含分布式电源的配电网可靠性评估模型研究

刘永超

摘要：对分布式电源配电网可靠性进行研究，研究表明配电网可靠性的评估模型随着分布式电源的普及不断发生变化，并且通过安装断路器和隔离开关，可以提高系统运行的可靠性，对合理利用电能资源具有重要的现实意义。

关键词：分布式电源；配电网；可靠性；评估

中图分类号：TM732文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）09－0001－03

配电系统虽处于电力系统的末端，但其运行可靠性（即向用户提供质量合格的电能）却是影响电能质量的关键性因素之一。对电力系统进行可靠性评估的目的是在向用户提供质量合格的电能的同时，使电能的运行成本达到尽可能低的状态，使电力系统的经济性和可靠性达到最优的平衡状态。为达到这一目的，本文对分布式电源配电网的可靠性进行评估，并建立了评估模型。

1电力系统可靠性的概念和评估内容

1.1电力系统的可靠性

电力系统的可靠性包括充裕度和安全性。电力系统的充裕度是指电力系统稳态运行时，在系统元件额定容量、母线电压和系统频率等的允许范围内，维持系统中元件在停运条件下向用户提供所需的电力和电量的能力；电力系统的安全性是指电力系统在出现意外事故的情况下仍能保持其安全运行的能力，强调了电力系统的动态性。

1.2电力系统可靠性评估的主要内容

电力系统可靠性的评估需要贯穿于电力系统整个规划、设计和运行过程中，其主要内容包括元件停运模型的确定、选择系统状态并计算出概率、系统问题评估和计算可靠性指标。

2分布式电源对系统可靠性评估的影响

2.1系统运行方式改变

分布式电源主要有两种运行模式，即孤岛运行模式和并网运行模式。孤岛运行模式可能会产生一些安全性问题，但仍被认为是分布式电源的最主要的运行模式之一。这种运行方式在配电网发生故障时，在某种程度上能够为用户提供可靠性的电力。在并网运行模式中运行分布式电源时，会影响到配电系统可靠性评估的过程。为了降低分布式电源对电网的负面影响，有效发挥分布式电源的效能，就需要对微网自身和在微网接入配电网后的配电系统进行可靠性评估。

2.2可靠性评价标准的变化

对配电系统进行可靠性评估中，所应用的可靠性指标大多是针对传统的配电系统的，由于目前还不能确定这些指标能否全面地反映系统的可靠性，因此，探索如何构建并选取科学的可靠性指标是非常必要的。

3含分布式电源配电网可靠性评估

我国对分布式发电的研究主要集中在对其概念、基本结构、运行方式、分布式发电的并网方式，分布式发电的保护和相关控制技术上面。总的来说，我国对分布式发电的研究起步较晚，对新型配电网可靠性评估的研究还是很少见的。下面就配电网的可靠性指标进行分析。

评估电力系统的可靠性可以通过计算可靠性指标来完成，普遍的做法是从多个侧面计算多个可靠性指标。实践证明，通过计算配电网可靠性的概率来评估电力系统可靠性的方法得到了广泛的应用。下面通过以下几个指标来评估配电网的可靠性。

3.1元件可靠性参数

元件可靠性参数是描述元件可靠性性能的重要指标之一，同时也是评估系统可靠性的基础。元件可靠性参数主要为元件故障率和修复时间。下面通过计算公式来完成系统可靠性的评估。

3.1.1元件故障率

元件故障率是指因系统元件发生故障而使得元件在单位暴露时间内不能执行规定的连续功能的次数。元件故障率用 表示，计算公式为：

.（1）

3.1.2故障修复时间

故障修复时间是指元件发生故障后对元件实施修复所用的实际矫正性维修时间，即因元件发生故障导致的停电到通过修复元件而恢复供电这一过程中所花费的时间，具体包括对故障进行的定位时间、矫正时间和核查时间。修复率，即对修复时间求导，用μ表示，计算公式为：

