復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性計(jì)算及開關(guān)優(yōu)化配置研究碩士論文

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性計(jì)算及開關(guān)優(yōu)化配置研究摘要隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會的變革，電能在社會生產(chǎn)和人民生活中扮演了越來越重要的角色，用戶對于電能質(zhì)量的要求也越來越高。因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)處于電力系統(tǒng)最末一級，分配和消費(fèi)電能，直接面對用戶，所以配電網(wǎng)的可靠性不僅與用戶的生活和國家的安全、穩(wěn)定息息相關(guān)，而且對供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也有著巨大的影響。同時，由于環(huán)境的不斷惡化和化石能源的消耗殆盡，分布式發(fā)電(DistributedGeneration，DG)技術(shù)研究已越來越受到世界各國的重視，然而DG接入配電網(wǎng)后，既可以提高配電網(wǎng)的可靠性，但也相應(yīng)會帶來一些負(fù)面的影響，因此，配電網(wǎng)可靠性分析和接入DG后的配電網(wǎng)可靠性分析，對配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、以及配電網(wǎng)的改造都是非常重要的研究課題。針對模擬法為了提高計(jì)算精度而需要較長的計(jì)算時間，而解析法則需要增加繁重的計(jì)算量來解決系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的增大的問題和不足，本文提出了一種采用G0法來計(jì)算配電系統(tǒng)可靠性的新方法，該方法是一種面向成功系統(tǒng)的可靠性分析方法，對有時序，多態(tài)，復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性均可以進(jìn)行分析計(jì)算。本文使用G0法，構(gòu)建了評估配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性的GO模型，采用該模型，對簡單配電網(wǎng)各種運(yùn)行模式進(jìn)行了可靠性分析，并通過對復(fù)雜配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析，提出了一種可將復(fù)雜配電網(wǎng)簡化的等效模塊法，給出了等效模塊法計(jì)算配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的計(jì)算方法，采用該方法對復(fù)雜配電網(wǎng)的可

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，取得了良好的計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。根據(jù)分布式電源(DG)接入點(diǎn)、接入方式以及運(yùn)行方式的不同，本文在配網(wǎng)可靠性的GO法研究的基礎(chǔ)上，分析了含有DG時系統(tǒng)孤島運(yùn)行的優(yōu)化模型，以及孤島邊界的搜索方法，得出了接入DG后的配電網(wǎng)可靠性計(jì)算方法，并給出了計(jì)算的步驟。通過在IEEEI氌TS系統(tǒng)母線6中的F4配電支路中接入DG，分析了DG接入對配電網(wǎng)可靠性的影響。本文最后，通過分析配電網(wǎng)開關(guān)配置的經(jīng)濟(jì)性問題和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性問題之間的矛盾，建立了以配電網(wǎng)建設(shè)成本和運(yùn)行成本最小，以系統(tǒng)可靠性和配電網(wǎng)電壓、電流極限為約束的開關(guān)優(yōu)化模型，采用PS0算法進(jìn)行優(yōu)化求解，并通過IEEERBTS—Bus5系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，從而驗(yàn)證了所提算法模型的有效性。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)可靠性，G0法，等效模塊法，分布式電源，開關(guān)優(yōu)化配置

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I之ESEARCH0NI迮LIABILITYCALCULATl0NANDOPTIMIZATIONOFDISTIUBUTIONSYSTEMABSTRACTWiththerapideconomicdeVelopmentandsocialchange，electricityplaysmoreandmoreimportantroleinsocialproductionandpeople’slife，theuserareincreasinghighrequirementsforpowerquali妙Becausethedistributionpowersystemisatthelaststage，distributionandconsumptionofelectricene唱y，directlyfacetheuser，sothereliabilityofdistributionnetworknotonlywiththeuser’s1ifeandnationalsecurity，stabilit)，arecloselyrelated，andtosupplytheeconomicbene6tsoftheente印risealsohasagreatinnuence．Atthesametime，becauseofthedeteriorationoftheenViromentandthedepletionoff．ossilene略y，distributedgeneration(DG)technologyresearchhasbeenmoreandmoreattentionalloVertheworld，theDGaccesstodistributionnetwork，notonlycanimproVereliabilit)，ofdistributionnetwork，butalsothecorrespondingwillbringsomenegatiVeef．fects，therefore，distributionnetworkreliabilityanalysisandaccessDGdistributionnetworkreli￡Ibilityanalysis，distributionnetworkdesign，operation，transfb姍ationanddist曲utionnetWorkisVeqimponantresearchtopic．According totheproblemofsimulationmethodtakesalongtimetoIIIpoint，accessmode

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文improvetheaccuracyofthecalculation，andtheshortagesofanalysismethodwiththesystemandtheincreaseofcomputationisgettinghi曲er，thep印erpresentsanewmethodtocalculatethedistributionsystemreliabilityGOmethod0109y，thismethodisasuccess—orientedsystemreliabilityanalysis

method，timing，p01ymo印hism，andreliabilityofcomplexsystemsanalysiscalculation．This anicleusestheG0methodology，wasconstmctedtoassessthereliabilityofthepowerdist曲utionsystemofGOmodel．Usingthismodel，theVariousoperatingmodesforsimpledistributionnetWorkreliabilityanalysis．Througha11alyzingcomplexdistributionnetworkstmcture，thisp印erputsforwardakindofthemethodofequiValentmodulesimplifiesthedistributionmethod，giVestheequiValentmodulemethodtocalculatedistributionnetworkreliabilityindexcalculationmethod，themethodofcomplexdistributionnetworkreliabilityindexiscalculated，achieVedgoodcalculation

results，whichverifiedthecorrectnessandValidityofthemethod．Accordingtothedistributedgeneration(DG)accessandthedi腩rentmodeofoperation，distributionnetworkispresentedinthispaperbasedonthestudyofthereliabilityoftheGOmethod，containingDGisanalyzedwhenthesystemtheislandsoftheoptimizationmodelofoperation，aswellastheislandofbounda叫searchmethod，theobtainedaccesstoDGaRerthedistributionnetworkreliabilitycalculationmethod，thecalculationstepsarepresented．BymeansofaccessDGoffeeder4ofbus6oftheIEEEIV

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I也TS(ReliabilityTestSystem)，analyzestheinnuenceofDGaccesstothereliabilityofdistributionnetwork．Finally，tkoughtheanalysisofthecontradictionbetweenthereliabilityproblemofeconomicaloperationofdistributionnetworkandsystemcon69urationoftheswitch，establishedadistributionnetworkconstructioncostandoperationcosttominimum，thesystemreliabilityandthedistributionnetWorkVoltage，current1imitfortheconstrainedoptimizationmodel，and

throughthePSOalgorithmtosolVetheoptimizationproblem，calculatedby

IEEEI乇BTS—Bus5system，whichVerifiestheValidityofthemodeloftheproposedalgoritllln．KEYWOI乇DS：distributionnetworkreliabili吼GO(Goal0riented)method，distributedgenerator，optimalswitchingdeviceV

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太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文目錄摘要IABSTRACT．．III第一章緒論o11．1配電網(wǎng)可靠性研究背景11．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21．2．1配電系統(tǒng)可靠性研究內(nèi)容和現(xiàn)狀21．2．2分布式電源技術(shù)研究現(xiàn)狀51．3本文的主要研究內(nèi)容61．3．1研究思路和方法61．3．2研究內(nèi)容7第二章模塊化配電網(wǎng)可靠性分析方法研究．．92．1引言92．2配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)體系92．2．1負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)92．2．2系統(tǒng)可靠性指標(biāo)．102．3基于GO法的簡單配電網(wǎng)可靠性計(jì)算．．122．3．1GO法計(jì)算原理122．3．2基于GO法的簡單配電網(wǎng)可靠性分析．142．4復(fù)雜配電網(wǎng)的模塊等值方法．．192．4．1復(fù)雜配電網(wǎng)模塊化分析．192．4．2模塊化等效電路的可靠性指標(biāo)計(jì)算．212．5復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性算例分析．．222．5．1算例參數(shù)．222．5．2電路模塊化等效．242．5．3等效模塊可靠性指標(biāo)計(jì)算．252．5．4負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)計(jì)算．262．6本章小結(jié)．．27第三章含有分布式電源的配電網(wǎng)可靠性分析29VII

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3．1引言一293．2分布式電源接入對配電網(wǎng)可靠性影響的關(guān)鍵因素一293．2．1分布式電源接入電網(wǎng)的方式．293．2．2分布式電源接入點(diǎn)．303．2．3分布式電源的運(yùn)行方式．313．2．4其他影響因素．323．3含分布式電源的配電網(wǎng)孤島劃分算法一323．3．1孤島運(yùn)行分類．333．3．2孤島劃分原則及數(shù)學(xué)模型．333．3．3孤島劃分模型的求解．343．4含有分布式電源的模塊等值配電網(wǎng)可靠性分析一373．5計(jì)及DG的配電網(wǎng)可靠性計(jì)算流程．．383．6實(shí)例分析．．393．6．1采用GO法進(jìn)行可靠性計(jì)算．403．6．2DG接入后系統(tǒng)可靠性計(jì)算一4l3．7本章小結(jié)一43第四章復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性的開關(guān)優(yōu)化算法454．1引言454．2配電網(wǎng)開關(guān)配置優(yōu)化建模一454．2．1開關(guān)優(yōu)化配置目標(biāo)函數(shù)．454．2．2開關(guān)優(yōu)化配置約束條件．464．3開關(guān)優(yōu)化模型的算法實(shí)現(xiàn)一474．3．1優(yōu)化模型分析．474．3．2基于粒子群算法的優(yōu)化計(jì)算方法．484．3．3開關(guān)優(yōu)化配置的粒子群計(jì)算．494．4算例分析一504．4．1算例參數(shù)．504．4．2優(yōu)化結(jié)果分析．514．5本章小結(jié)．．52VIII

