專利名稱：一種含分布式風電、光伏及儲能的配電系統(tǒng)可靠性評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)可靠性評估領(lǐng)域，涉及一種含分布式風電、光伏以及儲能裝 置的配電系統(tǒng)可靠性評估方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按照可接受的質(zhì)量標準和所需數(shù)量不間斷地向電 力用戶提供電能的能力。作為與用戶直接相連的電力系統(tǒng)終端，配電系統(tǒng)的可靠性水平對 用戶的影響最為直接。在我國，配電系統(tǒng)的建設(shè)長期以來一直滯后于輸電系統(tǒng)，有數(shù)據(jù)表 明，我國約80%用戶停電的根源都在于配電系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用戶對供電可靠性 的要求越來越高，國家也不斷加大對配電系統(tǒng)的投資力度，力求提升供電可靠性水平。對配 電系統(tǒng)的供電可靠性評估，可以指明配電系統(tǒng)的投資方向，量化投資效果，有效地指導配電 系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)與改造，是一項具有重要意義的工作。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)可靠性評估，是通過建立系統(tǒng)各元件的運行-停運狀態(tài)模型，根 據(jù)配電系統(tǒng)的構(gòu)型，分析元件停運的后果，采用解析或模擬的方法，進而評估系統(tǒng)的可靠性 指標。其中，蒙特卡洛模擬法以其物理意義清晰、適用于復雜系統(tǒng)、易于被工程技術(shù)人員掌 握的特點，越來越多地受到青睞。對于現(xiàn)狀或規(guī)劃的配電系統(tǒng)，應用蒙特卡洛模擬法評估其 可靠性水平的流程如圖1所示。隨著可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中所占的比例越來越高，作為可再生能源的重要組成 部分，風力發(fā)電、光伏發(fā)電的裝機容量也連年攀升。與傳統(tǒng)能源的集中式發(fā)電特點不同，風 力、光伏等新能源大多以分布式電源(DG)的形式直接接入到配電系統(tǒng)當中，勢必將對配電 系統(tǒng)的供電可靠性產(chǎn)生一定的影響。而傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)可靠性評估方法，不能直接評估含 分布式電源的配電系統(tǒng)，需要對其進行改進。對含分布式可再生電源的配電系統(tǒng)的可靠性 評估，除了圖1中的步驟外，還要考慮風機、光伏出力波動性及其運行方式影響。目前，國內(nèi) 外已對含分布式電源的配電系統(tǒng)可靠性評估方法開展了一定程度的研究。文獻[1-2]通過建立風機出力的三狀態(tài)模型，采用時序模擬技術(shù)評估了其作為后 備電源時配電系統(tǒng)的可靠性。相對后備模式，DG以并網(wǎng)模式運行更為常見，文獻[3]就提 出了該情形下配電可靠性的評估方法。文獻[4-5]則采用了更加精確的評估模型，文獻[4] 中的方法使用區(qū)間數(shù)學方法和網(wǎng)絡等效法評估了 DG對配電系統(tǒng)可靠性的提升作用，文獻中的方法則考慮了時變負荷情況下DG的不同布點對系統(tǒng)可靠性的影響。如果允許孤島 運行，特別是緊急情況下的主動孤島，那么DG對配電系統(tǒng)可靠性的影響則更為顯著。文獻 [6-7]就提出了一種考慮分布式電源出力特性和孤島形成概率的解析方法用以評估并網(wǎng)運 行的DG對配電系統(tǒng)可靠性的影響。文獻[8-9]則采用了更加精確的風機出力模型和孤島 形成模型，提出了綜合評估分布式風機并網(wǎng)和孤島模式下配電系統(tǒng)可靠性的方法。儲能裝置能夠起到平滑可再生分布式電源出力的作用，因此儲能與DG相配合是 最具潛力的發(fā)展方向，但是現(xiàn)有的含DG的配電系統(tǒng)可靠性評估方法都沒有計及儲能裝置的影響，不能對包含配備儲能裝置的分布式可再生電源的配電系統(tǒng)的供電可靠性進行評 估。[1]P. Wang and R. Billinton，“Time-sequential simulation technique for rural distribution system reliabilitycost/worth evaluation including wind generation as alternative supply,，，Proc· Inst. Elect. Eng.，Gen. Transm. Distrib.， vol. 148，no. 4，pp. 355-360，Jul. 2001.[2]Peng Wang and Roy Billinton，"Reliability benefit analysis of adding WTG to a distribution system，，，IEEE Trans. Energy Convers.，vol. 16，no. 2, pp. 134-139，Jun. 2001.[3] Y. G. Hegzay, Μ. M. A. Salama and A. Y. Chikhani，"Adequacy assessment of distributed generationsystems using Monte Carlo simulation，，，IEEE Trans. Power Syst.，vol. 18，no. 1，pp. 48—52，F(xiàn)eb. 2003.[4]錢科軍，袁越，ZHOU Cheng-ke. “分布式發(fā)電對配電網(wǎng)可靠性的影響研究，”電 網(wǎng)技術(shù)，vol. 32，no. 11，pp. 74-78，2008.[5]Dan Zhu, Robert P. Broadwater, Kwa-Sur Tam, et al.，“Impact of DG placement on reliability andefficiency with time-varying loads，” IEEE Trans. Power Syst.，vol. 21，no. 1，pp. 419-427，F(xiàn)eb. 2006.[6]Mahmud Fotuhi-Firuzabad and Abbas Rajabi-Ghahnavie, "An analytical method to consider DGimpacts on distribution system reliability，，，in 2005 Proc. IEEE/PES Transmission and Distribution Conf· andExhibition :Asia and Pacific， Dalian, pp.1-6.[7] S. X. Wang, Wei Zhao and Y. Y. Chen，“Distribution system reliability evaluation considering DGimpacts，，，in Proc.3rd Intl.Conf. Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies，Nanjuing，2008， pp. 2603-2607.[8] Yasser M. Atwa and Ehab F. EI-Saadany, "Reliability Evaluation for distribution system with renewabledistributed generation during islanded mode of operation，，，IEEE Trans. Power Syst.，vol. 24，no. 2，pp. 572-581，May. 2009.[9] Y. M. Atwa，E. F. EI-Saadany and Anne-Claire Guise，"Supply adequacy assessment of distributionsystem including wind-based DG during different modes of operation，，，IEEE Trans. Power Syst.，vol. 25，no. 1，pp. 78-86，F(xiàn)eb. 2010.