μ . （2）

3.2负荷点可靠性指标

这一指标主要反映了对某负荷点连续供电的可靠性程度，常用的概率指标主要包括平均故障率、平均故障修复时间和平均停运时间，体现的是一种期望值。

3.2.1平均故障率

平均故障率是指在给定的时间内（通常为一年）负荷点因系统元件发生故障而导致的停电次数。平均故障率用 表示，单位为次/年，计算公式为：

.（3）

式（3）中：λi——平均故障率；

λj——负荷点到电源点间元件的平均故障率；

J——导致负荷点停运的配电网元件的集合。

3.2.2平均故障修复时间

平均故障修复时间是指负荷点从发生停电所耗费的时间到供电恢复时间的平均值。平均故障修复时间用ri表示，单位为h/次，计算公式为：

.（4）

式（4）中：ri——平均故障修复时间，h/次；

rj——元件的平均故障修复时间，h/次。

3.2.3平均停运时间

平均停运时间是指在给定时间内（通常为一年）用户的停电时间。平均停运时间用Ui表示，单位为h/年，计算公式为：

.（5）

3.3系统可靠性指标

要完全反映出系统的可靠性，只计算负荷点的可靠性指标是不够的，因此还要建立系统的可靠性指标，目前常用的指标有以下几个。

3.3.1系统平均停电频率

系统平均停电频率是指由系统供电的电力用户在一年中经历的平均停电次数，用SAIFI表示，单位为次/（用户•年），计算公式为：

. （6）

式（6）中：λi——负荷点i的用户停运率；

Ni——负荷点i的用户数量。

3.3.2系统平均停电持续时间

系统平均停电持续时间是指由系统供电的用户在一年中经历的平均停电持续时间，用SAIDI表示，单位为h/（用户•年），计算公式为：

.（7）

式（7）中：Ui——负荷点i的年平均停运时间。

3.3.3电力用户平均停电持续时间

电力用户平均停电持续时间是指在一年之中停电的用户经受的平均停电持续时间，用CAIDI表示，单位为h/（停电用户•年），计算公式为：

.（8）

3.3.4平均用电可用率

平均用电可用率是指一年中用户经受不停电时间的总数与用户要求的供电时间的比值，用ASAI表示，计算公式为：

.（9）

3.3.5电量不足期望

电量不足期望是指一年中由系统元件停运而造成的向电力用户提供的电量的缺额，用EENS表示，单位为MW•h/年，计算公式为：

.（10）

式（10）中：La（i）——连接在负荷点i上的平均负荷水平。

4分布式电源的配电网接入方式

分布式发电技术适用于小型发电系统，可以不受公共电网支配为少量用户供电，也可以接入到配电网当中为用户提供电能。作为新型的能源系统，分布式发电技术能够对能源进行优化利用，发电时采用的分布式电源模型可以分为恒功率输出（比如微型燃气轮机发电、燃料电池发电）和随机功率输出（比如光伏发电、风力发电）。

采用分布式电源接入方式，可以改善配电网的可靠性，接入的电压等级一般为10～110 kV。通常情况下，可以采用分布式电源集中接入方式，将电源接到变电站的母线和馈线上。从实际接入情况来看，分散接入馈线方式更能够提高配电网的运行可靠性。电源接入母线方式见图1，电源接入馈线方式见图2.

4.1分布式电源的并网方式

分布式电源并网分为直接与主网并联和通过联络开关操纵并联两种方式。采用分布式电源并联方式，使分布式电源和主电源同时为负荷供电。一旦主电源发生故障或者分布式电源中一个电源出现故障时，其他的电源可以继续供电。通过联络开关切换操作的分布式电源，主电源和分布式电源可以相互备用。当一个电源出现故障，联络开关就可以启动备用操作，使另一个电源提供电源给负荷点。

图1分布式母线接入方式 图2分布式馈线接入方式

4.2分布式电源的孤岛运行模式

将分布式电源接入到主网中，一旦主网出现故障，就会出现孤岛运行现象。此时，在设计分布式供电系统时，要着重处理孤岛问题。孤岛，就意味着电力管理部门无法对电力系统进行监督控制，从而导致各种隐患。人为因素、电网故障等都会造成孤岛现象。当电网的维修人员或者用户没有意识到供电系统的存在，对电网的负载和危害都没有提高安全意识的时候，分布式供电系统所提供的电能质量无法满足规定要求；由于电网故障问题，分布式供电系统在重新并网的时候，会出现冲击电流，使得新的孤岛运行出现。在解决孤岛问题时，当孤岛范围已经被确定下来，且不是因主网故障所引起的，这种情况可以采用计划孤岛；当主网发生故障时，在划分孤岛范围时需要运用数学模型来确定，此为非计划孤岛。非计划孤岛具有不确定性，一般发生于故障之前，是受电网故障位置的影响和随机输出功率问题而导致的孤岛不确定性。