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第五章結(jié)論與展望535．1主要結(jié)論．．535．2后續(xù)工作的展望．．53參考文獻(xiàn)．．55致謝61攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄．．63IX

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論1．1配電網(wǎng)可靠性研究背景電能是社會生產(chǎn)和人民生活的重要能源之一，它的發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用將直接影響國民經(jīng)濟(jì)增長的速度和社會進(jìn)步的程度。供電中斷將使生產(chǎn)停頓、生活混亂、甚至危及人身和設(shè)備的安全，給國民經(jīng)濟(jì)造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電力系統(tǒng)本身的損失，因此，可靠地發(fā)電、輸電和供電是電力系統(tǒng)運(yùn)行的首要要求【卜31。而配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)最末一級，分配和消費(fèi)電能，直接面對用戶，所以配電網(wǎng)的供電可靠性不僅與國家的安全、穩(wěn)定和用戶的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，而且對供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益也有著極其重大的影響【41。多年來，全球發(fā)生了大量的停電事故【孓71。例如：1996年8月10日在北美的西部協(xié)調(diào)委員會(WestemElectric時CoordinatingCouncil，wECC)范圍內(nèi)美國西部九個州發(fā)生斷電事故，致使這地區(qū)的空中和地面交通陷入混亂，造成了750萬用戶停電，局部停電時間達(dá)9個小時；2003年8月14日，在北美東部的大停電，波及美國的8個州和加拿大的兩個省，使得5000萬人生活受到了影響；2003年8月28日，英國倫敦和英格蘭東南地區(qū)發(fā)生了大面積的停電事故，倫敦地鐵等交通系統(tǒng)受到嚴(yán)重影響；2005年5月25日，俄羅斯首都莫斯科發(fā)生大面積停電事故，波及市區(qū)大多數(shù)區(qū)域，約有50％以上地區(qū)，造成工廠停產(chǎn)，商店停業(yè)，交通癱瘓，至少損失10億美元；2008年1月中旬到3月，我國南方大部分省區(qū)和西北地區(qū)發(fā)生了極為嚴(yán)重的低溫雨雪冰凍災(zāi)害，持續(xù)時間之長，降溫幅度和降水強(qiáng)度之大，覆蓋地域之廣，歷史罕見，對這些地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)和人民生活產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，給電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施和安全運(yùn)行帶來了前所未有的破壞。這次雨雪冰凍災(zāi)害造成了嚴(yán)重的后果，使得多個電網(wǎng)失電解列，全國17個省市，約570個縣、3000多萬用電用戶受到了不同程度的影響。接連發(fā)生的嚴(yán)重停電事故為當(dāng)前的輸電方式、電力生產(chǎn)和供應(yīng)模式敲響了警鐘。同時，受世界能源危機(jī)、全球氣候變暖、空氣污染、霧霾天氣等環(huán)境問題的影響，各國迫切希望尋找新能源來優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)。微網(wǎng)【81、分布式電源供電以其與大電網(wǎng)供電互相補(bǔ)充、協(xié)調(diào)并且能綜合利用現(xiàn)有資源和設(shè)備，為用戶提供可靠和優(yōu)質(zhì)的電能，成為世界各國開發(fā)利用的熱點(diǎn)之一。但是，隨著分布式電源接入配電網(wǎng)，配電系統(tǒng)從單一電源的輻射狀網(wǎng)絡(luò)變成了一個

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文遍布電源和負(fù)荷的多電源網(wǎng)絡(luò)，這樣不僅改變了配電網(wǎng)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且增加了其潮流的不確定性。同時，分布式電源的輸出具有隨機(jī)性和間歇性‘91。這些問題對系統(tǒng)的運(yùn)行和控制產(chǎn)生了一系列的影響，使配電網(wǎng)變得更加多變和復(fù)雜，給含分布式電源的配電系統(tǒng)可靠性評估帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，對復(fù)雜配電系統(tǒng)的可靠性的研究具有十分重要的意義。1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1．2．1配電系統(tǒng)可靠性研究內(nèi)容和現(xiàn)狀20世紀(jì)50年代，可靠性【10】概念開始用于工業(yè)，并且首先在軍用電子設(shè)備中得到應(yīng)用。60年代中期，美國、前蘇聯(lián)等國家電力系統(tǒng)陸續(xù)地、不斷地出現(xiàn)了大面積的停電事故，由此引起國際社會很大觸動，可靠性管理和技術(shù)便開始引入電力系統(tǒng)。1965年美國東北部系統(tǒng)發(fā)生大停電，美國政府成立了專門的組織對這次事故進(jìn)行調(diào)查。1968年成立了美國電力可靠性協(xié)會，將全美分為12個安全協(xié)作區(qū)(后改為11個)，各自制定了可靠性準(zhǔn)則，力求保證電力系統(tǒng)能經(jīng)受較大事故的沖擊，避免由于連鎖停運(yùn)而導(dǎo)致大面積停電。1981年，由于加拿大和墨西哥的電力系統(tǒng)的加入，其改名為北美電力可靠性協(xié)會。與此同時，西歐、日本等國也紛紛開展了可靠性質(zhì)量管理工作。目前，配電系統(tǒng)可靠性評估管理已成為許多國家電網(wǎng)規(guī)劃決策的一項(xiàng)日常性工作，例如美國、日本、加拿大等國家都已經(jīng)成立專門的研究機(jī)構(gòu)對可靠性分析、計(jì)算、評估所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，并建立了完善的配電網(wǎng)供電可靠性評估的算法。相較于國外發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)對配電系統(tǒng)可靠性的研究起步較晚，始于上世紀(jì)80年代初期。1引，并且在很長的一段時期內(nèi)，電力可靠性研究重發(fā)輸電而輕配電，使配電系統(tǒng)的可靠性研究并沒有得到應(yīng)有的重視，而且缺少必需的數(shù)據(jù)資料和相關(guān)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)方法，導(dǎo)致可靠性研究止步不前。直到幾年后，原國家能源部頒布了《供電系統(tǒng)電力客戶供電可靠性統(tǒng)計(jì)方法》，配電系統(tǒng)可靠性管理工作因此全面展開【13】。在眾多專家學(xué)者的共同努力下，近三十年的發(fā)展，將我國配電網(wǎng)可靠性研究水平提高到了前所未有的高度，配電網(wǎng)可靠性的平均水平也有了很大的提升，特別是供電可靠率(限電因素除外)在十二年間提高了0．281％，成為2004年的99．927％，但與國外發(fā)達(dá)國家相比，差距還是非常明顯的。就目前來說，國內(nèi)外專家、學(xué)者以及專業(yè)團(tuán)隊(duì)對電力系統(tǒng)配網(wǎng)可靠性方面做了大量2

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文的研究工作，其評估方法有很多，綜合起來可以分為三類：一類是模擬法【14】，一類是解析法【151，還有一類是人工智能法【16】。近些年，新出現(xiàn)將解析法和模擬法結(jié)合起來的混合法【17】。模擬法主要是指蒙特卡洛法(MonteEarloSimulationMethod)【18】，它以配網(wǎng)各部件可靠性原始基礎(chǔ)參數(shù)為基礎(chǔ)，將通過產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)列，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的實(shí)驗(yàn)樣本，來模擬系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種運(yùn)行狀態(tài)，再將模擬出的結(jié)果用概率統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算出可靠性指標(biāo)【19】。其主要思想是：先搜索得到故障元件能影響到的全部負(fù)荷點(diǎn)，然后對負(fù)荷點(diǎn)的歷史記錄進(jìn)行選擇、統(tǒng)計(jì)、分析以及計(jì)算，其模擬結(jié)果就是負(fù)荷點(diǎn)和系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)估計(jì)值。GoelL等專家在文獻(xiàn)【20]中經(jīng)過對蒙特卡洛法參數(shù)在可靠性計(jì)算中的速度和準(zhǔn)確性當(dāng)中的影響進(jìn)行了研究，總結(jié)出兼顧評估速度和準(zhǔn)確性新的選擇方法。由于模擬法有精度不高、計(jì)算時間長的短板，這就使得專家學(xué)者們不斷的尋求解決方法。丁明等在文獻(xiàn)[21】為了減少樣本方差對控制變量法進(jìn)行改進(jìn)，解決了電力系統(tǒng)概率分析中蒙特卡羅仿真效率不高的問題。文獻(xiàn)[22]提出了考慮線路容量約束的基于序貫蒙特卡羅仿真和時變負(fù)荷模型的評估配電網(wǎng)可靠性的模型，模型中切負(fù)荷策略綜合考慮了停電損失費(fèi)用、停電電量、網(wǎng)損和停電時間，因而該模型在模擬配電網(wǎng)的故障和負(fù)荷點(diǎn)停電情況方面更加符合實(shí)際運(yùn)行情況。王成山等在文獻(xiàn)[23]針對蒙特卡洛法的仿真時間長的缺點(diǎn)，采用分區(qū)思想劃分復(fù)雜配電網(wǎng)絡(luò)，提出了兩種區(qū)域仿真的非序貫蒙特卡羅法，對分區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)抽樣實(shí)驗(yàn)樣本的抽取，以獲得分區(qū)系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)，從而計(jì)算得出負(fù)荷點(diǎn)和系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。解析法是將系統(tǒng)的部件和結(jié)構(gòu)之間的邏輯關(guān)系加以合理的理想化，并用數(shù)學(xué)迭代方法來建立可靠性模型，最后通過計(jì)算機(jī)程序得出所需要的可靠性指標(biāo)f24】。相較于模擬法仿真時間長、計(jì)算速度慢的缺點(diǎn)，解析法采用較嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型和有效的數(shù)值計(jì)算方法對系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了嚴(yán)格的分析計(jì)算，精準(zhǔn)度較高，并且計(jì)算速度快。常見的解析方法有：故障模式與后果分析法(FMEA)、最小路分析法、最小割集分析法、網(wǎng)絡(luò)等值法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法、狀態(tài)空間法、故障擴(kuò)散法、區(qū)間評估法、考慮容量約束的評估算法。張滕等在文獻(xiàn)[25】將故障模式與后果分析法(FMEA)與網(wǎng)絡(luò)等值的原理相結(jié)合，用網(wǎng)絡(luò)等值原理將復(fù)雜配電系統(tǒng)逐步等值為只有一條饋線的簡單配電系統(tǒng)，進(jìn)而結(jié)合等效邏3