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有的配電系統(tǒng)可靠性評估方法都無法計及儲能裝置影響的現(xiàn)狀，本發(fā)明在 對上述方法進行整合與改進的基礎(chǔ)上，提出了一種含分布式風電、光伏以及儲能裝置的配 電系統(tǒng)可靠性評估方法。該方法是一種序貫蒙特卡洛可靠性評估方法，綜合考慮了可再生 DG出力的波動性，負荷的變化特性，以及儲能狀態(tài)的約束，同時計及了 DG的孤島運行方式， 能夠定量評估含分布式風機、光伏以及儲能裝置的配電系統(tǒng)可靠性水平。本發(fā)明的技術(shù)方 案如下
一種含分布式風電、光伏以及儲能裝置的配電系統(tǒng)可靠性評估方法，包括如下基 本步驟(1)獲取配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)各元件的故障率和修復率、系統(tǒng)負荷特性、分布 式電源及儲能裝置的配置情況；(2)對于系統(tǒng)的每個元件，確定其故障后系統(tǒng)所有負荷點屬于下列7個分區(qū)中的 哪個區(qū)，并記錄各個區(qū)域包含的負荷點，形成負荷點的故障后果列表1)故障區(qū)由于故障直接發(fā)生在該區(qū)無法隔離，因此直到故障修復前都無法恢復 供電，該區(qū)內(nèi)負荷點的停電時間為故障修復時間；2)正常區(qū)該區(qū)負荷點不受故障影響，因此不停電；3)上游隔離區(qū)位于故障點上游，雖然故障發(fā)生會導致該區(qū)內(nèi)的負荷點停電，但 通過隔離開關(guān)的故障隔離，可由上游系統(tǒng)為其恢復供電，該區(qū)內(nèi)負荷點停電時間為故障隔 離時間；4)上游無縫孤島區(qū)位于故障點上游，故障發(fā)生時，由于斷路器的快速動作主動 形成孤島，孤島運行時間為故障隔離時間，該區(qū)內(nèi)負荷點的停電情況由島內(nèi)電力平衡決 定；5)下游無縫孤島區(qū)位于故障點下游，故障發(fā)生時，由于斷路器的快速動作主動 形成的孤島，孤島運行時間為故障修復時間；6)下游有縫孤島區(qū)位于故障點下游，故障發(fā)生時導致該區(qū)內(nèi)負荷點停電，但故 障隔離后，若饋線段內(nèi)含DG，則DG重新投入形成孤島，部分負荷點可由DG恢復供電，設(shè)所有 隔離開關(guān)操作順序同步且動作時間相同，均為故障隔離時間，則下游有縫孤島區(qū)的縫隙時 間為故障隔離時間，孤島運行時間為故障修復時間與隔離時間之差；7)下游停電區(qū)位于故障點下游，即使故障隔離后，也無法形成孤島由DG恢復供 電，因此該區(qū)內(nèi)負荷點停電時間為故障修復時間；(3)產(chǎn)生各個儲能裝置的電荷電狀態(tài)充放電周期序列；(4)初始化模擬時鐘，對于系統(tǒng)中的每一個元件，產(chǎn)生一個(0，1)之間的隨機數(shù)， 然后根據(jù)元件的故障率的期望值和其分布特性，將隨機數(shù)轉(zhuǎn)化為元件出現(xiàn)故障前的正常運 行時間TTF ；(5)在系統(tǒng)的所有元件中，找到最先發(fā)生故障的元件，即具有最小TTF的元件，如 果多個元件的TTF相同，任意選取其中一個；(6)將模擬時鐘推進到所選取元件發(fā)生故障的時刻TTFmin ；對選取的元件產(chǎn)生一 個新隨機數(shù)，并根據(jù)元件的修復率期望值將其轉(zhuǎn)化為該元件的故障時間TTR ；同時根據(jù)第 (3)步產(chǎn)生的儲能裝置周期序列，計算模擬時鐘位于TTFmin時刻時所有儲能裝置的荷電狀 態(tài)；(7)讀取第( 步建立的負荷點分類表，找到該元件故障后系統(tǒng)所有負荷點所屬 的故障后果分類；此時，非孤島區(qū)負荷點在模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]內(nèi)的停電次數(shù)和停 電時間可以直接確定，將其記錄；(8)對于無縫孤島區(qū)和有縫孤島區(qū)，分別計算模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]和 [TTFmin+ST，TTFmin+TTR]內(nèi)風機、光伏陣列的實時出力和負荷的實時值，其中ST為故障隔離 時間；
