计及运行策略的微电网可靠性评估.pdf

第４１卷第１５期２０１３年８月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０１．４１Ｎｏ．１５Ａｕｇ．１，２０１３计及运行策略的微电网可靠性评估任磊，谢开贵，胡博，张夕佳（１．输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学），重庆４０００４４２．河海大学能源与电气学院，江苏南京２１００９８）摘要：因负荷和新能源出力的波动性，微电网运行状态随时间变化，在进行微电网可靠性评估时应计及运行状态的时变性。推导了不同运行状态下微电网可靠性参数的解析表达式，建立一种微电网可靠性评估模型，准确计及了运行状态间的转移特性。应用ＲＢＴＳ－ＢＵＳ６算例验证了模型的有效性和实用性。算例分析表明：柴油发电机持续出力的策略能更好地改善微电网可靠性，对外网负荷点的影响更大；但柴油发电机作为备用的策略具有更好的环境和经济效益；增加微电网内储能电池的最大放电功率能有效提高微电网可靠性。关键词：储能；微电网；运行策略；可靠性评估ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｍｉｅｒｏｇｒｉｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙＲＥＮＬｅｉ，ＸＩＥＫａｉ．ｇｕｉ，ＨＵＢｏ，ＺＨＡＮＧＸｉ－ｊｉａ２（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ＆ＳｙｓｔｅｍＳｅｃｕｒｉｔｙａｎｄＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｌｉａｂｉｌｉ妙ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｍｕｓｔｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｔｉｍｅ・ｖａｒｙｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｄｕｅｔｏｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｏｆｌｏａｄａｎｄｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｂｙｄｅｄｕｃｉｎｇａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｓ，ｗｈｉｃｈｃａｉ１ｂｅｕｓｅｄｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｓ．ＴｈｅＲＢＴＳ－ＢＵＳ６ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｉｓｕｓｅｄａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆ‘‘’’ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｄｉｅｓｅｌｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｕｔｐｕｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅ“ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄａｎｄｈａｓａｂｉｇｇｅｒｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｌｏａｄｐｏｉｎｔｓｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｄｉｅｓｅｌｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔｉｎ”ｓｔａｎｄｂｙｈａｓａｂｅｔｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓ．Ａｌａｒｇｅｒｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｗｅｒｏｆａｂａｔｔｅｒｙｉｓａｕｓｅｆｕｌａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆａｍｉｃｒｏｇｒｉｄ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＨｉｇｈｔｅｃｈＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（８６３Ｐｒｏｇｒａｍ）（Ｎｏ．２０１１ＡＡ０５Ａ１０７）ａｎｄＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１０７７１３５）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ；ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ７１文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４．３４１５（２０１３）１５００２１．０９０引言过去几十年里，电力系统已发展成为集中发电、远距离输电的大型互联网络系统。但近年随着负荷的不断增加，用户对电能质量和品质要求的提高，同时面临能源危机和环境保护的压力，传统的大电网已难以很好地适应现今形势。随着新能源开基金项目：国家８６３高技术基金项目（２０１１ＡＡ０５Ａ１０７）；国家自然科学基金项目（５１０７７１３５）；重庆市杰出青年基金项目（ＣＳＴＣ２０１０ＢＡ３００６）；重庆市自然科学基金（ＣＳＴＣ２０１２ＪＪＡ９０００４）发利用不断深入，经过不断的发展，逐步形成了一种特殊电网形式：微电网ｌ卜引。正常情况下微电网与外部电网（外网）并网运行，既可能作为电源向外部电网注入功率，也可能作为负荷从外部电网吸收功率；当外部电网故障时，可以通过合理调度实现孤岛运行，以保证对本地负荷的供电［４－５１。已有文献对微电网可靠性进行了研究［剐。文献［６】考虑了多种分布式电源（ＤＧ）模型及运行方式，在配电网中引入含分布式电源区域节点的网络划分方法，对含有微电网的配电网进行了可靠性分析。电力系统保护与控制文献［７］采用解析法对含有微电网的配电网进行可靠性评估，重点研究了不同发电负荷率（微网内发电功率与负荷的比值）下，微电网对配电网可靠性指标的改善程度；指出发电负荷率大于１时，微电网不仅能提高其内部节点的可靠性指标，对其外部节点的可靠性同样也有贡献，但文中没有考虑储能元件对微电网的影响。文献［８］在计及分布式电源供电优先顺序的情况下，对微电网中各用户的供电可靠性水平进行分析计算，但没有考虑分布式电源本身故障的影响。以上的研究仅考虑了微电网内部分布式电源的影响（不同分布式电源、发电负荷率、供电优先顺序），没有考虑微电网内部储能元件影响及微电网作为一个整体与外部电网的相互作用。本文计及了不同运行状态下负荷、分布式电源、储能电池的及外网对微电网的影响，提出一种基于运行策略的微电网可靠性评估的模型，并分析了储能电池及外网对微电网的影响。１微电网及运行策略１．１微电网结构微电网由风力发电机、光伏发电系统、柴油发电机（ＤｉｅｓｅｌＵｎｉｔ，ＤＵ）、储能电池、内部配电网和负荷构成，并通过静态开关（使得微电网能在孤岛运行和并网运行之问灵活切换）与外网连接ｌ４Ｊ。１）风电机组出力模型风电机组的输出功率受风速和机组参数的影响，输出功率Ｐｗ为Ｌ９ＪＰｗ＝＝０—ＶＶｃｉ／９。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。—。。。—／－ＷＧ一。。（０ｖｉ或ｖ＞Ｖｃ。）（。＜ｖｖ）（１）（＜ｖ）式中，Ｖｃｉ、ｖ、ｖ。。和ＰｗＧ分别为风电机组的切入风速、额定风速、切出风速和额定功率。风速模型通常采用威布尔（Ｗｅｉｂｕｌ１）模型。２）光伏发电系统出力模型光伏发电系统输出功率主要受太阳能辐射强度影响，输出功率ｖ为ｌ１Ｕｌｖ＝≥×叩×ｖＧ式中：ｌｑ为太阳辐射强度；ｉｓ为标准太阳辐射强度；卵是光电转换率；ＰｐｖＧ为光伏发电系统接入容量。太阳辐射强度采用美国亚利桑那州某地区数据。３）柴油发电机出力模型微电网正常运行时，柴油发电机组不需要承担调节功率的任务，同时本文为了最大限度衡量微电网对外部电网的影响，设定正常情况下柴油发电机组一旦启动后按额定功率出力，而当微电网孤岛运行时可根据负荷需求调节其出力，以保证微电网的电压和频率。同时限定柴油发电机组应有一定启停时间间隔以保证柴油机组一年中不至于有过多启停次数㈣。４１储能电池充放电模型储能电池是微电网中必不可少的元件【３Ｊ。当微电网孤岛运行时，内部发电系统（风／光／柴）出力与负荷之间功率差额由电压频率约束Ｊ下的储能电池进行平衡。