4.3孤岛运行模式

在孤岛运行模式中，如果运行模式为隔离开关接口模式，即由于馈线发生故障，母线出口的断路器在分布式电源严重超负荷状态下发生停机，此时，可以采用手动操作隔离的方式重新启动分布式电源。采用这种模式虽然可以保证电源继续供电，但是开关不具有灭弧能力，因此，在实际当中很少应用。断路器的接口模式为计划孤岛模式，用于馈线发生故障之后，由于电源接口的断路器动作要比母线出口断路器的动作时间短一些，导致前者往往提前动作。此时，采用恒功率模式可以使本地负荷贡献继续维持下去，待故障元件恢复后，实施同期并网。多用户孤岛运行模式为非计划孤岛模式，即当馈线出现故障时，分布式电源可以用来维持本地负荷供电，同时也会根据自身容量提供电能给馈线的上部分。

5结束语

配电系统的供电可靠性直接影响着电力用户的用电质量，同时人们也越来越重视配电系统的可靠性，因此，研究评估配电系统的可靠性具有重大的现实意义。含分布式电源的配电系统运行比较复杂，为保证电力系统的可靠性，必须对其可靠性进行分析并建立可靠性评估模型。

以上描述了电力系统可靠性的概念，分析了分布式电源对配电系统可靠性评估产生的影响，进而建立了配电网可靠性评估指标，并提出了含分布式电源可靠性评估的方法，以期为相关研究提供参考建议。

参考文献

［1］康龙云，郭红霞，吴捷，等.分布式电源及其接入电力系统时若干研究课题综述［J］.电网技术，2010，34（11）.

［2］别朝红，李更丰，王锡凡.含微网的新型配电系统可靠性评估综述［J］.电力系统自动化设备，2011，31（01）.

［3］Gilbert M.Masters.高效可再生分布式发电系统［M］.北京：机械工业出版社，2009.

〔编辑：刘晓芳〕

采用分布式电源接入方式，可以改善配电网的可靠性，接入的电压等级一般为10～110 kV。通常情况下，可以采用分布式电源集中接入方式，将电源接到变电站的母线和馈线上。从实际接入情况来看，分散接入馈线方式更能够提高配电网的运行可靠性。电源接入母线方式见图1，电源接入馈线方式见图2.

4.1分布式电源的并网方式

分布式电源并网分为直接与主网并联和通过联络开关操纵并联两种方式。采用分布式电源并联方式，使分布式电源和主电源同时为负荷供电。一旦主电源发生故障或者分布式电源中一个电源出现故障时，其他的电源可以继续供电。通过联络开关切换操作的分布式电源，主电源和分布式电源可以相互备用。当一个电源出现故障，联络开关就可以启动备用操作，使另一个电源提供电源给负荷点。

图1分布式母线接入方式 图2分布式馈线接入方式

4.2分布式电源的孤岛运行模式

将分布式电源接入到主网中，一旦主网出现故障，就会出现孤岛运行现象。此时，在设计分布式供电系统时，要着重处理孤岛问题。孤岛，就意味着电力管理部门无法对电力系统进行监督控制，从而导致各种隐患。人为因素、电网故障等都会造成孤岛现象。当电网的维修人员或者用户没有意识到供电系统的存在，对电网的负载和危害都没有提高安全意识的时候，分布式供电系统所提供的电能质量无法满足规定要求；由于电网故障问题，分布式供电系统在重新并网的时候，会出现冲击电流，使得新的孤岛运行出现。在解决孤岛问题时，当孤岛范围已经被确定下来，且不是因主网故障所引起的，这种情况可以采用计划孤岛；当主网发生故障时，在划分孤岛范围时需要运用数学模型来确定，此为非计划孤岛。非计划孤岛具有不确定性，一般发生于故障之前，是受电网故障位置的影响和随机输出功率问题而导致的孤岛不确定性。

4.3孤岛运行模式

在孤岛运行模式中，如果运行模式为隔离开关接口模式，即由于馈线发生故障，母线出口的断路器在分布式电源严重超负荷状态下发生停机，此时，可以采用手动操作隔离的方式重新启动分布式电源。采用这种模式虽然可以保证电源继续供电，但是开关不具有灭弧能力，因此，在实际当中很少应用。断路器的接口模式为计划孤岛模式，用于馈线发生故障之后，由于电源接口的断路器动作要比母线出口断路器的动作时间短一些，导致前者往往提前动作。此时，采用恒功率模式可以使本地负荷贡献继续维持下去，待故障元件恢复后，实施同期并网。多用户孤岛运行模式为非计划孤岛模式，即当馈线出现故障时，分布式电源可以用来维持本地负荷供电，同时也会根据自身容量提供电能给馈线的上部分。

5结束语

配电系统的供电可靠性直接影响着电力用户的用电质量，同时人们也越来越重视配电系统的可靠性，因此，研究评估配电系统的可靠性具有重大的现实意义。含分布式电源的配电系统运行比较复杂，为保证电力系统的可靠性，必须对其可靠性进行分析并建立可靠性评估模型。

以上描述了电力系统可靠性的概念，分析了分布式电源对配电系统可靠性评估产生的影响，进而建立了配电网可靠性评估指标，并提出了含分布式电源可靠性评估的方法，以期为相关研究提供参考建议。

参考文献

［1］康龙云，郭红霞，吴捷，等.分布式电源及其接入电力系统时若干研究课题综述［J］.电网技术，2010，34（11）.