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(9)對于每個孤島，根據(jù)第(8)步得到的風機、光伏陣列的實時出力和負荷的實時 值，以及孤島開始時刻TTFmin或(TTFmin+ST)儲能裝置的荷電狀態(tài)，進行負荷削減，記錄孤島 區(qū)內(nèi)各個負荷點的停電次數(shù)和停電時間，其中，模擬時鐘位于TTFmin時刻無縫孤島區(qū)儲能裝 置的荷電狀態(tài)已由第(6)步得到，模擬時鐘位于TTFmin+ST時刻有縫孤島區(qū)儲能裝置的荷電 狀態(tài)與其在TTFmin時刻的荷電狀態(tài)相同；(10)計算孤島期間內(nèi)，即模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]和[TTFmin+ST，TTFmin+TTR] 內(nèi)，各個儲能裝置的荷電狀態(tài)序列；(11)對選取的元件產(chǎn)生一個新的隨機數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為該元件新的正常運行 時間TTiV并將模擬時鐘推進到TTFmin+TTR，此時，該元件下次出現(xiàn)故障的時刻更新為 TTFmin+TTR+TTFN ；(12)在所有的系統(tǒng)元件中再次尋找最先發(fā)生故障的元件，如果該元件發(fā)生故障的 時刻小于此時模擬時鐘所在時刻(TTFmin+TTR)，則忽略此次故障，并對該元件產(chǎn)生一個新的 隨機數(shù)，推遲其發(fā)生故障的時間，然后重復第(1 步；反之，執(zhí)行第(1 步；(13)判斷模擬時鐘是否推進到了滿足評估精度所需的時間長度，如果沒有達到， 返回第(6)步；反之，則統(tǒng)計各個負荷點的停電次數(shù)和停電時間，進而計算整個系統(tǒng)的可靠 性指標。上述評估方法，若所述的儲能裝置為蓄電池，則建立蓄電池的并網(wǎng)充放電模型和 孤島充放電模型；并網(wǎng)充放電模型中，蓄電池的荷電狀態(tài)穩(wěn)定地以設(shè)定的循環(huán)周期進行充 電-浮充-放電循環(huán)變化；孤島充放電模型包含孤島放電模型和孤島充電模型兩部分，以皮 凱特放電公式為原理，建立蓄電池的孤島放電模型；以麥斯充電公式為原理，建立蓄電池的 孤島充電模型；第( 步中，根據(jù)儲能裝置的并網(wǎng)充放電模型，產(chǎn)生各個儲能裝置的電荷電 狀態(tài)充放電周期序列；第(10)步中，根據(jù)負荷削減結(jié)果和儲能裝置的孤島充放電模型，計 算孤島期間內(nèi)各個儲能裝置的荷電狀態(tài)序列。蓄電池孤島充放電模型按照如下的方式建立預設(shè)一個固定的時間間隔，在孤島 放電模型中，首先根據(jù)蓄電池的初始荷電狀態(tài)，采用皮凱特公式計算每一個時間間隔內(nèi)在 某一放電電流水平下蓄電池能夠持續(xù)放電的時間，若持續(xù)放電時間大于等于該時間間隔， 則該時間間隔內(nèi)蓄電池可持續(xù)供應負荷，然后根據(jù)放電電流大小計算放電時間間隔后蓄電 池新的荷電狀態(tài)，用于對下一個時間間隔的計算；若持續(xù)放電時間小于該時間間隔，則該時 間間隔內(nèi)蓄電池無法持續(xù)供應負荷；在孤島充電模型中，首先根據(jù)蓄電池的初始荷電狀態(tài)， 采用麥斯公式計算每一個時間隔內(nèi)蓄電池能夠接受的充電電流大小，然后根據(jù)接受的充電 電流大小計算經(jīng)過該時間間隔后蓄電池新的荷電狀態(tài)，用于下一個時間間隔的計算。本發(fā)明的有益效果如下按照本發(fā)明提出的可靠性評估方法編寫的可靠性計算程序，可用于計算含分布式 風機、光伏和蓄電池儲能的配電系統(tǒng)的可靠性計算評估，可適用于不同結(jié)構(gòu)、規(guī)模的配電系 統(tǒng)，具有普適性。本發(fā)明建立了蓄電池的精確模型，該方法能夠精確評估包含配備蓄電池的分布式 電源的配電系統(tǒng)的可靠性指標，較之原有的僅能考慮含分布式電源的可靠性評估方法更進
了一步。本發(fā)明巧妙利用模擬法按照時間推進模擬的特點，將傳統(tǒng)的可靠性模擬評估過程與DG、儲能的時序模擬模型完美地結(jié)合在一起，挖掘了模擬法在可靠性評估領(lǐng)域的應用優(yōu)勢。此外，本發(fā)明在循環(huán)模擬之初列舉了所有元件故障后負荷點的分類情況，方便在 模擬的過程中直接查詢，避免了模擬過程中對相同故障的后果的重復分析，能夠提高計算 效率。


