基于分布式能源的配电系统可靠性分析

清洁能源基于分布式能源的配电系统可靠性分析

张劲松，姜林福，阳浩，舒舟，廖威，林育艺（广东深圳供电局有限公司，广东深圳518100）

1基于网络分区的配电网可靠性分析

1.1停运类型

在实际的网络环境下，产生负荷停电的原因较多，本文基于配电网可靠性的评估来综合分析各种停运，主要是为了研究停运类型对于配电网系统可靠性带来的影响，并且了解停运类型在系统之中占据的停电时间与次数的比重，以便为探索分析配电网供电可靠性的途径和方法奠定良好的基础条件[1]。1.2分块简化

在配电网之中主要包含了线路、变压器以及开关等部分，一旦回馈线元件发生故障，那么就会出现首端断路器跳闸保护的问题，进而对其余馈线的供电可靠性造成影响。基于配电网故障扩散范围为界，供电恢复和开关结构有着关联，所以就需要基于开关作为边界来进行分区，通过分区的入口元件为开关或者是保护装置。在同一个分区之中，不同元件对于系统可靠性带来的影响是相同的，这样就可以大幅度简化配电网的可靠性计算。

2.1分布式元件模型

针对分布式元件模型，其主要包含：第一，ARMA

模型。时间序列模型，也就是基于自身变量历史数据之中包含的信息预测未来的行为，这样能够满足风速的实际需求，拥有较高的计算精度，并且也会考虑到时序特性场合，如所使用的序贯蒙特卡洛仿真。第二，风机出力模型。基于风电场实际测得的功率数据来进行ARMA模型仿真。第三，光伏阵列出力模型，光伏阵列的输出功率和实际的温度与光强有着直接的关系，因为温度影响较小，一般情况下系统的光伏阵列均有较大功率跟踪装置的配置，所以光伏实时出力就取决于光强。第四，负荷出力模型。这一模型反映了负荷波动性特点，同时其操作方便，有利于可靠性的计算[2]。2.2

算例分析

本次研究的区域为A+区，正正常情况下的负荷约为60MW。110kV变电站出线示意图如图1所示。2.2.1基本信息

2基于序贯蒙特卡洛含分布式能源的配电网可

在未来配电网的发展中，多种类分布式电源的接

靠性分析

入以及主动控制策略是其主要特征。本文基于风机、光伏阵列等模块，分布式能源包含波动性和间歇性等特点，这样会增大配电网可靠性的难度。由于分布式元件模型的差异带来的影响较大，考虑到分布式电源时序特性模型可以显示分布式电源实际的出力波动，所以获取的数据也会更加可靠。基于分布式能源的配电网控制，主要表现在元件出现故障之后恢复用户的供电。因此，基于实际的算例分析，希望可以满足配电网可靠性的要求。

RURALELECTRIFICATION图1

110kV变电站出线示意图

针对商业区的日负荷变化曲线差异：考虑到不同日出时间，夏季的日出较早，其负荷在04：00开始上升，而冬季为07：00。但是达到负荷峰值的时间皆为11：00，之后略有回落，在12：00到16：00，其负荷会在较高的负荷值附近出现波动。在18：00，冬季负荷会

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清洁能源出现逐渐的降低，但是夏季会持续到22：00，然后逐渐开始下降[3]。总体来说，其负荷变化情况满足营业特性，虽然夏冬两季呈现出一定的差异，但是总体的变化趋势是一致的，具体如图1所示。

强，配电自动化本身处于高级阶段。针对具体的馈线，接入分布式电源，位置、容量以及种类。2.2.3基于不同场景的可靠性结果

基于不同场景的可靠性数据，如表2所示。在不同场景，可靠性指标的变化趋势如图3～图6所示。

图2新街口典型日负荷曲线图3不同配电自动化水平下的可靠性指标SAIFI

2.2.2可靠性分析场景设置

为分析配电自动化的演进线路以及分布式能源接入对于供电可靠性的影响，在可靠性分析中包含了原始网络、联络加强、分布式能源以及配电网的初中高级三个阶段。针对不同的场景，其条件设置如下：

第一，原始网络。其本身处于无配电自动化阶段，当首端断路器出现跳闸之后，人工巡线手动故障隔除开本身的网络联络之外，针对可靠性偏低的线路，可以增设联络开关控制的备用电源。第三，配电自动化初级阶段。基于联络强化基础的初级阶段，首端断路器跳闸，指示装置确定了故障点，并且直接手动故障隔离。中级阶段是基于联络强化基础的中级阶段，首端断路器跳闸，重合器试跳然后进行故障的隔离。高级阶段是基于联络强化基础的高级阶段，距离故障点最近的断路器出现跳闸，实施故障隔离，非故障区域不会受到任何的影响[4]。第四，分布式电源接入。联络加