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文輯模型和FMEA法評估系統(tǒng)的各項(xiàng)可靠性指標(biāo)，這樣就比直接利用FMEA法較大的提高了效率。Pengw抽g等在文獻(xiàn)【26]中對網(wǎng)絡(luò)等值法進(jìn)行了補(bǔ)充和發(fā)展，介紹了對于帶有復(fù)雜分支饋線的配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評估的網(wǎng)絡(luò)等值法的基本原理。該方法首先用等效元件代替一部分網(wǎng)絡(luò)分支饋線，從而將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)逐步等值為簡單的輻射形配電網(wǎng)，然后通過等效的簡單輻射網(wǎng)計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，從而運(yùn)用可靠性指標(biāo)對配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行評價。別朝紅等在文獻(xiàn)【27】提出了一種將最小路法和等值法結(jié)合的復(fù)雜配電系統(tǒng)的可靠性評估算法。該算法首先通過對網(wǎng)絡(luò)的分層處理，應(yīng)用可靠性等值原理將復(fù)雜配電系統(tǒng)逐步等值為簡單的輻射形配電網(wǎng)，再應(yīng)用最小路方法計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，從而提高了評估效率。實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了該方法的有效性。A．Ozdemir等專家在文獻(xiàn)【28】基于最小割集進(jìn)行配電網(wǎng)可靠性評估，編制了計(jì)算程序，該算法提高了計(jì)算的效率。文獻(xiàn)【29]【30】介紹了最小割集可靠性評估算法，該方法與最小路集法相似，利用最小路求得最小割集，進(jìn)而計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)，最小割集內(nèi)包含了所有計(jì)算狀態(tài)，避免了大規(guī)模的計(jì)算系統(tǒng)的狀態(tài)，可以節(jié)省計(jì)算時間。劉禹良等在文獻(xiàn)【31】提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)可靠性評估算法。以可靠性分塊技術(shù)為基礎(chǔ)，建立配電網(wǎng)四層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，即元件層、分塊層、負(fù)荷點(diǎn)層和系統(tǒng)層。根據(jù)配電網(wǎng)分塊形成的等效網(wǎng)絡(luò)，建立元件層和分塊層間的關(guān)系；通過解析枚舉分塊及開關(guān)元件的故障，得到負(fù)荷點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)類型，建立分塊層和負(fù)荷點(diǎn)層間的關(guān)系，并通過矩陣存儲實(shí)現(xiàn)負(fù)荷點(diǎn)可靠性計(jì)算；建立負(fù)荷點(diǎn)層和系統(tǒng)層間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性計(jì)算。對RBTS母線2等算例系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估和分析，從而驗(yàn)證了該算法是正確、可行且高效的。文獻(xiàn)【32]將馬爾可夫理論應(yīng)用于配電網(wǎng)的可靠性評估中，馬爾可夫理論是一種狀態(tài)空間分析技術(shù)，將一臺虛擬的故障主變和一條虛擬的故障線路作為負(fù)荷失電時候的狀態(tài)，利用主變和線路間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系，充分考慮了系統(tǒng)發(fā)生N．1故障時的轉(zhuǎn)供成功率，并且綜合了系統(tǒng)的元件故障率，形成馬爾可夫轉(zhuǎn)移概率矩陣。文獻(xiàn)采用馬爾可夫狀態(tài)空間法，準(zhǔn)確、簡便地求解出配電網(wǎng)的可靠率，并驗(yàn)證了算法的可用性。謝開貴等在文獻(xiàn)【33】在中壓用戶配電系統(tǒng)故障擴(kuò)散法評估算法研究的基礎(chǔ)上，采用前向搜索算法來確定斷路器動作影響的范圍，并確定故障范圍與切換開關(guān)的有無，從而4

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文確定了節(jié)點(diǎn)的故障類型。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的類型，可以計(jì)算出供電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，并提出了提高中壓配電系統(tǒng)供電可靠性的技術(shù)與管理措施。文獻(xiàn)[34]提出一種考慮線路容量和電壓約束的配電系統(tǒng)區(qū)間可靠性評估方法。運(yùn)用配電系統(tǒng)區(qū)間理論，分析計(jì)算可靠性的配電系統(tǒng)組件和負(fù)載參數(shù)的不確定性對可靠性的影響，該算法優(yōu)化了系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省計(jì)算時間。解析法概念邏輯簡單明了，模擬法不需要太多的假設(shè)，就能隨機(jī)模擬實(shí)際運(yùn)行方式，而且所涉及范圍更加全面。二者各有自己的優(yōu)勢，但不足也是顯而易見?；旌戏ň褪菍⒁陨蟽煞N方法有效地結(jié)合，補(bǔ)充各自不足，從而形成的更加全面的評估方法【3姚李孝等在文獻(xiàn)【36]提出了基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移和蒙特卡洛法相結(jié)合的配電系統(tǒng)可靠性評估算法。該算法根據(jù)配電系統(tǒng)中斷路器、分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)等可操作性元件的動態(tài)特性對系統(tǒng)建立彼此獨(dú)立的狀態(tài)轉(zhuǎn)移鏈，并利用蒙特卡洛法模擬元件故障事件發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移，統(tǒng)計(jì)各元件及各狀態(tài)的故障頻率、故障發(fā)生時間和故障持續(xù)時間等參數(shù)，最后利用這些參數(shù)計(jì)算各負(fù)荷點(diǎn)的基本可靠性指標(biāo)及其概率分布。近些年來，人們不斷嘗試，試圖在電力系統(tǒng)中能運(yùn)用人工智能的方法進(jìn)行可靠性評估，進(jìn)而優(yōu)化出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊可靠性的評估方法。文獻(xiàn)[37】提到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性評估，即以負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)的基本屬性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，運(yùn)用規(guī)則構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以此來評估計(jì)算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。由此可見，配電網(wǎng)可靠性評估已經(jīng)得到了學(xué)者們的廣泛研究【38舶】，上述這些方法既包含了配電網(wǎng)可靠性分析的解析法和模擬法，也有兩者結(jié)合起來的混合法，但是這些方法都存在一定的不足，例如，可靠性評估方法模型一般都比較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)，或沒有通用性，當(dāng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，可靠性需要重新計(jì)算，計(jì)算比較繁瑣；蒙特卡洛模擬法的計(jì)算精度比較差等。1．2．2分布式電源技術(shù)研究現(xiàn)狀分布式電源(DG，Dist抽utedGeneration)，是指一些接近供電系統(tǒng)用戶，容量在50MW以下【41】的中小型發(fā)電裝置。它不僅可以獨(dú)立給就近少量用戶供電，將多余的電能輸送至公共電網(wǎng)，還可以直接接入配電網(wǎng)絡(luò)成為系統(tǒng)電源的一部分，為用戶提供電能。由于太陽能、風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能等可再生能源極具有地域分散性和季節(jié)變化波動性等特點(diǎn)，分布式電源的存在將極大有助于實(shí)現(xiàn)多種地域、能源之間的互補(bǔ)，有利于提高可再5