圖1傳統(tǒng)配電系統(tǒng)模擬法可靠性評估流程。圖2本發(fā)明的可靠性評估方法流程圖。圖3含風電、光伏以及儲能裝置分布式電源的配電系統(tǒng)示例。圖4儲能并網(wǎng)運行的充電-浮充-放電循環(huán)。圖5單位時間內(nèi)蓄電池可接受電流示意圖。(1)為接受充電電流指數(shù)規(guī)律衰減， (2)為接受充電電流初期恒定，后期按指數(shù)規(guī)律衰減，(3)為接受充電電流保持恒定。圖6含多個風電、光伏以及儲能裝置組合的配電系統(tǒng)。圖7(a)負荷的典型年-周曲線。圖7(b)負荷的典型周-日曲線。圖7(c)負荷的典型日-小時曲線形。圖8可靠性指標計算結(jié)果。圖8(a)系統(tǒng)平均故障時間指標(SAIDI)計算結(jié)果。圖8 (b)系統(tǒng)平均故障次數(shù)指標(SAIFI)計算結(jié)果。圖9模擬初始階段三個蓄電池組的荷電狀態(tài)變化情況。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明詳述。本發(fā)明的評估方法的流程圖如圖2所示， 由于儲能裝置的種類繁多，因此該方法中涉及的儲能，是當前最流行的儲能設(shè)備——蓄電 池。本發(fā)明主要包括下列步驟(1)采集并輸入配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)各主要元件的故障率和修復率、系統(tǒng)負荷 特性、分布式電源及儲能裝置的配置情況等基本信息。(2)分析系統(tǒng)所有元件故障后對負荷點的影響，形成負荷點的故障后果分類列表。(3)根據(jù)儲能并網(wǎng)模型產(chǎn)生各個儲能裝置的電荷電狀態(tài)充放電周期序列。(4)初始化模擬時鐘，此時模擬時刻為0 ；對于系統(tǒng)中的每一個元件，產(chǎn)生一個(0， 1)之間的隨機數(shù)，然后根據(jù)元件的故障率的期望值和其分布特性，將隨機數(shù)轉(zhuǎn)化為元件出 現(xiàn)故障前的正常運行時間(TTF)。(5)在系統(tǒng)的所有元件中，找到最先發(fā)生故障的元件(具有最小TTF的元件)，如 果多個元件的TTF相同，任意選取其中一個。(6)將模擬時鐘推進到所選取元件發(fā)生故障的時刻(TTFmin)；對選取的元件產(chǎn)生 一個新隨機數(shù)，并根據(jù)元件的修復率期望值將其轉(zhuǎn)化為該元件的故障時間(TTR)；同時根 據(jù)第(3)步產(chǎn)生的儲能裝置周期序列，計算模擬時鐘位于TTFmin時刻時所有儲能裝置的荷 電狀態(tài)。
(7)讀取第( 步建立的負荷點分類表，找到該元件故障后系統(tǒng)所有負荷點所屬 的分類；此時，非孤島區(qū)負荷點在模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]內(nèi)的停電次數(shù)和停電時間可 以直接確定，將其記錄。(8)對于無縫孤島和有縫孤島區(qū)，根據(jù)風機、光伏的實時出力模型以及實時負荷模 型分別計算模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]和[TTFmin+ST，TTFmin+TTR]內(nèi)風機、光伏的實時出 力和負荷的實時值，其中ST為故障隔離時間。(9)對于每個孤島，根據(jù)第⑶步得到的DG、負荷的實時值，以及孤島開始時刻 (TTFmin或TTFmin+ST)儲能裝置的荷電狀態(tài)，進行負荷削減，記錄孤島區(qū)內(nèi)各個負荷點的停電 次數(shù)和停電時間。其中，模擬時鐘位于TTFmin時刻時無縫孤島區(qū)儲能裝置的荷電狀態(tài)已由 第(6)步得到，模擬時鐘位于TTFmin+ST時刻有縫孤島區(qū)儲能裝置的荷電狀態(tài)與其在TTFmin 時刻時的荷電狀態(tài)相同。(10)根據(jù)負荷削減結(jié)果和儲能裝置的孤島充放電模型，計算孤島期間內(nèi)(模擬時 間[TTFmin，TTFmin+TTR]和[TTFmin+ST，TTFmin+TTR]內(nèi))各個儲能裝置的荷電狀態(tài)序列。(11)對選取的元件產(chǎn)生一個新的隨機數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為該元件新的正常運行 時間TTiV并將模擬時鐘推進到TTFmin+TTR。