表1

A+区SAIFI永久故障SAIDI永久故障ASAI永久故障ENS永久故障SAIFI瞬时故障SAIDI瞬时故障SAIFI计划停运SAIDI计划停运SAIFI综合故障SAIDI综合故障ASAI综合故障ENS综合故障原始网络0.01720.0399.99942.19000.07500.00130.03090.10730.12310.162999.99816.5757通过图3可以看出，从原始的网络到配电自动化的终极阶段，都没有出现明显的SAIFI的变化，这主要是因为这几个阶段出现故障的时候都是首端的断路器先出现了跳闸，然后再由故障两端的负荷开关或者是隔离开关来进行故障的隔离处理，所以负荷点停电次数是相互接近的。在高级阶段中，通过距离故障点最近断路器隔离的方式，就会将负荷数以及停电区标SAIFI[5]。在配电自动化的高级阶段，SAIFI能够减

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少0.0537次·（户·年），同比减少了43.6%。

所以这样就可以有效降低将系统综合故障指离；第二，联络加强。其本身处于无配电自动化阶段，域减少，

通过图4可以看出，针对原始网络和联络加强阶段，不会出现明显的SAIDI变化。一旦配电自动化水平增强，就会明显地减小综合故障，这主要是因为从配电网自动化初级阶段到高级阶段，故障的隔离是从人工巡线逐渐变成自动化装置，从而实现对故障的自动隔离，联络开关的倒闸也逐渐从人工操作方式转变成为自动操作方式，这样可以减少故障的隔离时间，

不同配电自动化水平下可靠性数据

配电自动化中级0.01770.0239.99971.00810.07500.00060.03130.07180.12400.096399.994.0493DER接入0.01030.01.99980.82650.03380.00060.01930.040.06340.0839.99903.6317联络加强0.01680.052699.99942.07880.07330.00130.03150.10630.12160.160299.99826.3690RURALELECTRIFICATION初级0.01660.0339.99961.40210.07400.00130.03070.08320.12130.118399.998.8072高级0.01220.019799.99980.86720.03420.00060.02300.06590.06940.086399.99903.7370662018年第8期总第375期

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清洁能源同时也可以减少上游区域和下游区域在联络开关负荷点的停电时间。此外，在接入分布式电源之后，如果是微网内的部分发生故障，甚至全部负荷供电，就可以进一步减少停电的时间以及停电的次数。在高级阶段，相比原始的网络，其SAIDI减少0.0766h/户.年，同比之下，减少了47.02%。所以，当配电自动化水平提高之后，就会减少系统的年停电小时数，所以也会提升综合故障指标SAIDI。

会不断的降低ENS指标，进而减少年供电不足的情况。配电的自动化高级阶段相比原本的网络，ENS能够减少2.8387MWh/年，同比之下，减少了43.17%，其可靠性指标提升了0.0009%，所以是非常明显的。

在接入分布式电源之后，就能进一步提升供电可靠性指标。因为所在区域的商业区一般选择的是双电源的供电，属于环网供电结构，其电缆化率偏高，几乎都是无架空的裸导线，所以就能够保持极高的可靠性，提升可靠性相对偏小的指标，这需要大量的接入分布式电源，一旦分布式电源达到一定容量之后，大量分布式电源的接入是无法带来可靠性指标改善的。但是因为区域对于可再生能源接纳能力较强，接入可再生能源之后就可以加精上级机组容量减少，并且还能够减少投资，确保负荷的供电水平，考虑到可再生能源本身具备的间歇性特点以及波动性特点，需要做

图4不同配电自动化水平下的可靠性指标SAID1

好功率的控制，其本身的电能质量监测投资较大，所以在今后还需要重点关注。

3结束语

总而言之，本文主要是针对分布式能源的配电系统可靠性进行了分析，针对分布式电源进行建模，通过序贯蒙特卡洛模拟法来进行不同阶段的分布式能源配电网可靠性分析，再配合上算例的实际分析，这样就可以了解到不同种类故障占据的比重，这样也可

图5

不同配电自动化水平下的可靠性指标ASAI

从图5来看，由于区域的供电可靠性较高，原本的网络已经超过99.9%。随着配电网自动化水平的逐渐提高，随着DER接入以及网架的不断增强，就能够明显的提高ASAI指标。基于导则的实际要求，因为其属于A+区域，所以，其ASAI能够达到99.999%。在高级阶段，其ASAI就能够满足导则的需求。

[6]

以了解比重的差异，以及在配电自动化发展之中的变化趋势。同时，通过具体的研究，希望能够对供电可靠性的经济效益加以改善。

参考文献

[1][2][3]

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潘立伟，周政.UPS供配电系统的可靠性与可测试性分析[J].上海计量测试，2017（04）：24-27+30.

于娜，李晓桐，孟涛，李德鑫，吕项羽，尹杭.基于对偶抽样蒙特卡洛法的有源配电系统可靠性评估[J].电力电容器与无功补偿，2017（04）：177-182.[4]

刘洪，李吉峰，张家安，孙昊，刘伟，屈高强.考虑可靠性的中压配电系统供电能力评估[J].电力系统自动化，2017（12）：1-160.[5][6]

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葛轶，周步祥.基于超椭球贝叶斯网络的配电系统可靠性评估[J].电测与仪表，2017（01）：22-26.

RURALELECTRIFICATION图6不同配电自动化水平下的可靠性指标ENS

由图6可以看出，在提高配电自动化水平之后，

（责任编辑：张峰亮）

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