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文生能源的利用效率。所以，分布式電源集環(huán)保、資源環(huán)境效益最大化、能源利用效率最優(yōu)化等優(yōu)勢于一身的新型能源系統(tǒng)【42】，在綠色能源可持續(xù)發(fā)展的前景下有很大的發(fā)展空間。分布式電源接入配電系統(tǒng)運(yùn)行，對電網(wǎng)也將產(chǎn)生很多的問題【431，研究其接入后的配電網(wǎng)既是熱點(diǎn)也是難點(diǎn)，在國內(nèi)外廣大專家學(xué)者共同努力下，針對解決這棘手的問題，也取得了可觀的成果。RwaIlg等在文獻(xiàn)【44]中介紹了把風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為配電網(wǎng)的備用電源接入系統(tǒng)，利用模擬法來計(jì)算配電網(wǎng)負(fù)荷和系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。WaltencirS．Andrade等在文獻(xiàn)【45]著重研究了風(fēng)力發(fā)電這種間歇性電源的可靠性模型，提出了用多狀態(tài)馬爾科夫模型模擬風(fēng)力發(fā)電的新方法。文獻(xiàn)【46】分析了配電系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的不確定性對可靠性的影響，提出了區(qū)間算法在配電網(wǎng)可靠性計(jì)算中的運(yùn)用，對比分析了分布式電源接入系統(tǒng)前后的可靠性，并研究了分布式電源接在饋線不同位置對系統(tǒng)可靠性的影響。馬立克、王成山等在文獻(xiàn)【47】研究了風(fēng)能／光能混合發(fā)電系統(tǒng)作為電源連接到現(xiàn)有農(nóng)村配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)可靠性的影響，把研究結(jié)果與單純風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)連接到配電系統(tǒng)的結(jié)果相比較，從而證明了混合發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)[48]中提出一種改進(jìn)的最小路分析方法，來分析DG接入配電網(wǎng)后的可靠性指標(biāo)。文獻(xiàn)[49]中提出了一種區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型和蒙特卡洛模擬算法，這種方法考慮了多種DG模型及不同運(yùn)行方式。雖然國內(nèi)外專家學(xué)者在配電網(wǎng)可靠性評估和分布式電源技術(shù)方面己取得了大量研究成果【50-541，并且針對分布式電源的不確定性，考慮了多種DG模型及在多種運(yùn)行方式下的情況。在孤島運(yùn)行方式下，對含分布式電源的配電系統(tǒng)可靠性進(jìn)行定量定性的分析，仍還有更進(jìn)一步的研究空間1551。1．3本文的主要研究內(nèi)容1．3．1研究思路和方法針對當(dāng)前研究方法的不足，本文將研究重點(diǎn)主要有以下幾個方面。1．配網(wǎng)可靠性評估算法研究。在對常用的一些配電網(wǎng)可靠性評估方法進(jìn)行總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上，采用了一種基于成功概率的配電網(wǎng)可靠性評估方法，即成功流法(GoalOriented，簡稱GO)。GO法是一種以成功為導(dǎo)向的配電系統(tǒng)可靠性分析方法，在對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)浞治龅臅r不需要重復(fù)遍歷，既能得到負(fù)荷點(diǎn)的故障率也能同時得到成功運(yùn)行概率，從而可直接獲得負(fù)荷點(diǎn)的故障持續(xù)時間，減少了計(jì)算時間。本文對G0方法進(jìn)6

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文行了改進(jìn)，在保證方法精度的同時，簡化了模型，可快速定量分析配電系統(tǒng)可靠性。2．分布式發(fā)電接入對可靠性的影響。在考慮分布式發(fā)電對配網(wǎng)可靠性影響時，首先對各影響因素進(jìn)行了分析，根據(jù)計(jì)劃孤島運(yùn)行的邊界，確定DG的影響范圍，得出含有DG后的配電網(wǎng)可靠性的計(jì)算流程，即對無DG加入時的GO法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正后可得出新的可靠性指標(biāo)。3．配電網(wǎng)可靠性開關(guān)配置優(yōu)化。建立了配電網(wǎng)開關(guān)優(yōu)化配置數(shù)學(xué)模型，通過粒子群算法求解計(jì)算，在確定配電網(wǎng)在原有網(wǎng)架與開關(guān)的基礎(chǔ)上，對己知數(shù)量分段開關(guān)配置進(jìn)行了優(yōu)化處理。113．2研究內(nèi)容分布式電源的應(yīng)用是電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文結(jié)合配電網(wǎng)的這種實(shí)際情況，基于GO(GoalOriented，G0)法和等值模塊化方法，建立了含有分布式電源(Dist曲utionGenerator，DG)的配電網(wǎng)可靠性分析數(shù)學(xué)模型。然后通過對含有DG的典型配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行分析計(jì)算和對比，表明采用基于GO法的等值模塊化方法的實(shí)用性以及優(yōu)越性。最后將G0法應(yīng)用于配電網(wǎng)開關(guān)配置優(yōu)化求解的過程中去，采用粒子群算法，得到開關(guān)最優(yōu)配置。本文各章節(jié)的主要內(nèi)容如下：第1章闡述了配電網(wǎng)可靠性的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及其他關(guān)鍵問題，從而提出了本文的研究思路、方法和內(nèi)容。第2章首先說明了配電系統(tǒng)可靠性的評價指標(biāo)，對GO法的基本理論進(jìn)行概述，通過運(yùn)用GO分析法，建立了配網(wǎng)系統(tǒng)可靠性計(jì)算的GO模型，并對簡單配電網(wǎng)各種運(yùn)行模式進(jìn)行了可靠性分析。針對復(fù)雜配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析提出了一種可將復(fù)雜配電網(wǎng)簡化的方法一等效模塊法，給出了等效模塊法計(jì)算配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的計(jì)算方法，使用該方法對復(fù)雜配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，并與參考值進(jìn)行了對比，從而驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。第3章主要根據(jù)分布式電源(DG)接入點(diǎn)、接入方式以及運(yùn)行方式的不同，從而造成DG對配電網(wǎng)可靠性會產(chǎn)生較大的影響這一問題。本文在配網(wǎng)可靠性的G0法研究的基礎(chǔ)上，分析了含有DG時系統(tǒng)孤島運(yùn)行的優(yōu)化模型，以及孤島邊界的搜索方法，得出了接入DG后的配電網(wǎng)可靠性計(jì)算方法，并給出了計(jì)算的步驟。通過在IEEERBTS系統(tǒng)母線6中的F4配電支路中接入DG，分析了DG接入對配電網(wǎng)可靠性的影響。7

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第4章提出一種開關(guān)優(yōu)化配置方法，通過分析配電網(wǎng)開關(guān)配置的經(jīng)濟(jì)性問題和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性問題之間的矛盾，建立了以配電網(wǎng)建設(shè)成本和運(yùn)行成本最小，以系統(tǒng)可靠性和配電網(wǎng)電壓、電流極限為約束的優(yōu)化模型，并通過粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化求解，并通過IEEERBTS．Bus5系統(tǒng)的實(shí)例分析，驗(yàn)證了所提算法模型的有效性。第5章對論文進(jìn)行了概括總結(jié)，并指出了本文研究中存在的不足和需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善的地方。8

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第二章模塊化配電網(wǎng)可靠性分析方法研究2．1引言配電網(wǎng)可靠性是指一個配電系統(tǒng)能夠?qū)τ脩舫掷m(xù)可靠供電的程度，這里的程度既包括正常的電壓和頻率等，也包括電力客戶最關(guān)心的停電問題；它是電力管理部門的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，將直接反應(yīng)于配電系統(tǒng)對用戶供電的可持續(xù)性；也是衡量電業(yè)部門為了保證電力客戶供電可靠性需求、維持電力系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀況的能力；可靠性可分為兩方面，一方面是配電系統(tǒng)的供電可靠性，另一方面就是系統(tǒng)可靠性。但是現(xiàn)階段對于配電網(wǎng)可靠性的計(jì)算都比較復(fù)雜、繁瑣，如果有某些地方發(fā)生改變，配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)需要徹底重新計(jì)算，增加了很多不必要的工作量，尤其是對復(fù)雜配電網(wǎng)的可靠性計(jì)算。本章主要針對配電網(wǎng)中各負(fù)荷支路的不同的接線方式、以及斷路器和隔離開關(guān)的位置不同，對系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，并根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際，將復(fù)雜的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行等效模塊簡化的方法，從而研究出基于G0(GoalOriented，GO)方法的復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性的計(jì)算方法。2．2配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)體系配電系統(tǒng)的可靠性，是根據(jù)分析可靠性指標(biāo)來量化和反映系統(tǒng)的可靠性水平。配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，是配電系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評價的根本。可靠性分析指標(biāo)的制定是可靠性分析的前提，而各國的分析指標(biāo)略有不同，我國的可靠性計(jì)算指標(biāo)主要分為兩大類，即負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。2．2．1負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)用以反映在一定時間內(nèi)每個負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性能力，所測數(shù)據(jù)包含平均故障率、平均停運(yùn)時間和平均停運(yùn)持續(xù)時間。(1)負(fù)荷點(diǎn)平均故障率九負(fù)荷點(diǎn)平均故障率指負(fù)荷點(diǎn)f在給定時間內(nèi)(通常為一年)因電網(wǎng)中各元件故障而造成負(fù)荷點(diǎn)停電的次數(shù)，用表示式(2—1)表示：九=∑-(2—1)9