此時，該元件下次出現(xiàn)故障的時刻更新為 TTFmin+TTR+TTFNO(12)在所有的系統(tǒng)元件中再次尋找最先發(fā)生故障的元件(具有最小TTF的元 件)，如果該元件發(fā)生故障的時刻小于此時模擬時鐘所在時刻(TTFmin+TTR)，則忽略此次故 障，并對該元件產(chǎn)生一個新的隨機數(shù)，推遲其發(fā)生故障的時間，然后重復第(1 步；反之， 執(zhí)行第(13)步。(13)判斷模擬時鐘是否推進到了滿足評估精度所需的時間長度，如果沒有達到， 返回第(6)步；反之，則統(tǒng)計各個負荷點的停電次數(shù)和停電時間，進而計算整個系統(tǒng)的可靠 性指標。其中步驟O)，分析系統(tǒng)元件故障后對負荷點的影響及根據(jù)不同影響進行分類的 方法如下故障后負荷點的分類情況與配電系統(tǒng)的拓撲有關(guān)，為了窮舉所有分類情況，構(gòu)造 如圖3所示的復雜的含分布式風電、光伏以及儲能裝置的配電系統(tǒng)范例。以圖3為例，說明 發(fā)生故障時如何劃分不同影響效果的負荷點。為了簡化被影響負荷點的尋找過程，饋電段 的概念得到了應用。饋電段是指以同一個開關(guān)作為入口元件的所有元件及其負荷點的集 合，饋線段的所有負荷點的故障影響效果均相同。應用此概念，圖3中的配電系統(tǒng)中可以被 劃分為Sl-Sll共11個饋線段。在正常情況下，該系統(tǒng)可由母線與各個DG同時供電。當饋線段S5內(nèi)的某個元件 發(fā)生故障后，斷路器83、84、85、86、88、89、811、812斷開，繼而隔離開關(guān)動作對故障饋線段 進行隔離。此時，根據(jù)負荷點的不同故障影響后果，該配電系統(tǒng)可以分為以下七類1)故障區(qū){SW 由于故障直接發(fā)生在該區(qū)無法隔離，因此直到故障修復前都無法 恢復供電，該區(qū)內(nèi)負荷點的停電時間為故障修復時間。2)正常區(qū){Si}該區(qū)負荷點不受故障影響，因此不停電。3)上游隔離區(qū){S2，S3}位于故障點上游，雖然故障發(fā)生會導致該區(qū)內(nèi)的負荷點 停電，但通過隔離開關(guān)的故障隔離，可由上游系統(tǒng)為其恢復供電，因此該區(qū)內(nèi)負荷點停電時
9間為故障隔離時間。4)上游無縫孤島區(qū){S4}位于故障點上游，故障發(fā)生時，由于斷路器的快速動作 可主動形成孤島，孤島運行時間為故障隔離時間，該區(qū)內(nèi)負荷點的停電情況由將由島內(nèi)電 力平衡決定。5)下游無縫孤島區(qū){S7，S9 S11}同上游無縫孤島區(qū)，但由于位于故障點下游， 導致孤島運行時間延長為故障修復時間。其中，S9 Sll整體構(gòu)成一個較大規(guī)模的無縫孤
島ο6)下游有縫孤島區(qū){S8}位于故障點下游，故障發(fā)生時導致該區(qū)內(nèi)負荷點停電， 但故障隔離后，若饋線段內(nèi)含DGJU DG重新投入形成有縫孤島，部分負荷點可由DG恢復供 電。一般因DG容量約束只允許有縫孤島形成于本饋線段內(nèi)，因此D4打開、Bll閉合，將孤 島區(qū)限制在S8內(nèi)。由于隔離開關(guān)的操作時間一般較長，可以認為所有隔離開關(guān)操作順序同 步且動作時間相同，均為故障隔離時間。因此，有縫孤島的縫隙時間為故障隔離時間，孤島 運行時間為故障修復時間與隔離時間之差。7)下游停電區(qū){S6}:位于故障點下游，即使故障隔離后，也無法形成孤島由DG恢 復供電，因此該區(qū)內(nèi)負荷點停電時間為故障修復時間。以上七類區(qū)域囊括了所有的負荷點影響后果。對于大部分的元件，其故障后負荷 點的影響后果分類都不會達到七類。按照上述分類方法，就可以對所有元件故障后負荷點 的影響后果進行分類，最終形成負荷點的故障后果分類列表。上述步驟(8)中計算風機、光伏的實時出力和負荷的實時值均以小時為基本單 位，即認為在一小時內(nèi)其值恒定。它們的計算方法如下(8. 1)風力發(fā)電機實時出力模型風機的實時出力與風速的大小有關(guān)。一般可以用出力曲線描述風機的功率輸出與 風速的關(guān)系，該曲線由風機制造廠商提供。雖然不同類型風機的出力曲線不盡相同，但都可 以由等式(1)近似表達PJ(A + B,SWt,C,SW^ K;iSWt<K(!).0,'rSWt >vco co其中，Pw*風機的出力，Pr為其額定功率輸出，Vcd為風機的切入風速，Vr為額定風 速，Vco為切出風速。