［2］别朝红，李更丰，王锡凡.含微网的新型配电系统可靠性评估综述［J］.电力系统自动化设备，2011，31（01）.

［3］Gilbert M.Masters.高效可再生分布式发电系统［M］.北京：机械工业出版社，2009.

〔编辑：刘晓芳〕

采用分布式电源接入方式，可以改善配电网的可靠性，接入的电压等级一般为10～110 kV。通常情况下，可以采用分布式电源集中接入方式，将电源接到变电站的母线和馈线上。从实际接入情况来看，分散接入馈线方式更能够提高配电网的运行可靠性。电源接入母线方式见图1，电源接入馈线方式见图2.

4.1分布式电源的并网方式

分布式电源并网分为直接与主网并联和通过联络开关操纵并联两种方式。采用分布式电源并联方式，使分布式电源和主电源同时为负荷供电。一旦主电源发生故障或者分布式电源中一个电源出现故障时，其他的电源可以继续供电。通过联络开关切换操作的分布式电源，主电源和分布式电源可以相互备用。当一个电源出现故障，联络开关就可以启动备用操作，使另一个电源提供电源给负荷点。

图1分布式母线接入方式 图2分布式馈线接入方式

4.2分布式电源的孤岛运行模式

将分布式电源接入到主网中，一旦主网出现故障，就会出现孤岛运行现象。此时，在设计分布式供电系统时，要着重处理孤岛问题。孤岛，就意味着电力管理部门无法对电力系统进行监督控制，从而导致各种隐患。人为因素、电网故障等都会造成孤岛现象。当电网的维修人员或者用户没有意识到供电系统的存在，对电网的负载和危害都没有提高安全意识的时候，分布式供电系统所提供的电能质量无法满足规定要求；由于电网故障问题，分布式供电系统在重新并网的时候，会出现冲击电流，使得新的孤岛运行出现。在解决孤岛问题时，当孤岛范围已经被确定下来，且不是因主网故障所引起的，这种情况可以采用计划孤岛；当主网发生故障时，在划分孤岛范围时需要运用数学模型来确定，此为非计划孤岛。非计划孤岛具有不确定性，一般发生于故障之前，是受电网故障位置的影响和随机输出功率问题而导致的孤岛不确定性。

4.3孤岛运行模式

在孤岛运行模式中，如果运行模式为隔离开关接口模式，即由于馈线发生故障，母线出口的断路器在分布式电源严重超负荷状态下发生停机，此时，可以采用手动操作隔离的方式重新启动分布式电源。采用这种模式虽然可以保证电源继续供电，但是开关不具有灭弧能力，因此，在实际当中很少应用。断路器的接口模式为计划孤岛模式，用于馈线发生故障之后，由于电源接口的断路器动作要比母线出口断路器的动作时间短一些，导致前者往往提前动作。此时，采用恒功率模式可以使本地负荷贡献继续维持下去，待故障元件恢复后，实施同期并网。多用户孤岛运行模式为非计划孤岛模式，即当馈线出现故障时，分布式电源可以用来维持本地负荷供电，同时也会根据自身容量提供电能给馈线的上部分。

5结束语

配电系统的供电可靠性直接影响着电力用户的用电质量，同时人们也越来越重视配电系统的可靠性，因此，研究评估配电系统的可靠性具有重大的现实意义。含分布式电源的配电系统运行比较复杂，为保证电力系统的可靠性，必须对其可靠性进行分析并建立可靠性评估模型。

以上描述了电力系统可靠性的概念，分析了分布式电源对配电系统可靠性评估产生的影响，进而建立了配电网可靠性评估指标，并提出了含分布式电源可靠性评估的方法，以期为相关研究提供参考建议。

参考文献

［1］康龙云，郭红霞，吴捷，等.分布式电源及其接入电力系统时若干研究课题综述［J］.电网技术，2010，34（11）.

［2］别朝红，李更丰，王锡凡.含微网的新型配电系统可靠性评估综述［J］.电力系统自动化设备，2011，31（01）.

［3］Gilbert M.Masters.高效可再生分布式发电系统［M］.北京：机械工业出版社，2009.

〔编辑：刘晓芳〕