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文式中，J表示導(dǎo)致負(fù)荷點(diǎn)f停電的所有元件的集合，／表示元件標(biāo)號，九，表示元件的平均(2)負(fù)荷點(diǎn)平均停運(yùn)時間U．指供電用戶在給定時間區(qū)間內(nèi)的平均停電小時數(shù)，可通過表達(dá)式(2．2)進(jìn)行計(jì)算，u，2∑力o(2·2)式中，，i表示區(qū)域J內(nèi)元器件／的平均停運(yùn)持續(xù)時間。(3)負(fù)荷平均停運(yùn)持續(xù)時間r指從發(fā)生停電事件開始的時間到恢復(fù)供電時間的平均值，也即每次停電的時間平均值長度，可通過表達(dá)式(2．3)計(jì)算。

‘：等髻 協(xié)3，2．2．2系統(tǒng)可靠性指標(biāo)負(fù)荷點(diǎn)的指標(biāo)只是反映在一定時間內(nèi)每個負(fù)荷點(diǎn)的供電可靠性能力，并沒有將每個負(fù)荷點(diǎn)之間的反應(yīng)有效統(tǒng)籌，因而不能完全代表整個配電系統(tǒng)的可靠性響應(yīng)，所以需要建立能表征系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。在分析可靠性時，可以采用多個對象從各種側(cè)面來表述可靠性水平。在我國，配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)主要包含以下幾種：系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標(biāo)、系統(tǒng)平均供電可用率指標(biāo)、系統(tǒng)總電能不足指標(biāo)、用戶平均停電頻率指標(biāo)、用戶平均停電持續(xù)時間指標(biāo)等。(1)系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)跚刪系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)腳刪(System

AverageIntemlptionFrequency)是指每個受電用戶在單位時間內(nèi)(一般取一年)的平均停電次數(shù)，它可以表達(dá)為一年中用戶停電的累積次數(shù)除以受電總用戶數(shù)，如表達(dá)式(2．4)所示。

訾：群c年，沼4，式中，A，表示負(fù)荷點(diǎn)f的平均故障率；Ⅳ，表示負(fù)荷點(diǎn)f的全部用戶數(shù)。(2)系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標(biāo)剮刪lO

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標(biāo)黝佃，(SystemAIVerageIntemlptionDurationIndex)是指每個受電用戶在一年中所遭受的平均停電持續(xù)時間?？梢员磉_(dá)為一年中用戶遭受的停電持續(xù)時間總和除以受電用戶總數(shù)，如表達(dá)式(2．5)所示。式中，Ui表示負(fù)荷點(diǎn)f一的平均停：運(yùn)時間學(xué)；／vi㈨表示負(fù)嗍荷點(diǎn)i的腫用戶數(shù)，。 協(xié)5，(3)系統(tǒng)平均供電可用率指標(biāo)彳黝，系統(tǒng)平均供電可用率指標(biāo)彳．鰣，(AverageSen，iceAVailability111dex)是指一年中受電用戶所獲得的不間斷停電時間數(shù)與用戶所要求的總供電時間數(shù)之比。如果用戶要求的供電時間是全年，即為8750小時來計(jì)算，則系統(tǒng)平均供電可用率指標(biāo)彳腳，可按表達(dá)式(2．6)計(jì)算。刪=裂搿器=∑Ⅳf×8760一∑u，MyⅣ．×8760式中，U。表示負(fù)荷點(diǎn)f的平均停運(yùn)時間；～，表示負(fù)荷點(diǎn)f的全部用戶數(shù)。(4)總電能不足指標(biāo)田峪(EnergyNotSupplied)總電能不足指標(biāo)EMS指在一研究期間內(nèi)，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理或部分電氣設(shè)備停運(yùn)造成電網(wǎng)供電不足，而使用戶得不到供電的缺電量平均值，可由表達(dá)式(2．7)計(jì)算。腳坯=∑U厶，(M形．h／年)厶，=‘，，(刪)

(2·7)(2-8)式中，U，表示負(fù)荷點(diǎn)f的平均停運(yùn)時間；￡。表示負(fù)荷點(diǎn)f上所連接的平均負(fù)荷。(5)用戶平均停電頻率指標(biāo)C爿冊用戶平均停電頻率指標(biāo)C么上F馭CustomerAverageIntemlptionIIldex)是指系統(tǒng)中每個

受電用戶在受停一電影響：情況下篇的一：年中的譽(yù)平均停c電辨次數(shù)，柵可用表㈣達(dá)式(2—9)計(jì)算。協(xié)9，(6)用戶平均停電持續(xù)時間指標(biāo)C么刪

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文用戶平均停電持續(xù)時間指標(biāo)C么尬暇CustomerAverageImerruptionIndex)是指系統(tǒng)中每個受電用戶翻在受刪停電：影響豁情況：下一攔年中㈨經(jīng)受的嗍平均柵停電．持續(xù)年時間；。泣，。，式中，九，，Uj，Ⅳj分別表示負(fù)荷點(diǎn)i的平均停電率、平均停運(yùn)時間和全部用戶數(shù)。2．3基于GO法的簡單配電網(wǎng)可靠性計(jì)算2．3．1GO法計(jì)算原理GO(GoalOriented，GO)法是一種采用概率來計(jì)算系統(tǒng)可靠性的方法，常用于多態(tài)、有時序的系統(tǒng)，主要是針對有實(shí)物流體如電流、氣流等的運(yùn)行過程的安全可靠性的分析。這種分析的方法是由事件樹理論演變而來，通過分析系統(tǒng)每一步有能出現(xiàn)的全部情況，從而獲得不同的分支響應(yīng)，最終體現(xiàn)出系統(tǒng)全部有可能發(fā)生的狀況。GO法的主要思想是通過對系統(tǒng)分解出的每個部件來分析，從而構(gòu)造出相應(yīng)的模型，具體來說是先分析系統(tǒng)中每個部件有可能發(fā)生的各種狀況，以及它們之間的邏輯關(guān)系，將這些情況有機(jī)結(jié)合并歸納到每個操作符上，然后根據(jù)系統(tǒng)的原理圖、流程圖按照一定規(guī)則直接翻譯成GO圖，并用GO圖對系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，最終得到系統(tǒng)需要分析的可靠性指標(biāo)。詳細(xì)的G0法理論可參閱相關(guān)文獻(xiàn)，這里就不再贅述。以下以圖2．1所示的簡單電路系統(tǒng)為例，說明基于GO法的可靠性計(jì)算方法和原理。出圖2．1簡單的并聯(lián)系統(tǒng)及其G0圖Fig．2—1SimpleparallelsystemanditsGofigure12

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文圖2．1中，操作符1表示輸入電源，分兩路將電源輸出到主開關(guān)和可控開關(guān)上，表達(dá)為G0圖為信號流通過操作符1傳遞到操作符3和操作符4。操作符2輸出控制信號，控制信號對可控開關(guān)進(jìn)行控制，因此信號流2通過操作符2傳遞到操作符3。若系統(tǒng)有正常的輸出，只需要主開關(guān)和可控開關(guān)由一路可以成功輸出即可，也就是說兩路輸出是“或"的關(guān)系，因此需要增加一個或門邏輯操作符5。操作符5將信號流3和信號流4連接起來，其最終的輸出代表整個系統(tǒng)的輸出。經(jīng)過分析，得到系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)相應(yīng)的全部狀態(tài)組合集，列出所有運(yùn)行和故障的因素，如表2．1所示。表2—1事件系統(tǒng)操作符和信號流狀態(tài)概率

T’ab．2—1Theiointprobabilit)rdistribulioneventsystem系統(tǒng)狀態(tài)值 系統(tǒng)狀態(tài)狀態(tài)組合數(shù)狀態(tài)組合 部件狀態(tài)電源有輸出AlDl主開關(guān)正常電源有輸出系統(tǒng)有輸出 2

控制信號正常AlBlClD2可控開關(guān)正常主開關(guān)故障電源有輸出控制信號正常AlBlC2D2可控開關(guān)故障主開關(guān)故障

2 系統(tǒng)無輸出 3

電源有輸出AlB2D2控制信號故障主開關(guān)故障電源無輸出若上述事件系統(tǒng)采用G0方法來分析、計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，可根據(jù)翻譯后的GO圖直接得出的事件系統(tǒng)成功運(yùn)行的數(shù)學(xué)表達(dá)式，為：彳。Dl+么。蜀ClDl或者4盡Cl+彳，EC，Dl，可以證明兩式結(jié)果相等，如表達(dá)式(2—11)。13

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4蜀C1+彳l罵C。D1=彳lECl+4(1一島c1)q=4罵C1(D1+砬)+4(1一馬C1)q

(2．11)