參數(shù)A、B、C用以描述出力曲線中的非線性部分，可以通過對出力曲線 的擬合得到。SWt為某地區(qū)t時刻的實時風速，可由該地區(qū)歷史風速的統(tǒng)計情況獲得。(8.2)光伏實時出力模型光伏陣列的實時輸出功率主要與實時光強和光伏陣列的規(guī)模有關(guān)。雖然光伏陣列 的工作電壓及其溫度也會影響其功率輸出，但相對與光強，溫度的影響很小，且默認光伏陣 列已經(jīng)配備了電壓追蹤(MPPT)裝置，故光伏陣列的實時功率輸出可以通過(2)來計算Ppv = IpvYpv γ(2)其中，Ypv為光伏陣列的額定功率，是表征光伏陣列物理特征的宏觀參數(shù)，數(shù)值上為 在lW/m2光強和25°C板溫下能夠產(chǎn)生的功率；It為光伏陣列表面的實時光強(kW/m2) ；Is為 單位系數(shù)(lkW/m2)，fPV為損耗系數(shù)。
(8. 3)實時負荷模型負荷模型通過負荷的典型年-周曲線、周-日曲線和日-小時曲線形成實時負荷 數(shù)據(jù)，既計算簡便，同時又能很好地反映負荷的時間特性。實時負荷的Lt的計算公式如下Lt = LpXPwXPdXPh (3)其中，Lp為負荷的峰值；PW為周負荷與最大負荷的比值，共52個數(shù)據(jù)；Pd為日負荷 與周最大負荷的比值，共7個數(shù)據(jù)；1\為小時負荷與日最大負荷的比值，共M個數(shù)據(jù)。上述步驟(3)和步驟(10)中儲能裝置(蓄電池)的并網(wǎng)和孤島充放電模型如下蓄電池的狀態(tài)可由其荷電狀態(tài)(SoC)定量表征，荷電狀態(tài)是指額定容量和放電量 的差與額定容量的比值，荷電狀態(tài)為1表示儲能的電量全滿，為0則表示凈放電達到額定容 量。蓄電池SoC的變化由外部充(放)電電流和蓄電池本身的充(放)電特性共同決定。 根據(jù)蓄電池運行狀態(tài)的不同，分別建立了并網(wǎng)充放電模型和孤島充放電模型，以定量模擬 其SoC的變化情況。由于并網(wǎng)情況下蓄電池狀態(tài)完全可控，并網(wǎng)模型中蓄電池的SoC處于 穩(wěn)定的充電-浮充-放電循環(huán)變化狀態(tài)。在孤島運行方式下，蓄電池的充(放)電電流不 可控，因而需要考慮其充(放)電特性的約束。結(jié)合可靠性計算模擬法的特點，以皮凱特放 電公式為原理，建立了蓄電池的孤島放電模型；以麥斯充電公式為原理，建立了蓄電池的孤 島充電模型，首次從可靠性計算的角度建立了精確的蓄電池充放電模型，用于含蓄電池的 配電系統(tǒng)可靠性精確定量評估。(3)蓄電池并網(wǎng)充放電模型當DG與儲能處于并網(wǎng)運行模式下時，由于存在電網(wǎng)作為穩(wěn)定的外部電源，負荷可 得到電網(wǎng)與DG的聯(lián)合供電，此時蓄電池的荷電狀態(tài)也是可控的。并網(wǎng)情況下，由于不需要 將儲能當作緊急供應電源，可以對蓄電池采用循環(huán)充放電策略，通過恒壓、恒流聯(lián)合充電， 使其運行于圖4所示的平穩(wěn)的充電-浮充-放電循環(huán)狀態(tài)。圖中曲線代表了荷電狀態(tài)隨時 間的變化情況，SoCMax ( < 1)和SoCMinO 0)分別為充放電過程中設(shè)定的荷電狀態(tài)變化上 限和下限。設(shè)定SoCMax是由于理論上將蓄電池充電至100%荷電狀態(tài)需要無限長的時間， 而設(shè)定SoCMin則是因為如果蓄電池的放電深度過深會降低其壽命。(10)蓄電池孤島充放電模型當運行于孤島模式下時，DG、儲能及其所供負荷在短期內(nèi)會構(gòu)成一個簡單的自給 自足的微網(wǎng)，蓄電池的荷電狀態(tài)將由儲能裝置本身的充放電特性和孤島內(nèi)的電力平衡情況 決定。(10. 1)放電模型當某時間間隔(與分布式電源模型配合，此處時間間隔取為Ih)內(nèi)孤島中DG出力 小于負荷時，儲能裝置將釋放電能供給額外負荷，即處于放電狀態(tài)。由于在Ih內(nèi)，DG出力 與負荷大小均保持恒定，同時假定其運行電壓保持穩(wěn)定，因此可以認為是對儲能裝置的恒 電流放電，儲能裝置在Ih內(nèi)的放電容量在數(shù)值上就等于其放電電流值。需要考慮的是，蓄 電池的放電容量還受到放電電流的約束，放電電流越大，可放電的容量就越少，這是由蓄電 池本身的放電特性決定的，該特性可以通過(4)定量表示