储能电池充电模型为∽，｝（３）【Ｅｂａｔ（ｔ＋１）＝（）＋ｈ（）×△式中：Ｐｃｈ（为时刻电池充电功率；ＰＧ（ｔ）为内部发电系统ｔ时刻输出；Ｐｃｈ一为电池最大充电功率；砒（为时刻电池储能；Ｅｍ为电池储能的上限；△…为充放电时问问隔。ｔ＝ｌ，，８７６０。储能电池放电模型为＋１）＝（）一）×（４）Ｐｅｘ＝ｌＶｌｉｎ｛，Ｐｄｃｈ－ｍａｘ）式中：Ｐｄｃｈ（为ｔ时刻电池放电功率；Ｅｍｉ为电池储能下限；Ｐｄ。ｈ．为电池最大放电功率；电池储能初…值设为ｉ。本文设定０＜Ｐａｈ＜尸ｃｈ一。Ｐ。为储能电池有效出力，用作判断储能电池在ｆ时刻最大限度放电时能否保障微电网发电容量充裕：ｆ（ｆ）＋（ｆ）＞（ｆ）发电容量充裕…ｌ尸Ｇ（ｆ）＋Ｐｘ（ｆ）＜（ｆ）发电容量不充裕～５１外部电网模型如前所述并网运行时微电网内部功率缺额由外部电网进行平衡【４］，当微电网内部发电系统不能满足负荷需求时，需由外部电网为内部负荷供电同时对电池充电，此时外网充电模型为峨一，）（６）【＋１）＝Ｅｂ（ｆ）＋ｈ（ｔ）￣Ａｔ任磊，等计及运行策略的微电网可靠性评估．２３．１．２微电网运行策略微电网具有灵活的运行方式，能够在不同的运行状态之问平滑切换，在评估微电网可靠性时为得到更精确的结果，有必要计及微电网的不同运行状态，分析它们的特性对微电网可靠性的影响【ｌ引。ｌ１微电网运行状态孤岛运行是微电网的重要特征ｌ４Ｊ，希腊ＡｇｉｏｓＥｆｓｔｒａｔｉｏｎｓ孤岛上装有风／光／柴／储元件，运行者依据岛内储能电池的充电状态（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ，ＳＯＣ），为该岛划分了３类孤岛运行状态Ｉｌ。Ａ类：风／光／储参与运行。Ｂ类：风／光／柴／储参与运行。Ｃ类：柴／储参与运行。因本文不考虑储能电池ＳＯＣ参数限制，故微电网可能存在Ａ和Ｂ两种孤岛运行状态。在ＡｇｉｏｓＥｆｓｔｒａｔｉｏｎｓ孤岛的运行经验之上，尽量保证微电网能满足自身负荷需求，并以此为其能否孤岛运行的判断依据（能满足则能孤岛运行），再根据不同时刻岛内参与运行的分布式电源类型的不同，为不同时刻的微电网划分出４种运行状态如图１所示，描述如下：否的一霉一微电网运行能Ｍｏｄｅ３柴油机否厂Ａ类运行—组是否—’．Ｉ状态）参与运ｌＭ０ｄｅ４行’是Ｌ．ｆＢ类运行状态图１微电网运行状态Ｆｉｇ．１Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄ“”运行状态１（Ｍｏｄｅ１）：不能孤岛运行状态，微电网在内部风／光／柴／储均参与运行的情况下还不能满足内部负荷需求，需由外网为内部负荷供电并对储能电池充电。“运行状态２（Ｍｏｄｅ２）：因柴油机组启停限制”而不能孤岛运行状态，因内部柴油机组受到启动次数的限制，前两个小时的运行状态不允许此刻柴油发电机组启动，微电网不能满足内部负荷需求，须由外网为内部负荷供电并对储能电池充电。“”运行状态３（Ｍｏｄｅ３）：风／光／储下可孤岛运行状态，柴油发电机组无需启动，仅由风／光／储能满足内部负荷需求，微电网可孤岛运行，内部负荷既可由外网供电，也可由微电网自身供电。“运行状态４（Ｍｏｄｅ４）：风／光／柴／储下可孤岛运”行状态，风／光／柴／储均参与运行时能满足内部负荷需求，其余同状态３。２）微电网运行策略不同的运行策略决定了微电网可能具有的运行状态。含储能元件的孤立电网最常采用柴油发电机持续出力和作为备用这两种运行策略【ｌ引，以此为依据本文制定了两种微电网年运行策略。运行策略１。微电网内部风／光优先供电；电池用于平衡功率差额；柴油发电机组作为备用，在风／光／储不能满足内部负荷需求时启动为负荷供电。微电网可能出现４种运行状态，，时刻运行状态的选择流程如图２所示。—裴ｒ№抛喝否图２策略１下运行状态选择流程Ｆｉｇ．２Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｆｏｒｓｔｒａｔｅｇｙ１Ａ．对于ｔ时刻的微电网，若风／光／储能满足内部负荷需求则微电网在状态３下运行，多余的功率输送至外网。Ｂ．若两者不能满足内部负荷需求，判断柴油机组是否满足启动条件。若柴油机组不满足启动条件，微电网在状态２下运行；满足条件则启动柴油机组，若风／光／柴／储能满足内部负荷需求，微电网在状态４下运行，多余的功率输送至外网；若不能满足内部负荷需求，微电网在状态１下运行。运行策略２。微电网内部柴油发电机组一直处于运行状态，与风／光一起为内部负荷供电，储能电池用于平衡功率差额。微电网可能出现２种运行状态，状态１和４。ｔ时刻运行状态的选择流程如图３所示。◇甜ＭＭ是＋否机否一油是与行柴组参．２４．电力系统保护与控制Ａ．对于ｆ时刻的微电网，若风／光／柴／储能满足内部负荷需求，微电网在状态４下运行，多余功率输送至外网。