=彳。盡ClDl+彳。蜀ClD2+4Dl一4蜀ClDl=4EC1D1+爿。Dl上述算例中，表明對于只有故障和正常兩種狀態(tài)的系統(tǒng)，由于兩種狀態(tài)是補(bǔ)集的關(guān)系，因此可以用正常狀態(tài)的概率也就是成功概率來表達(dá)系統(tǒng)故障的概率，而利用GO法正是面向成功概率的方法，其求解系統(tǒng)正常狀態(tài)的難度，要比求解多分支的故障狀態(tài)簡單得多。對配電系統(tǒng)來說，只存在正常供電和停電兩種狀態(tài)，因此考慮利用GO法來計(jì)算配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)是恰當(dāng)?shù)?。引入GO法進(jìn)行配電網(wǎng)可靠性評估時，首先要將配電網(wǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GO法的概率數(shù)據(jù)形式。因此，首先定義配電系統(tǒng)中元件的成功運(yùn)行概率為尸，成功運(yùn)行時間概率為P，，與可靠性指標(biāo)之間的關(guān)系可分別通過表達(dá)式(2．12)和表達(dá)式(2．13)進(jìn)行計(jì)算。JP=l一蘭(2．12)N只，：1一A—二：1一旦(2．13)NN式中，A為設(shè)備的故障率，，．為設(shè)備平均停運(yùn)時間，Ⅳ為一個時段，一般?、?8760辦，U為平均停電時間。2．3．2基于GO法的簡單配電網(wǎng)可靠性分析(1)簡單配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)目前，我國的配電系統(tǒng)多為開環(huán)運(yùn)行、輻射型供電系統(tǒng)。圖2—2所示是一個簡單的配電網(wǎng)形式，主要由節(jié)點(diǎn)母線、主饋線、線路開關(guān)、分支饋線、熔斷器以及負(fù)荷點(diǎn)等組成。簡單配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性系統(tǒng)和負(fù)荷點(diǎn)參數(shù)如表2．2和表2．3所示。A B C D圖2．2簡單的輻射型配電網(wǎng)絡(luò)Fig．2-2Simpleradialdistributjonnetwork14

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文表2．2和表2．3中給出了簡單配電網(wǎng)中各元件的可靠性參數(shù)和負(fù)荷點(diǎn)參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)，本節(jié)采用GO法進(jìn)行簡單配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)計(jì)算，計(jì)算中考慮各種不同的連接方式和運(yùn)行方式。

表2．2簡單配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性參數(shù)Tab．2—2Simplepowerdistributionsystemreliabilityparameters表2．3簡單配電網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)參數(shù)TIab．2·3Simpledistributiongridloadpointparanleters(2)簡單配電網(wǎng)可靠性計(jì)算首先假設(shè)線路的連接方式為：含有斷路器，有隔離開關(guān)，無備用電源，裝有熔斷器并完全可靠(即100％可靠)。1)負(fù)荷點(diǎn)故障率的求取首先按照公式(2．12)和(2。13)將各元件的可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)轉(zhuǎn)化為成功運(yùn)行概率數(shù)據(jù)格式。要求取各負(fù)荷點(diǎn)平均故障率，必須先知道該負(fù)荷點(diǎn)供電成功的概率，再考慮系統(tǒng)的接線方式，把計(jì)算分為兩部分，一部分是將各段線路成功概率相乘來體現(xiàn)主干線故障的影響；另一部分是分支線上其他的負(fù)荷故障對系統(tǒng)可靠性的影響，根據(jù)上述原理，可將該分支線單獨(dú)作為一個小系統(tǒng)，先求得該線路的成功概率，然后將求得的兩個數(shù)值相乘，即可得到該負(fù)荷點(diǎn)最終的可靠性指標(biāo)。從分析過程可以得出以下結(jié)論，對于一個有著多條分支的輻射型配電網(wǎng)絡(luò)，可以分層逐次計(jì)算，模型不變，并不會隨著配電網(wǎng)規(guī)模的增大而變得復(fù)雜。因此，簡單配電網(wǎng)15

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文中各負(fù)荷點(diǎn)故障率可按照公式(2．14)進(jìn)行計(jì)算。一=(1一昂木只木尼車尼木易)水Ⅳ砧=(1一咒木咒宰只木尼木％)半Ⅳk=(1一R，．c只：一c只木B木％)：．cJⅣ

(2．14)b=(1一R木乃木只半島母尼)：一cⅣ式中，R表示主饋線的成功概率，只，只，只，只分別表示支路口，6，c，d支路的成功概率，由于圖中各支路結(jié)構(gòu)相似，因此可以按照(2．15)式計(jì)算。圪=鼻木予木々宰只(2．15)異=1一只木最其中名為分支線路的故障率(另=-／Ⅳ)，咒為該分支線路上熔斷器的不動作概率。故只，B，尼，島為該支路的成功概率，可按照(2-15)式算出。2)負(fù)荷點(diǎn)停運(yùn)時間的求取故障時網(wǎng)絡(luò)有部分設(shè)備被隔離開關(guān)隔離，此時應(yīng)使用用隔離開關(guān)的操作時間來修正其正常運(yùn)行概率，依據(jù)求解故障率的方法來求取各負(fù)荷點(diǎn)的平均停運(yùn)時間。按公式(2．16)計(jì)算。圖2．2中簡單輻射型配電網(wǎng)在此接線方式下各負(fù)荷點(diǎn)停運(yùn)時間：u爿=(1一屹1木丘，口木乃2木尼3半兄4)宰Ⅳ己，曰2(1一兄，牛兄：木‰車兄，木吃a)木Ⅳ (2．16)％=(1一弓。木弓：木弓，木吃木兄。)木ⅣuD=(1一巧。木屹：木弓，木弓。木嘞)}Ⅳ式中：兄：’，乞，’，弓。’表示用隔離開關(guān)的操作時間修正后的設(shè)備正常運(yùn)行概率，可按照表達(dá)式(2．17)計(jì)算。囈_1以，焉，汪2，3，4Q‘17’式中：九為主干線故障率，名為隔離開關(guān)的操作時間，假設(shè)隔離開關(guān)操作時間為0．5小時。通過上述的分析和獲得的計(jì)算公式，即可計(jì)算得到表2．4所示的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)，通過與參考值進(jìn)行比較，驗(yàn)證了上述計(jì)算的正確性。因此，可采用上述類似的計(jì)算方法計(jì)算不同線路連接方式，以及不同元件可靠性參數(shù)時的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)。16

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文表2．4簡單配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)

Tab．2·4Simpledistributionne似orkreliability負(fù)荷點(diǎn)竺竺蘭竺!三竺二翌蘭!竺三二籃!竺GO法 參考值GO法參考值GO法參考值根據(jù)圖2．2中各元件的連接方式，這里設(shè)定另外幾種系統(tǒng)的連接方式及元件的可靠性參數(shù)，見表2．5。表2．5簡單配電網(wǎng)模式設(shè)定Tab．2．5Setthemodeofdistributionnetwork網(wǎng)絡(luò)模式熔斷器隔離開關(guān)備用電源熔斷器可靠性備注模式一有有尢0．9——模式二無有無————模式三有有有1不考查璺孕轉(zhuǎn)模式四有有有1考慮負(fù)尊轉(zhuǎn)移通過計(jì)算，分別得到表2．6、表2．7、表2．8和表2．9所示的可靠性指標(biāo)。表2．6簡單配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)(模式一)

Thb．2-6Simpledistributionnetworkreliability(mode1)負(fù)荷點(diǎn)竺竺蘭竺：三蘭三釜蘭!!三二鑒!竺GO法 參考值GO法參考值GO法參考值賄點(diǎn)竺竺蘭竺：三蘭二墓蘭!!蘭籃!!GO法 參考值GO法參考值GO法參考值17

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文表2．8簡單配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)(模式三)T曲．2—8Simpledistributionnetworkreliabiljty(mode3)故障率(次／年)每次平均停運(yùn)時間年平均停運(yùn)時間負(fù)荷點(diǎn)血)(比笙)GO法參考值GO法參考值GO法參考值賄點(diǎn)蘭竺蘭竺!三竺二鱟蘭!竺三二籃!!GO法 參考值GO法參考值GO法參考值(3)簡單配電網(wǎng)GO法計(jì)算總結(jié)根據(jù)上述表2．4至2．9中采用G0法計(jì)算的五種接線方式下配電網(wǎng)可靠性結(jié)果，以及與參考值的對比分析，可以得出以下結(jié)論：1)在已知系統(tǒng)元件可靠性基礎(chǔ)參數(shù)情況下，采用GO法得出的可靠性指標(biāo)較為精確，從而驗(yàn)證了GO法的可用性；2)出口加裝熔斷器的分支線的可靠性指標(biāo)改善效果最為顯著；3)在主干線安裝分段開關(guān)雖然不能有效降低負(fù)荷點(diǎn)的故障率，但可將故障區(qū)域隔離，能降低正常區(qū)域受故障負(fù)荷點(diǎn)影響的停電時間，此外，分段開關(guān)在主干線的位置和數(shù)量不僅能影響各個負(fù)荷點(diǎn)故障率而且與年缺電量等指標(biāo)值的高低密切相關(guān)；4)考慮到負(fù)荷轉(zhuǎn)移改變的影響時，各負(fù)荷點(diǎn)的故障率并沒有改變，這由于任何己經(jīng)失去供電的負(fù)荷都不能依靠負(fù)荷的轉(zhuǎn)移來恢復(fù)；負(fù)荷轉(zhuǎn)移影響最大的往往是那些遠(yuǎn)離電源點(diǎn)又臨近正常開路轉(zhuǎn)移點(diǎn)的負(fù)荷點(diǎn)，其也能降低負(fù)荷點(diǎn)的年缺電量；5)出口加裝熔斷器的分支線，在負(fù)荷轉(zhuǎn)移影響且負(fù)荷轉(zhuǎn)移不受限制的情況下，平均供電可靠率最高，系統(tǒng)年缺電量最低；未加裝熔斷器時，平均供電可用率最低，系統(tǒng)年缺電量最高。18

