他的研究助理们撰写了《电力系统可靠性评估》[8]、《基于蒙特卡洛模拟法的电力系统可靠性评估》[9]等专著，初次系统性的对配电系统可靠性评估的理论和方法进行了阐述。 根据模式、复杂程度、分析深度的不同，配电系统所适宜的评估方法也各不相同。对于辐射型网络，故障后果表法[10]可以便捷地计算负荷点和系统的可靠性指标。而对于复杂网络，一般先采用状态空间法等简化方法选择系统的失效状态，然后根据失效状态后果及失效状态概率来计算整个配电系统的系统可靠性指标和负荷点可靠性指标。以上这些都是解析法类可靠性评估方法。 随着网络规模的增加，解析法可靠性评估方法的分析过程变得更加复杂，其计算量大幅增加[11]，系统的状态选择和系统状态的概率计算过程变得无比繁琐。因此，需要探寻其它方法来解决复杂网络的可靠性评估问题。 蒙特卡洛模拟法通过随机数来抽样元件的运行状态，通过抽样失效事件来构成系统内所有元件的失效事件集，，而后通过统计计算系统和负荷点的可靠性指标 [12]。蒙特卡洛模拟法，通过随机数抽样获得系统的失效状态，代替了解析法人工选取过程，通过抽样点表示实际样本，在积累足够的样本数量后，系统的可靠性指标可以通过对所有样本的状态估计结果统计得到[13]。与解析法相比，蒙特卡洛模拟法更加地直观，同时因为其抽样性质，蒙特卡洛模拟法可以对负荷等随机因素的变化进行模拟。因此蒙特卡洛法可靠性评估方法在配电系统可靠性评估领域的用途非常广泛。 
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第二章 含分布式电源配电系统可靠性指标和模型 

2.1  含分布式电源配电系统可靠性指标 
配电系统的可靠性水平一般通过配电系统的可靠性指标进行衡量。系统的可靠性指标建立在组成系统的负荷、设备或用户的可靠性数据基础之上，是它们的统计综合值。作为评价对象，评价的范围可以是整个的电力系统，也可以是系统的某一个运行区域、变电站台区，甚至是一条馈线。到目前为止，针对自身电力系统的实际情况，各个国家已定义了多种可靠性指标，传统的配电系统可靠性指标的制定已经臻于完备[131]。 然而随着分布式电源接入配电系统的日益发展，传统配电系统可靠性指标已经不能充分的表达分布式电源给配电系统带来的新的影响情况。 作为配电系统发展的重要形式，分布式电源具有灵活多变的运行方式，它承载着消纳可再生能源、满足用户特殊可靠性需求的使命，是未来主动配电系统的重要组成形式。定义针对含分布式电源的配电系统的可靠性评价指标，有针对性地反映含分布式电源的配电系统的结构特征与运行效果，对于科学地指导分布式电源接入乃至配电系统的建设，具有重要意义。 本章首先对仍适用于含分布式电源的配电系统的传统配电系统可靠性指标进行了介绍，然后从分布式电源接入的核心价值出发，结合分布式电源运行的特点，通过对含分布式电源的配电系统可靠性相关的各个方面的描述，提出了一系列专门针对含分布式电源的配电系统的可靠性评价指标。 
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2.2  含分布式电源配电系统可靠性评估模型 
分布式电源的广泛接入对配电系统运行状况产生了巨大的积极影响，同时其自身的特性也对配电系统的各环节提出了更高的要求。分布式电源的出力严重依赖外界因素的变化，无法实现人为严格控制这些分布式电源的出力。 传统配电系统的主要功能是连接输电系统和电力用户，向电力用户分配和传输电能，呈辐射状运行且潮流方向单一，当分布式电源接入后，配电系统成为具有主动特性的有源环节，潮流方向不明确，使得含分布式电源的配电系统可靠性评估变得更加复杂困难。配电系统中元件数量众多、元件类型繁杂，分布式电源接入后其网络规模进一步扩大，此时针对配电系统进行可靠性分析同样要计及分布式电源的故障，对分布式电源的失效状态进行描述，建立相应的停运模型。通常采用二状态模型描述非电源元件的失效，针对分布式电源的复杂失效状态，可采用三状态停运模型进行描述。 
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第三章  分布式电源低渗透率下的配电系统可靠性分析 ....... 31 
3.1  配电系统分布式电源渗透率定义 ......... 31 
3.2  基于馈线区与弧表表示法的配电网络二段简化编码 ....... 32 
第四章  以可靠性为约束的含分布式电源配电系统供电能力分析 ........... 67 
4.1  配电系统供电能力的基本定义 ............. 67 
4.2  含分布式电源配电系统供电能力概念 ........... 68 
4.3  含分布式电源配电系统供电能力分析模型 ............. 69
4.4  算例分析 ......... 76
4.5  本章小结 ......... 79 
第五章   基于实际设备状态的配电系统可靠运行分析 ......... 81 
5.1  配电系统可靠运行分析与管理 ............. 81 
5.2  基于实际设备状态的配电系统可靠运行分析 ......... 82 
5.3  配电系统故障因素体系分析 ....... 84 
5.4  设备故障率修正模型 ......... 86
5.5  基于实际设备状态的配电系统可靠运行分析流程 ........... 91 
5.6  基于实际设备状态的含分布式电源配电系统可靠运行分析 ..... 91 
5.7  算例分析 ......... 93
5.8  本章小结 ....... 108 