權(quán)利要求
1. 一種含分布式風電、光伏及儲能的配電系統(tǒng)可靠性評估方法，包括如下基本步驟(1)獲取配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)各元件的故障率和修復率、系統(tǒng)負荷特性、分布式電 源及儲能裝置的配置情況；(2)對于系統(tǒng)的每個元件，確定其故障后系統(tǒng)所有負荷點屬于下列7個分區(qū)中的哪個 區(qū)，并記錄各個區(qū)域包含的負荷點，形成負荷點的故障后果列表1)故障區(qū)由于故障直接發(fā)生在該區(qū)無法隔離，因此直到故障修復前都無法恢復供 電，該區(qū)內(nèi)負荷點的停電時間為故障修復時間；2)正常區(qū)該區(qū)負荷點不受故障影響，因此不停電；3)上游隔離區(qū)位于故障點上游，雖然故障發(fā)生會導致該區(qū)內(nèi)的負荷點停電，但通過 隔離開關(guān)的故障隔離，可由上游系統(tǒng)為其恢復供電，該區(qū)內(nèi)負荷點停電時間為故障隔離時 間；4)上游無縫孤島區(qū)位于故障點上游，故障發(fā)生時，由于斷路器的快速動作主動形成 孤島，孤島運行時間為故障隔離時間，該區(qū)內(nèi)負荷點的停電情況由島內(nèi)電力平衡決定；5)下游無縫孤島區(qū)位于故障點下游，故障發(fā)生時，由于斷路器的快速動作主動形成 的孤島，孤島運行時間為故障修復時間；6)下游有縫孤島區(qū)位于故障點下游，故障發(fā)生時導致該區(qū)內(nèi)負荷點停電，但故障隔 離后，若饋線段內(nèi)含DG，則DG重新投入形成孤島，部分負荷點可由DG恢復供電，設(shè)所有隔離 開關(guān)操作順序同步且動作時間相同，均為故障隔離時間，則下游有縫孤島區(qū)的縫隙時間為 故障隔離時間，孤島運行時間為故障修復時間與隔離時間之差；7)下游停電區(qū)位于故障點下游，即使故障隔離后，也無法形成孤島由DG恢復供電，因 此該區(qū)內(nèi)負荷點停電時間為故障修復時間；(3)產(chǎn)生各個儲能裝置的電荷電狀態(tài)充放電周期序列；(4)初始化模擬時鐘，對于系統(tǒng)中的每一個元件，產(chǎn)生一個(0，1)之間的隨機數(shù)，然后 根據(jù)元件的故障率的期望值和其分布特性，將隨機數(shù)轉(zhuǎn)化為元件出現(xiàn)故障前的正常運行時 間 TTF ；(5)在系統(tǒng)的所有元件中，找到最先發(fā)生故障的元件，即具有最小TTF的元件，如果多 個元件的TTF相同，任意選取其中一個；(6)將模擬時鐘推進到所選取元件發(fā)生故障的時刻TTFmin；對選取的元件產(chǎn)生一個新 隨機數(shù)，并根據(jù)元件的修復率期望值將其轉(zhuǎn)化為該元件的故障時間TTR;同時根據(jù)第(3)步 產(chǎn)生的儲能裝置周期序列，計算模擬時鐘位于TTFmin時刻時所有儲能裝置的荷電狀態(tài)；(7)讀取第( 步建立的負荷點分類表，找到該元件故障后系統(tǒng)所有負荷點所屬的故 障后果分類；此時，非孤島區(qū)負荷點在模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]內(nèi)的停電次數(shù)和停電時 間可以直接確定，將其記錄；(8)對于無縫孤島區(qū)和有縫孤島區(qū)，分別計算模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]和 [TTFFmin+ST，TTFmin+TTR]內(nèi)風機、光伏陣列的實時出力和負荷的實時值，其中ST為故障隔離 時間；(9)對于每個孤島，根據(jù)第⑶步得到的風機、光伏陣列的實時出力和負荷的實時值， 以及孤島開始時刻TTFmin或(TTFmin+ST)儲能裝置的荷電狀態(tài)，進行負荷削減，記錄孤島區(qū) 內(nèi)各個負荷點的停電次數(shù)和停電時間，其中，模擬時鐘位于TTFmin時刻無縫孤島區(qū)儲能裝置的荷電狀態(tài)已由第(6)步得到，模擬時鐘位于TTFmin+ST時刻有縫孤島區(qū)儲能裝置的荷電狀 態(tài)與其在TTFmin時刻的荷電狀態(tài)相同；(10)計算孤島期間內(nèi)，即模擬時間[TTFmin，TTFmin+TTR]和[TTFmin+ST，TTFmin+TTR]內(nèi)， 