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2．4復(fù)雜配電網(wǎng)的模塊等值方法由于配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備繁多、接線形式多樣，運(yùn)行環(huán)境條件也有所不同，在如此復(fù)雜的情況下，直接對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性評估必然使得計(jì)算工作量過大，導(dǎo)致效率低下，而且當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜時，各種因素作用下甚至無法得出理想的計(jì)算結(jié)果。因此有必要把系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)按照實(shí)際運(yùn)行條件進(jìn)行合理的抽象化和簡化，并著重研究某些典型的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，設(shè)定可靠性計(jì)算的最佳運(yùn)行條件，以滿足工程實(shí)際應(yīng)用的需要。2．4．1復(fù)雜配電網(wǎng)模塊化分析以IEEE．I也TS母線6配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析，該系統(tǒng)是典型的復(fù)雜輻射狀配電系統(tǒng)，負(fù)荷點(diǎn)共有23個，分支線路30條，每個負(fù)荷點(diǎn)都有配置一臺變壓器和一個熔斷器，在每個主饋線端分別設(shè)置分段開關(guān)和斷路器用作隔離故障，如圖2．3所示?！馤P36rrrro∽∞∽A躉∞銎∞罨oi蠶q圖2．3IEEE．砌jTS母線6配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig．2-3Bus6distributionnetworkstmcnlre19

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2．4．2模塊化等效電路的可靠性指標(biāo)計(jì)算按照上述的等效電路劃分方式，可將配電網(wǎng)中劃分成兩種形式，一種為負(fù)荷直接連接到主饋線上的模塊，一種是通過分支饋線連接到主饋線上的模塊。如圖2．5所示。主饋線負(fù)荷點(diǎn)

負(fù)荷點(diǎn)(a)等效模塊一 (b)等效模塊二圖2—5復(fù)雜配電網(wǎng)等效模塊Fig．2-5ThemoduleofcomplexdistributionnetworkequiValent將圖2．5中的兩種等效模塊轉(zhuǎn)變成GO法的計(jì)算模型，可得到圖2．6所示的計(jì)算流圖。從圖中可以看出，可以將等效模塊一看為等效模塊的一種特殊形式。根據(jù)GO圖的表達(dá)形式，可以寫出兩種等效模塊的可靠性概率計(jì)算表達(dá)形式，在計(jì)算等效模塊可靠性指標(biāo)時，只需要分析等效模塊一的計(jì)算方法即可。對于等效模塊二的計(jì)算，可以認(rèn)為是一種等效模塊一連接到主饋線的計(jì)算。(a)等效模塊一的GO圖(b)等效模塊二的GO圖圖2—6等效模塊的GO圖表達(dá)形式Fig．2—6ExpressionofequiValentmoduleoftheGOdiagram21

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文根據(jù)圖2-6，首先口]得出等效模塊一(記為M1)的故障率和正常運(yùn)行時間概率的計(jì)算公式分別為表達(dá)式(2．18)和式(2．19)。h。=∑h。巧+∑R。，(2)×(hm+km) (2-18)i‰，2，臻。屯，巧×，旦。‰，。屯。。 (2．19)式中，～，為分塊M1故障率；h1￡，為模塊M1內(nèi)主饋線／的故障率，可按公式(2—18)求取；厶l，i(2)為分塊M1內(nèi)負(fù)荷支路i上熔斷器的不可靠熔斷概率；AMl『f、A川，f分別為模塊M1內(nèi)負(fù)荷支路f上變壓器和支線路的故障率，由公式(2．12)計(jì)算；異卜，、異卜、

氣．。分別表示模塊M1內(nèi)主饋線、支線路變壓器、支線路的正常運(yùn)行時間概率，由公式(2．13)計(jì)算。對模塊M1中各負(fù)荷點(diǎn)可靠性進(jìn)行分析時，要考慮模塊中其它設(shè)備對該負(fù)荷點(diǎn)可靠性的影響，同時要考慮其他模塊對其影響，在考慮其它模塊時，需要根據(jù)配電網(wǎng)的接線形式進(jìn)行，一般可按照表達(dá)式(2．20)至(2．22)的形式進(jìn)行計(jì)算。k毋2k++B×％(2-20)％1∽2(1一‰。肌)×Ⅳ(2-21)％眥

‰明2贏@’22’

式中，九犯只為模塊A中各負(fù)荷的故障率，i=1，2；最為線路開關(guān)的故障概率；氣。。為負(fù)荷點(diǎn)成功運(yùn)行時間概率，可按照公式(2-23)和(2-24)計(jì)算得到，吃為線路中其它模塊修正后的成功運(yùn)行時間概率，餳表示線路斷路器或分段開關(guān)的停運(yùn)持續(xù)時間?！?。2允×．．．×吃吃_1一％≥2．5復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性算例分析

(2—23)‘2-24)2．5．1算例參數(shù)本節(jié)以圖2．7所示的配電網(wǎng)為例，完整的描述基于模塊等效法的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)22

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文計(jì)算過程。系統(tǒng)中，線路參數(shù)和各個元件的可靠性基礎(chǔ)參數(shù)分別如表2．10和表2—1l所不o：Bl—3門下

一議

＼D1

一6僑 LP4一U己 9 圖2．7典型配電網(wǎng)絡(luò)圖Fig．2-7Typicaldistributionne鉚orkdiagr鋤

表2．10系統(tǒng)可靠性參數(shù)一Tab．2-10Thereliabilit)，ofthesystempammeters(1)表2—11系統(tǒng)可靠性參數(shù)二Tab．2·llThereliabilityofthesystempararneters(2)

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2．5．2電路模塊化等效在圖2．7所示配電系統(tǒng)中，負(fù)荷點(diǎn)LPl和LP2在分段開關(guān)D1的上級，負(fù)荷點(diǎn)LP3和LP4在斷路器B2和D1之間，負(fù)荷點(diǎn)LP5和LP6處于配電網(wǎng)的最末端，與上級電路間由斷路器B2分開。因此，按照分段開關(guān)、斷路器以及負(fù)荷所處的位置，將復(fù)雜配電網(wǎng)劃分為三個子系統(tǒng)模塊，分塊結(jié)構(gòu)和等值電路如圖2．8和圖2．9所示。!Bl

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奉查圖2—8配電網(wǎng)子系統(tǒng)劃分Fig．2-8DistributionnetwOrkdiVision

／<B1A}D1BI

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lC圖2．9配電網(wǎng)的等值模塊圖Fig．2—9EquiValentmodulechanofthedistributiOnnetwork24

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文通過對上圖所示的典型的輻射型配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，我們可以詳細(xì)了解模塊化等值的G0法在配電網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)上節(jié)模塊化后的系統(tǒng)等值電路圖，可分析出A、B、C三個模塊間的影響關(guān)系：1)模塊A內(nèi)故障，考慮到熔斷器不可靠或者線路故障，斷路器B1會斷開，影響整個配電系統(tǒng)的可靠性；2)模塊B內(nèi)故障，分段開關(guān)D1會斷開，影響模塊C的可靠性，D1倒閘操作需要斷開B1，會影響模塊A的可靠性；3)模塊C內(nèi)故障，考慮到斷路器B2不能正常斷開時，需要D1斷開，會影響模塊B的可靠性，同樣D1倒閘操作，會影響模塊A的可靠性。2．5．3等效模塊可靠性指標(biāo)計(jì)算按照GO法的原則，將等值電路(圖2．9)中的模塊A展開，其余模塊不變，可得到如圖2．10所示展開模塊A后的GO圖，其中模塊B和C用等效模塊代替。圖2．10模塊A展開后的GO法分析模型Fig．2—10TheGOanalysismodelaRerthecommencementofthemoduleA根據(jù)圖2．10，可得出模塊A的故障率和正常運(yùn)行時間概率的計(jì)算公式分別為式(2—25)和式(2．26)。25

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文九=∑‰+∑％(2)×(九，，+h)(2-25)弓。2馬兄．螄×見兄。。吃?！?-26)式中，九為分塊A故障率；k，為模塊A內(nèi)主饋線j的故障率，可按公式(2—12)求?。恢?，i(2)為分塊A內(nèi)負(fù)荷支路i上熔斷器的不可靠熔斷概率；九p九。分別為模塊A內(nèi)負(fù)荷支路i上變壓器和支線路的故障率，由公式(2-12)計(jì)算；圪。。、弓腫、弓。分別表示模塊A內(nèi)主饋線、支線路變壓器、支線路的正常運(yùn)行時間概率，由公式(2．13)計(jì)算。同理，可求得模B和c的故障率九、k和正常運(yùn)行時間概率昂。、也。2．5．4負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)計(jì)算對模塊A中各負(fù)荷點(diǎn)可靠性進(jìn)行分析時，要考慮模塊A中其它設(shè)備對該負(fù)荷點(diǎn)可靠性的影響，同時還要考慮模塊B和C對其影響。在考慮B、C模塊時，按照圖2．10所示GO圖可得到模塊A中各負(fù)荷點(diǎn)的平均故障率、平均停運(yùn)時間和平均停運(yùn)持續(xù)時間的計(jì)算公式為式(2．27)～(2．29)。扎只2九+九+乞2×k(2·27)u刪=(1一弓。)×Ⅳ(2-28)％，：鱉旺(2．。29)2"‰2意式中，A舡只為模塊A中各負(fù)荷的故障率，i=1，2；名：為斷路器B2的故障概率；尼．北為負(fù)荷點(diǎn)成功運(yùn)行時間概率，計(jì)算公式為(2-30)～(2-32)，巧。、砬分別為模塊B，c修正后的成功運(yùn)行時間概率(分別為分段開關(guān)D1倒閘操作時間概率和斷路器B2的不可靠斷開操作時間概率)，餳。、％：分別為分段開關(guān)D1和斷路器B2的停運(yùn)持續(xù)時間。兄．讎2尼?！另恰另乔?。-l_九號砬-1-砧等