Ｂ．若不能满足负荷需求，微电网在状态１下运行。ｅ锄Ｍｏｄｅ４图３策略２下运行状态选择流程Ｆｉｇ．３Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｆｏｒｓｔｒａｔｅｇｙ２２基于运行策略的微电网可靠性评估影响微电网可靠性的因素可分为内部因素和外部电网。外部电网可看作一个与微电网相互作用的整体（等效为无限大电源），在微电网并网运行时平衡微电网内部有功功率差额，当其故障后将迫使微电网进入孤岛运行状态，设其等效故障率和故障平均修复时间分别为。、ｒ。。而内部因素又可分为内部发电系统和配电网。２．１微电网内部配电网元件对负荷点可靠性影响在不同运行状态下，根据内部配电网元件故障后影起负荷点故障时间的不同，将微电网内部配电网元件分为三类。Ａ类元件：此类元件故障后引起负荷点故障时问为该元件修复时间；Ｂ类元件：此类元件故障后引起负荷点故障时间为故障隔离操作时间；ｃ类元件：此类元件故障后引起负荷点故障时间为柴油发电机组启动时间（设定大于开关动作时间）。为简化起见，用如图４所示系统进行说明。—厂］负荷１负荷２负荷３图４内部配电网元件对负荷点影响’Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆｉｎｔｅｍａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋＳｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｎｌｏａｄｐｏｉｎｔｓ当微电网处于运行状态１时，线路１故障后负荷点２、３只有在线路１修复后才能恢复供电，此时线路１对于负荷点２、３来说属于Ａ类元件。当微电网处于运行状态３或者４时，线路１故障后，可打开开关１由内部发电系统对负荷２、３供电，此时线路１对于负荷点２、３来说属于Ｂ类元件。当微电网处于运行状态２时，线路１故障后，部分情况可待内部柴油发电机组满足启动条件启动后打开开关１恢复对负荷点２、３的供电，此时线路１对于负荷点２、３来说属于Ｃ类元件。综上，内部配电网元件故障时负荷点停电频率ｏ和年平均故障停电时间可表示为＝∑∑∑∑尸Ｍ（＋＋）１拒Ａ∈Ｂ∈『＝∑∑∑∑ＰＭ（＋＋）ｌｉＥＡ∈ｆＢｉＥＣ式中：ＰＭｆ为～年中第ｉ种运行状态的运行时间在微电网年运行时间中所占比例（下同）；、，．为元件ｉ的故障率和故障修复时间；。为开关元件动作时间；为柴油发电机启停时间间隔。下面主要研究不同运行状态下微电网内部发电系统和外网故障对负荷点可靠性影响，即分析微电网电源故障的影响。２．２运行状态１、２在运行状态１下，微电网内部发电系统故障不影响负荷点，而外部电网故障后需修复外部电网才能恢复对负荷点的供电。状态２下，在外部电网故障后有部分情况可以等待一段时间，启动柴油发电机组，由微电网自身满足内部负荷点需求，直至外部电网修复完毕。其余情况与运行状态１相同。运行状态１下负荷点停电频率及年平均停电时问己＾可表示为Ｌｐ（８）Ｉ＝尸Ｍｒｕｐ一设无需修复外网即可恢复对负荷点供电的情况在状态２中所占比例为Ｐ，则状态２下负荷点停电频率２及年平均停电时问可表示为』尸Ｍｚｆ９１ＩＵ２＝尸Ｍ：（１一）＋尸Ｍ：五ｆｓｔ２．３运行状态３、４不同时刻微电网内部发电系统中有不同的分布式电源参与运行，这些分布式电源故障后前端断路器自动熔断，不影响整个内部发电系统运行，但会减少此刻内部发电系统的出力，因而可能导致内部发电系统不能满足内部负荷。运行状态３、４下的任磊，等计及运行策略的微电网可靠性评估一２５一负荷点只有在内部发电系统不能满足内部负荷同时外网故障时才会失负荷，假设负荷点在运行状态３、４下停电频率及年平均停电时间分别为３、４、、，可表示为其中：为不同时刻微电网内部发电系统中参与运行的分布式电源个数；ＰＤＧｊ为第ｉ个分布式电源故障后引起内部发电系统不能满足内部负荷的情况在运行状态３或４中所占比例；Ｇ、ＦＤＧｉ为分布式电源ｉ的故障率和故障修复时间。最后因本文不考虑内部配电网元件和微电网电源同时故障的情况（这种情况发生的概率非常小），则微电网内部负荷点停电频率和年平均停电时间可表示为ｊ＝＋ｆｌ１）ｔｌｌＪ【＝ｕｏ＋＋＋＋ｕ４、２．４微电网年平均贡献功率如前所述，在运行状态３或４中存在微电网满足自身负荷需求且对储能电池充电后还能向外输送功率情况。尸ｌＭｉ。（ｆ）为ｔ时刻微电网向外网输送的功率，若此刻外部电网出现故障不能为其中部分负荷供电，可通过一系列开关元件动作让微电网对其中一些负荷供电。微电网年平均贡献功率尸Ｍ｛（ＭＷｈ）越大代表各时刻能承载的外部负荷越多，对外网负荷点影响也越大，可表示如下８．