各個儲能裝置的荷電狀態(tài)序列；(11)對選取的元件產(chǎn)生一個新的隨機數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為該元件新的正常運行時 間TTFn,并將模擬時鐘推進到TTFmin+TTR，此時，該元件下次出現(xiàn)故障的時刻更新為 TTFmin+TTR+TTFN ；(12)在所有的系統(tǒng)元件中再次尋找最先發(fā)生故障的元件，如果該元件發(fā)生故障的時刻 小于此時模擬時鐘所在時刻(TTFmin+TTR)，則忽略此次故障，并對該元件產(chǎn)生一個新的隨機 數(shù)，推遲其發(fā)生故障的時間，然后重復第(1 步；反之，執(zhí)行第(1 步；(13)判斷模擬時鐘是否推進到了滿足評估精度所需的時間長度，如果沒有達到，返回 第(6)步；反之，則統(tǒng)計各個負荷點的停電次數(shù)和停電時間，進而計算整個系統(tǒng)的可靠性指 標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)可靠性評估方法，其特征在于，若所述的儲能裝置 為蓄電池，則建立蓄電池的并網(wǎng)充放電模型和孤島充放電模型；并網(wǎng)充放電模型中，蓄電池 的荷電狀態(tài)穩(wěn)定地以設(shè)定的循環(huán)周期進行充電-浮充-放電循環(huán)變化；孤島充放電模型包 含孤島放電模型和孤島充電模型兩部分，以皮凱特放電公式為原理，建立蓄電池的孤島放 電模型；以麥斯充電公式為原理，建立蓄電池的孤島充電模型；第( 步中，根據(jù)儲能裝置 的并網(wǎng)充放電模型，產(chǎn)生各個儲能裝置的電荷電狀態(tài)充放電周期序列；第(10)步中，根據(jù) 負荷削減結(jié)果和儲能裝置的孤島充放電模型，計算孤島期間內(nèi)各個儲能裝置的荷電狀態(tài)序 列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄電池孤島充放電模型，其特征在于，預設(shè)一個固定的時間 間隔，在孤島放電模型中，首先根據(jù)蓄電池的初始荷電狀態(tài)，采用皮凱特公式計算每一個時 間間隔內(nèi)在某一放電電流水平下蓄電池能夠持續(xù)放電的時間，若持續(xù)放電時間大于等于該 時間間隔，則該時間間隔內(nèi)蓄電池可持續(xù)供應負荷，然后根據(jù)放電電流大小計算放電時間 間隔后蓄電池新的荷電狀態(tài)，用于對下一個時間間隔的計算；若持續(xù)放電時間小于該時間 間隔，則該時間間隔內(nèi)蓄電池無法持續(xù)供應負荷；在孤島充電模型中，首先根據(jù)蓄電池的初 始荷電狀態(tài)，采用麥斯公式計算每一個時間隔內(nèi)蓄電池能夠接受的充電電流大小，然后根 據(jù)接受的充電電流大小計算經(jīng)過該時間間隔后蓄電池新的荷電狀態(tài)，用于下一個時間間隔 的計算。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)可靠性評估領(lǐng)域，涉及一種含分布式風電、光伏及儲能的配電系統(tǒng)可靠性定量評估方法，包括(1)獲取配電系統(tǒng)配置參數(shù)；(2)形成故障后果列表；(3)產(chǎn)生儲能充放電狀態(tài)周期序列；(4)根據(jù)元件故障率，得到其正常運行時間TTF；(5)找到具有TTFmin的元件；(6)根據(jù)元件的修復率得到故障時間TTR；計算TTFmin時刻儲能狀態(tài)；(7)查詢故障后果列表，確定非孤島區(qū)負荷點的停電情況；(8)對于孤島區(qū)，計算風機、光伏和負荷實時值；(9)每個孤島進行負荷削減，記錄島內(nèi)負荷點的停電情況；(10)計算孤島儲能的狀態(tài)變化；(11)對該元件產(chǎn)生新的運行時間，將模擬時鐘推進到TTFmin+TTR；(12)再次尋找最先故障的元件，若故障時刻小于模擬時鐘，則重復(12)；反之，執(zhí)行(13)；(13)判斷模擬時鐘是否達到規(guī)定時間長度，沒達到則返回(6)；達到即計算可靠性指標。本發(fā)明能夠定量評估含分布式風機、光伏以及儲能裝置的配電系統(tǒng)可靠性水平。
文檔編號H02H7/26GK102097808SQ20111002990
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者劉洪 , 王浩鳴, 葛少云 申請人:天津大學