(2-30)(2-31)(2-32)

由上述的計(jì)算過程，同樣的，我們可以計(jì)算得到模塊B和模塊C中各負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)值。具體計(jì)算結(jié)果表2．12、2一】3所示：26

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文表2．12簡單配電網(wǎng)成功概率計(jì)算結(jié)果Thb．2-12Resultssuccessprobabilityofsimpledistributionnetwork耙．13簡單配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果7I’l山．2-13Theresultsofsimpleindicesofreliab訂ityofdistributionnetwork2．6本章小結(jié)本章通過對配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的描述，以及GO法用于配電網(wǎng)可靠性計(jì)算的原理，對簡單配電網(wǎng)各種運(yùn)行模式進(jìn)行了可靠性分析：通過對復(fù)雜配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析，提出了一27

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文種可將復(fù)雜配電網(wǎng)簡化的方法一等效模塊法，給出了等效模塊法計(jì)算配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的計(jì)算方法；通過等效模塊法對復(fù)雜配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，并與參考值對比，驗(yàn)證了本章所提方法的正確和有效性。28

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第三章含有分布式電源的配電網(wǎng)可靠性分析3．1引言近年來，隨著環(huán)境的不斷惡化和化石能源的消耗殆盡，引起了人們對可再生能源的青睞。應(yīng)用風(fēng)能、太陽能、生物能等可再生能源進(jìn)行發(fā)電，可以在一定程度上改善能源結(jié)構(gòu)，減少對環(huán)境的污染。然而這些新能源發(fā)電系統(tǒng)大部分都是以分布式電源(DistmutionGenerator，DG)的形式并入配電網(wǎng)，卻給電網(wǎng)的可靠性提出了新的挑戰(zhàn)。

DG接入配電網(wǎng)后，既可以提高配電網(wǎng)的可靠性，也可能帶來負(fù)面的影響，因此，配電網(wǎng)可靠性分析和接入DG后的配電網(wǎng)可靠性分析，對配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、以及配電網(wǎng)的改造都非常重要。在前兩章基于模塊化配電網(wǎng)等效模型及GO法計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，本章主要研究含有分布式電源的配電網(wǎng)可靠性分析的方法，并詳細(xì)介紹了分布式電源的接入對電力系統(tǒng)的影響，分析了含有分布式電源時孤島劃分方法，研究了接入分布式電源后配電網(wǎng)可靠性計(jì)算方法。3．2分布式電源接入對配電網(wǎng)可靠性影響的關(guān)鍵因素3．2．1分布式電源接入電網(wǎng)的方式DG接入系統(tǒng)方式主要有兩種，一種是并聯(lián)接入電網(wǎng)(圖3．1(a))，另一種是通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換(圖3．1(b))。在并聯(lián)接入電網(wǎng)方式中，DG機(jī)組和負(fù)荷與系統(tǒng)相互連通。當(dāng)DG機(jī)組發(fā)生故障，供電中斷時，系統(tǒng)為用戶提供電能，瞬時彌補(bǔ)負(fù)荷差，此時故障并不會對負(fù)荷的供電持續(xù)性造成影響。如果在正常情況下主要由系統(tǒng)為用戶提供電能，DG機(jī)組熱備用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，DG機(jī)組能瞬時承擔(dān)起負(fù)荷，也不會不影響負(fù)荷的供電持續(xù)性。而在聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換模式下，任何時刻DG和系統(tǒng)僅有一個與負(fù)荷相連，與負(fù)荷供電是一對一的關(guān)系，另外一個只是在聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換后，故障電源被替代后才運(yùn)行。此時，主電源(如系統(tǒng)電源)一旦停電，需要通過倒閘操作，將故障電源(系統(tǒng)電源)切除而投入備用電源(DG機(jī)組)，當(dāng)主電源為DG時，機(jī)組出現(xiàn)故障將進(jìn)行與上述相反的操作。因此，與不接DG機(jī)組的方式相比，聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換模式下也能明顯改善年平均停電時間而29

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文不會對年平均停電次數(shù)造成影響。但是相較于并聯(lián)運(yùn)行方式，切換模式的優(yōu)勢還是顯而易見的：一是切換模式的運(yùn)行方式簡單，設(shè)備數(shù)量少，所需要的控制回路清晰；二是DG運(yùn)行成本低，相比并聯(lián)運(yùn)行時的DG必須一直保持運(yùn)行，切換模式下的DG僅在需要時運(yùn)行，從而降低了燃料費(fèi)用與機(jī)組磨損等運(yùn)行維修費(fèi)用，并且并聯(lián)運(yùn)行時，必須增加保護(hù)隔離裝置將自身與發(fā)生故障的另一電源隔離。配電網(wǎng)

配電網(wǎng)(a)并聯(lián)接入電網(wǎng) (b)通過開關(guān)切換圖3—1DG接入系統(tǒng)萬式Fig．3·1DGaccesssystem3．2．2分布式電源接入點(diǎn)分布式電源并入電力系統(tǒng)的電壓等級一般是10kV-110kV。隨著電壓等級的不同，配電網(wǎng)的接線方式也不盡相同，因此分布式電源接入電力系統(tǒng)的方式也有所變化。在實(shí)際中，分布式電源接入電力系統(tǒng)有兩種基本形式：(1)通過分支饋線分散接入到低壓配網(wǎng)中的負(fù)荷點(diǎn)在這種接入方式下，分布式電源與負(fù)荷點(diǎn)之間所經(jīng)過的配電環(huán)節(jié)較少，這和遠(yuǎn)離供電中心的地區(qū)采用分布式電源作為供電電源的方式比較類似。在系統(tǒng)故障時，接有分布式電源的負(fù)荷點(diǎn)將不會受到系統(tǒng)故障的影響，若此時不考慮孤島形成等條件的限制時，可以有效提高系統(tǒng)的可靠性。這種接入方式的優(yōu)勢在于能夠充分發(fā)揮分布式電源的特點(diǎn)，如安裝靈活性和能源利用高效性等，缺點(diǎn)是配電系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)起來難度增大。此方式連接方式如圖3．2(a)所示(2)分布式電源集中接入到配電網(wǎng)的低壓側(cè)母線上分布式電源集中接入到低壓側(cè)母線上時，通過母線匯流，其功能與系統(tǒng)側(cè)電源相同。配電系統(tǒng)在發(fā)生故障而失去系統(tǒng)側(cè)電源時，分布式電源能夠瞬時彌補(bǔ)缺失的電能，從而30

太原理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文代替系統(tǒng)電源繼續(xù)向低壓側(cè)用戶供電。只是分布式電源的出力受諸多因素的影響，并不穩(wěn)定，所以分布式電源其所供電的對象負(fù)荷類型需要進(jìn)行優(yōu)選。這種方式對比于分散接入，可靠性提升的幅度不大，因?yàn)榈蛪簜?cè)出現(xiàn)故障，非故障區(qū)仍然可以通過分布式電源持續(xù)供電，但此方式下的調(diào)度方式的簡單性比起分散接入方式卻有著明顯的優(yōu)勢。此方式的連接方式如圖3．2(b)所示。1(a)DG通過饋線接入 (b)DG通過母線接入圖3．2配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和DG并網(wǎng)方式

F嘻3-2Thedistmutionne似orkstructureandDG黟id3．2．3分布式電源的運(yùn)行方式目前，國內(nèi)外所研究的DG運(yùn)行方式主要有3種：DG作為配電網(wǎng)的備用電源、配電網(wǎng)作為DG的后備電源，以及DG與配網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。3種方式各有特點(diǎn)，每種方式對配電網(wǎng)供電可靠性影響也都不盡相同。(1)DG作為配電網(wǎng)的備用電源在配電網(wǎng)系統(tǒng)電源故障使得供電中斷的情況下，將DG啟動，通過倒閘操作來轉(zhuǎn)移負(fù)荷到DG， DG繼續(xù)向負(fù)荷供電，而這時由啟動產(chǎn)生的波動對配電網(wǎng)可靠性產(chǎn)生了極大的影響。當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)電源故障消失后，再由DG轉(zhuǎn)為系統(tǒng)電源正常供電。在這種情況下，只要DG調(diào)度合理，便可以提高配電網(wǎng)的供電可靠性。但這種供電方式除非為了特殊重要負(fù)荷供電需要，一般不會大量的DG作為配電網(wǎng)的備用電源，經(jīng)濟(jì)性較差使得在電力市場的趨勢下難以發(fā)展。31

太原理工大學(xué)工學(xué)碩