７—６０ｉ。（）Ｍｉｃｒｏ：上Ｌ——８７６０（１２）一２．５计及运行策略的微电网可靠性评估算法计及运行策略的微电网可靠性评估算法具体步骤如下。步骤１：计算外部电网的等效故障率和故障平均修复时间。。步骤２：基于不同的微电网运行策略，根据微电网中风／光出力、电池状态，柴油机组运行状态（策略１下柴油发机组初始状态为停运）、负荷，模拟微电网年运行情况，每种运行状态所占比例ＰＭｆ可表示为８７６０∑ｒ／／ｊ而ｊ＝ｌ（３）式中，ｉ为微电网的第ｉ种运行状态。若第，ｈ微电网在运行状态ｉ下运行，则１否则，ｚ０。步骤３：根据微电网在运行状态２下的运行情况，计算微电网无需修复外网待内部柴油机组启动即可恢复供电的情况所占比例，可表示为８７６０ｘＰＭ２∑，．一Ｐｓｔａｒｔｊ＝ｌ（１４）８７６０×只，运行状态２下的第，ｈ，若外网故障后从柴油机组启动到外部电网修复，微电网均能满足自身负荷贝０，贝０／＝１否贝０，＝０。步骤４：根据微电网在运行状态３、４下的运行情况，分别计算各分布式电源故障后引起内部发电系统不能满足负荷需求的情况所占比例，可表示为Ｇ＝８７６０ｘ３（４）．８７６０ｘ３（４）（１５）运行状态３或４下的第ｕ，小时，若分布式电源ｉ故障后内部发电系统不能满足内部负荷需求，则１否则０。步骤５：由式（１１）、式（１２）计算所需指标。３算例分析本文采用如图５所示的改进ＩＥＥＥ．ＲＢＴＳ．ＢＵＳ６系统Ｌ１５Ｊ进行可靠性评估，微电网位于馈线Ｆ７下，其前加装静态开关，内部发电系统包括一台１Ｍｗ的柴油发电机组，启停时间问隔为２ｈＩｌ；１台１．５ＭＷ的风电机组，风电机组切入、额定、切出风速分别为３．７５ｍ／ｓ、１２ｍ／ｓ、２３．２ｍ／ｓＪ，风速威布尔模型参数６ｃ、分别为８．０２３１、１．９８５２】；光伏电池采用Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ公司ＳＦＭ１４４Ｈ２５０ｗｐ型电池，标准辐射强度为１０００Ｗ／ｍ，光电转化率为１３．４４％【】引，光伏发电系统接入容量为１．５ＭＷ；储能电池参数分别为尸ｃｈ＝０．８ＭＷ，尸ｄ。ｈ一＝０．３５△ＭＷ，Ｅｒａ．ｘ＝５ＭＷｈ、Ｅｍｉｎ￣０．０５Ｅｍ，充放电时间ｔ＝－ＩｈＪ；分布式电源故障率均为０．４次，平均修复时间为２０ｔ１／次【６Ｊ，不考虑储能元件故障和开关元件勿动、拒动。负荷采用ＲＢＴＳ系统峰值负荷，其他配电元件可靠性参数引用文献『１５．１６］ｑ￣的数据。微电网不同运行状态所占比例、对外网的影响和不同策略下负荷点可靠性评估结果如表ｌ～表３所示。＋一一一～一一Ｚ』１电力系统保护与控制＼Ｆ４ｓ／一－、、…。＼、．．厂…＿、、．。，ｚ＼厂…‘／，…。态，ｔ：关外嘲＼Ｆ７ＬＰ３６天ＬＰ２８｝－－－－（｝ＬＰ２图５算例网络Ｆｉｇ．５Ｎｅｔｗｏｒｋｏｆｃａｓｅｓｔｕｄｙ３．１算例结果分析１）运行策略１、２比较分析由表１可知，运行状态１在策略１和２中所占比例差别不大；而策略１下运行状态４所占比例比策略２的情况少了近５０％，这说明策略１避免了一些情况下柴油机组不必要的出力，即满足了负荷需求也最大化利用新能源，带来了良好的环境和经济效益。表１不同运行状态所占比例Ｔａｂｌｅ１Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｓ各运行状态所占比例运行策略运行状态ｌ运行状态２运行状态３运行状态４５．６２％４４．６１％２ｌ＿３９％ＰＤＧ，ＰＤＧｆ１２８．３８％ⅢＰｓ风光风光柴３０．２６％７３．６１％７５９％７９．２３％８２＿３９％１００％６９．９６％ＰＤＧ２３０．０４％无风光柴３３．８５％３６．５６％４６．６３％由表２可知，策略２下的微电网年平均贡献功率为策略１的两倍多，原因在于对比与策略２，策略１不仅限制了柴油机组启停次数且最大化利用了新能源，从而减少了全年柴油发电机组出力，导致微电网年平均贡献功率较小。以ｆ时刻外网中馈线Ｆ６为例，策略１下的微电网只能在馈线Ｆ６上游故障时为其下负荷点２８供电，而策略２下的微电网可以同时承载负荷点２８、２９，所以策略２下的微电网对外网的负荷点影响更大。表２微电网对外网的影响Ｔａｂｌｅ２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｏｎｅｘｔｅｒｎａｌｎｅｔｗｏｒｋ２）微电网内部负荷点可靠性改善分析由表３可知策略１、２下微电网中各负荷点可靠性指标较之于原始网络均有改善。策略２下负荷点４０（改善最大）较之原始网络停电频率、平均故障修复时间和年平均停电时间分别降低７．６％、１５．６％和２２．０％；而策略１下分别降低４．５％、１５．５％和１９．５％。