第五章 基于实际设备状态的配电系统可靠运行分析

本章节首先回顾了配电系统可靠性分析对维护配电系统可靠运行的重要指导作用，然后分析造成设备故障的故障因素，并对设备故障率的组成进行分解，针对设备状态和外界环境分别提出了设备故障率修正模型，通过对设备故障率的分解以及配电系统的可靠性计算，实现了基于实际设备状态的配电系统可靠运行分析，通过分析结果可以从设备运行维护角度为提升配电系统可靠运行提供指导。而后，进一步研究了基于实际设备状态的含分布式电源配电系统可靠运行分析方法，通过计及设备特定外界环境下分布式电源的出力，分析了含分布式电源时配电系统可靠运行与无分布式电源配电系统可靠运行相比的变化情况。 

5.1  配电系统可靠运行分析与管理

配电系统的安全可靠运行是整个电力系统安全运行重要的一环，是目前提高供电系统运行水平的关键环节。配电系统可靠运行分析需要准确评估配电系统的故障停电水平，找出薄弱环节加以改进，从而提高供电可靠性。 配电系统可靠性评估是进行配电系统可靠运行分析的重要手段，通过对可能出现的故障进行预测分析，评估故障所造成的影响，分析系统的可靠运行水平，为配电系统的可靠运行管理提供重要的参考信息和指导意见，便于电力系统维护人员及时采取相应的防范措施减少设备故障带来的不利影响。 配电系统设备保持持续良好的工作状态是配电系统安全稳定运行的重要保障，配电系统安全稳定运行才能确保电力用户得到持续且优质的电力供应。维护是保证配电设备健康运行的必要手段，也是进行配电系统可靠运行管理的主要措施。维护可以减少系统故障的发生，使电气设备得到充分以及长效利用。  

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总结

近年来，电力相关行业对电力系统可靠性的关注逐渐从发输电可靠性向配电系统可靠性进行转移，尤其是供电企业在进行电网规划时更加注重分析配电系统的可靠性水平对电力系统整体的影响。但随着分布式电源接入的影响，传统配电系统可靠性评估工作面临着新的问题，同时分布式电源具有消纳当地负荷的能力，原有配电系统的实际供电能力可能得到一定程度的提升。配电系统可靠性分析的目标是使得通过最少的运行维护手段使得配网的可靠性水平最高，而传统的配电系统可靠性分析无法区分对待各类配电系统设备，无法在运行维护投入最少的情况下获得最高的可靠性收益，这使得我国现阶段的配电系统运行维护投入存在着巨大的浪费；同时分布式电源的接入也对配电系统可靠运行维护策略的制定提出了新的要求。 针对上述问题，本课题研究了如何评估含分布式电源配电系统的可靠性，并以此为一定基础，研究了含分布式电源的配电系统供电能力评估分析方法；研究如何通过分析设备故障因素进行更为细致的设备可靠性评估，以指导配电系统（无源和有源）可靠运行，以达到提升配电系统运行维护可靠性效益最大化的目的。论文主要完成的工作如下：在深入分析分布式电源的接入给配电系统可靠性评估工作带来的影响后，针对影响总结了含分布式电源配电系统可靠性评估的指标和建模；提出了基于馈线区与弧表表示法的配电网络二段简化编码方法以及在该编码规则下的系统故障影响分类与故障影响查找逻辑，选取了与序贯蒙特卡洛法匹配的元件停运模型、元件出力模型；针对含分布式电源配电系统孤岛运行时分布式电源与负荷的供需平衡情况提出了孤岛期间的负荷削减策略，综合形成了含分布式电源的配电系统可靠性评估模型；为探索分布式电源类型与负荷类型的匹配情况提出了出力匹配度评估方法，通过算例分析了分布式电源接入对配电系统可靠性的影响情况以及分布式电源与负荷的匹配度情况。 
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参考文献(略)

本文编号：84423