表３不同运行策略下负荷点可靠性评估结果Ｔａｂｌｅ３Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｅｘｏｆｌｏａｄｐｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ主要原因分析如下：Ａ．运行状态３、４下，微电网有内部发电系统和外部电网双重支持，它们均可在对方故障后独自为微电网供电，保证了微电网供电的可靠性，降低了两者故障的影响。有效缩短负荷点的停电频率和年平均故障时间。Ｂ．微电网内部配电网元件的故障后，可通过开关元件和微电网的电源配合恢复对负荷点的供电，有效缩短其年平均故障时间。ｃ．较之策略２，策略１中虽有部分情况（状态２）通过启动柴油机组能有效降低外部电网故障对微电网的影响；但在运行状态３、４中分布式电源故障任磊，等计及运行策略的微电网可靠性评估．２７．对微电网的影响远大于策略２的情况，这使得策略２下微电网内部负荷点可靠性改善更多。３．２储能电池参数分析因运行策略１包含了运行策略２的运行状态，且储能电池在这两种策略中均担任平衡微电网内部功率差额的任务，其参数变化对两种策略的影响相似。现主要分析电池参数对策略１下微电网运行结果的影响。１）电池最大容量（）影响由图６可知，当微电网不含储能电池（＝０）时年平均贡献功率ＰＭｉ。约为０．４５ＭＷｈ，即一年中若不出现故障微电网能向外输送３９４２ＭＷｈ的电量，这远大于本文所取的电池最大能量，因此在合理范围内改变电池最大能量不会对微电网运行产生影响。加入储能电池后微电网运行状态１所占比例下降近１２％，运行状态２下降近３％，而状态３上升近１０％，状态４上升近５％，这说明了储能电池能有效增强微电网自身带负荷的能力。厂一一一一一；—ｌ－－・－・ｌ●●●●●１．．．．．．ｉ一ｒｌ；－～－－一一－一ｌｌｌ｛ＩｉＯ～Ｐ№Ｗｈ０．５０４＋状态１’０．３。．状态２＋状态３０．２＋状态４＋ＰＭｌｃｒ００１０２５８１０１５２０Ｅ／ＭＷｈ图６电池最大容量对微电网运行影响’Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｏｆＥｍａｘＯｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄＳｏｐｅｒａｔｉｏｎ２）电池最大放电功率（尸ｄ。ｈ－ｍａｘ）影响由图７可知，随储能电池最大放电功率的增加，运行状态３和４所占比例增加，运行状态１和２所‰占比例、微电网年平均贡献功率。。均呈现下降趋势。原因在于随着电池最大放电功率的增加储能＋状态１＋状态２＋状态３＋状态４一．。ｃ图７电池最大放电功率对微电网运行影响’Ｆｉｇ．７ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｄｃｈ．ｍｏｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄＳｏｐｅｒａｔｉｏｎ电池有效出力尸ｅ也增加，原本储能电池不能保证发电容量充裕的情况可以通过电池释放更多电量来达到目的，而当内部发电系统出力大于负荷时又需要为电池补充更多的能量，所以导致微电网运行状态所占比例变化，微电网年平均贡献功率ＰＭｉ减小。由表４可知，随着Ｐｄｃｈ．增加，微电网内部负荷点可靠性指标有不同程度降低。当电池最大放电功率从Ｏ．１ＭＷ增加到０．７ＭＷ后，负荷点４Ｏ的停电频率、平均故障修复时间ｒ和年平均停电时间分别降低了２．４％、１．９％和４．３％。这说明增加电池最大放电功率能有效提高微电网可靠性。表４基于不同最大放电功率的负荷点可靠性评估结果Ｔａｂｌｅ４ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｅｘｏｆｌｏａｄｐｏｉｎｔｓｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔＰｄｃｈ．ｍａｘ３）电池最大充电功率（尸ｃｈ一）影响由图８可知，随着储能电池最大充电功率的增加微电网运行结果、年平均贡献功率基本没有变化。主要因为文中的储能电池一年中大部分时间处于满充状态，所以增加电池最大充电量对微电网运行结果影响不大。５００Ｏ％４５Ｏ０％４００Ｏ％３５Ｏ０％匿３０．００％＝２５．００％２０．００％ｌ５００％１０ＯＯ％５ＯＯＯ０６ＰＭ．ＪＭＷｈ０．５０．４＋状态】’Ｏ３状态２。・・状态３—０２・一状态４－．。…ｎ１０４０．６０８１０２０３．０Ｐｈ一／ＭＷ图８电池最大充电量对微电网运行影响’Ｆｉｇ．８ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｃｈ．ｍａｘｏｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄＳｏｐｅｒａｔｉｏｎ３．３外网影响分析如前所述，外网是影响微电网可靠性的一个因素。现改变外网等效故障率，微电网可靠性（以负荷点４０为例）变化如图９所示。由图９可知随着外网故障率的增加，负荷点停电频率增加。这主要是因为负荷点故障率由外部电网故障率、分布式电源故障率、内部配电网元件故障率等按一定比例加权童耋０Ｏ０ＯＯＯＯＯ００Ｏ０５Ｏ５Ｏ５０５Ｏ５Ｏ５４４３３２２●丑与１－２８・电力系统保护与控制４结论本文计及微电网的运行状态问的转移特性，并通过微电网年平均贡献功率有效刻画了微电网对外网负荷点的影响，可靠性评估结果表明柴油发电机持续出力的策略能更好地改善微电网负荷点可靠性，同时对外网负荷点的影响更大；但柴油发电机作为备用的策略能带来更好的环境和经济效益。对储能电池的分析结果表明增加微电网内部储能电池的最大放电量能有效提高微电网可靠性。未来，在同时考虑可靠性、经济性的微电网运行策略选择等方面可做深入研究。参考文献Ｃ１］［２］郭力，王成山．含多种分布式电源的微网动态仿真［Ｊ］．电力系统自动化，２００９，３３（２）：８２．８６．ＧＵＯＬｉ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇ－ｓｈａｎ．Ｄｙｎａｍｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，—２００９，３３（２）：８２８６．周念成，闰立伟，王强钢．光伏发电在微电网中接入及动态特性研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，—３８（１４）：１１９１２７．———ＺＨＯＵＮｉａｎｃｈｅｎｇ，ＹＡＮＬｉｗｅｉ，ＷＡＮＧＱｉａｎｇｇａｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１４）：１１９－１２７．周林，黄勇，郭珂．微电网储能技术研究综述ｆＪ］．电力—系统保护与控制，２０１１，３９（７）：１４７１５２．ＺＨＯＵＬｉｎ，ＨＵＡＮＧＹｏｎｇ，ＧＵＯＫｅ．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（７）：１４７－１５２．张建华，黄伟．微电网运行控制与保护技术［Ｍ】．北京：中国电力出版社，２０１０．肖宏飞，刘士荣，郑凌蔚，等．微型电网技术研究初探［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（８）：１１４－１１９．—ＸＩＡＯＨｏｎｇ－ｆｅｉ，ＬＩＵＳｈｉｒｏｎｇ，ＺＨＥＮＧＬｉｎｇ－ｗｅｉ，ｅｔａ１．Ａｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（８）：ｌ１４．１１９．雷振，韦钢，蔡阳，等．分布式电源区域节点的配电网模型和可靠性计算［电力系统自动化，２０１１，３５（１）：３９．４３ＬＥＩＺｈｅｎ，ＷＥＩＧａｎｇ，ＣＡＩＹａｎｇ，ｅｔａ１．Ｍｏｄｅｌａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｗｉｔｈ—ｚｏｎｅｎｏｄｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１１，３５（１）：３９．４３．［７］ＣｏｓｔａＰＭ．ＭａｔｏｓＭＡ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ——ｎｅｔｗｏｒｋｓｗｉｔｈｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ［Ｃ］／／ＩＥＥＥＲｕｓｓｉａ．ＳｔＰｅｔｅｒｓｂｕｒｇ，Ｒｕｓｓｉａ，２００５：１－７．——［８］ＢａｅＩｎＳｕ．ＫｉｍＪｉｎＯ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｕｓｔｏｍｅｒｓｉｎａｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，２３（３）：１４１６－１４２２．［９］ＢｈｕｉｙａｎＦＡ，ＹａｚｄａｎｉＡ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆａｗｉｎｄ－ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．ＩＥＴＲｅｎｅｗａｂｌｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ，２０１０，４（３）：２１１－２２０．［１０］杨毅，韦钢，周冰．含分布式电源的配电网模糊优化—规划［Ｊ］．电力系统自动化，２０１０，３４（１３）：１９２３．ＹＡＮＧＹｉ，ＷＥＩＧａｎｇ，ＺＨＯＵＢｉｎｇ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｆｕｚｚｙｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，—２０１０，３４（１３）：１９２３．［１１］ＥｖａｎｇｅｌｏｓＩ，ＳｔａｖｒｏｓＡ．Ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｌｉｃｙａｎｄｏｐｔｉｍａｌ—ｓｉｚｉｎｇｏｆａｈｉｇｈｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＲＥＳＢＥＳＳｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｍａｌｌｉｓｏｌａｔｅｄｇｒｉｄｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２０１１，２６（３）：４４－５６．［１２］别朝红，李更丰，王锡凡．含微网的新型配电系统可任磊，等计及运行策略的微电网可靠性评估．２９．［１３］［１４］［１５］靠性评估综述［Ｊ］．电力自动化设备，２０１１，３１（１）：１－６．ＢＩＥＺｈａｏ－ｈｏｎｇ，ＬＩＧｅｎｇ－ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧＸｉ－ｆａｎ．Ｒｅｖｉｅｗｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｍ，２０１１，３１（１）：１－６．Ｂａｇｅｎ，Ｂｉｌｌｉｎｔｏｎ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇ—ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｉｎｓｍａｌｌｓｔａｎｄａｌｏｎｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００５，２０（３）：７４１－７５６．言大伟，韦钢，胡吟，等．可靠性与经济性相协调的微电网能量优化【Ｊ】．电力系统自动化，２０１２，３６（８）：１８－２３．—ＹＡＮＤａｗｅｉ，ＷＥＩＧａｎｇ，ＨＵＹｉｎ，ｅｔａ１．Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙ［ｑ．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１２，３６（８）：１８－２３．ＢｉｌｌｉｎｔｏｎＲ，ＪｏｈｎｎａｖｉｔｈｕｌａＳ．Ａｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｅａｃｈｉｎｇｏｖｅｒ￣ｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ［Ｊ］．ＩＥＥＥ—ＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，１９９６，１１（４）：１６７０１６７６．［１６］ＡｌｌａｎＲＮ，ＢｉｌｌｎｔｏｎＲ，ＳｊａｒｉｅｆＩ．Ａｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｐｕｒｐｏｓｅ：ｂａｓｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｄａｔａａｎｄｒｅｓｕｌｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，１９９１，６（２）：８】３．８２０．收稿日期；２０１２－１Ｏ－１Ｏ；—修回日期：２０１２－１２３１作者简介：任磊（１９８７一），男，硕士研究生，研究方向为电力系统规划与可靠性；Ｅ－ｍａｉｌ：６９４５３６６２８＠ｑｑ．ｃｏｍ谢开责（１９７２－），男，教授，博士生导师，主要从事电力系统分析与计算、规划与可靠性，电力市场及人工智能等方面的研究和教学工作；胡博（１９８３－），男，副教授，主要从事电力系统分析与计算、规划与可靠性等方面的研究教学工作。