含微電網(wǎng)的新型配電網(wǎng)供電可靠性分析

胡菊香

【摘要】為了滿足不斷增長(zhǎng)的電力需求，電網(wǎng)的規(guī)模隨之?dāng)U大，在推動(dòng)供電量增大的同時(shí)，超大規(guī)模電網(wǎng)的弊端也逐漸凸顯出來(lái)，不僅投資巨大，而且對(duì)于故障的抵抗能力也相對(duì)較差，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，造成的影響和后果都是十分嚴(yán)重的。在這種情況下，為了對(duì)電力生產(chǎn)以及傳輸?shù)某杀具M(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，利用分布式電源，組建微電網(wǎng)，成為解決上述問(wèn)題的主要方式之一。將微電網(wǎng)作為一個(gè)整體進(jìn)行相應(yīng)的管理和控制，通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)分布式電源的協(xié)調(diào)，能夠有效削弱單個(gè)電源對(duì)于配電網(wǎng)整體的負(fù)面影響，提升供電的可靠性和安全性。

【關(guān)鍵詞】微電網(wǎng)；新型配電；可靠性

1、微電網(wǎng)的概念和特點(diǎn)

微電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中一個(gè)全新的概念，是在當(dāng)前新的發(fā)展形勢(shì)下，在供電可靠性需求的帶動(dòng)下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，是一種綜合了分布式電源技術(shù)、電力電子技術(shù)、可再生能源技術(shù)等的小型配電網(wǎng)絡(luò)，主要組成部分包括分布式電源（也稱微源）、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷以及管理系統(tǒng)。在實(shí)際操作中，微電網(wǎng)主要是以某一個(gè)區(qū)域?yàn)閷?duì)象，將存在于區(qū)域范圍內(nèi)的分布式電源和用電負(fù)荷通過(guò)一定的方式進(jìn)行連接，構(gòu)成一個(gè)小型的配電網(wǎng)絡(luò)，以管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理和控制，對(duì)外則表現(xiàn)為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的整體，電力系統(tǒng)由無(wú)數(shù)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的微電網(wǎng)構(gòu)成。在這種情況下，當(dāng)微電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者負(fù)荷容量出現(xiàn)變化時(shí)，根據(jù)管理系統(tǒng)采集到的信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的調(diào)節(jié)和控制，從而保證配電網(wǎng)供電的可靠性、靈活性和穩(wěn)定性。不僅如此，在微電網(wǎng)中，還可以運(yùn)用可再生能源，在一定程度上減少電網(wǎng)的備用容量，因此與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)故障和安全事故時(shí)，僅僅會(huì)對(duì)其所處的微電網(wǎng)造成影響，對(duì)于大電網(wǎng)的影響極小，能夠有效保證供電的可靠性。

微電網(wǎng)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是在電網(wǎng)內(nèi)部，各種管理裝置包括電壓控制器、能量管理器等，對(duì)于微網(wǎng)的運(yùn)行起著相應(yīng)的控制作用，從而保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行；二是對(duì)外的獨(dú)立性和統(tǒng)一性，在實(shí)際運(yùn)用中，微電網(wǎng)存在著聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種方式。正常情況下，微電網(wǎng)處于聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同微網(wǎng)之間功率的雙向流動(dòng)；而一旦大電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，供電質(zhì)量無(wú)法滿足電力用戶的實(shí)際需求，則微電網(wǎng)能夠通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的分離，實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行，從而保證自身供電的可靠性。在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，通過(guò)對(duì)分布式電源的協(xié)調(diào)和控制，可以保證電壓以及頻率的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)重要負(fù)荷的正常供電。而在大電網(wǎng)恢復(fù)正常后，微網(wǎng)可以重新實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；三是微電網(wǎng)可以直接獨(dú)立接入到大電網(wǎng)中，也可以通過(guò)嵌套的方式，與其他相互連接。通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，可以將一個(gè)微網(wǎng)分解成多個(gè)孤島，每一個(gè)孤島都具備獨(dú)立運(yùn)行的能力，也可以將多個(gè)微網(wǎng)分裂為多層孤島。對(duì)于大電網(wǎng)而言，可以將微電網(wǎng)看做是一個(gè)負(fù)荷，也可以將其看做一個(gè)電源。

2、含微電網(wǎng)的新型配電網(wǎng)供電可靠性分析

2.1供電可靠性

簡(jiǎn)單來(lái)講，配電網(wǎng)供電的可靠性，是指在保證電能質(zhì)量的前提下，配網(wǎng)對(duì)于電能傳輸和分配的連續(xù)性和穩(wěn)定性能夠滿足電力用戶的實(shí)際需要。對(duì)于用戶而言，可以將其理解為希望無(wú)論在何種情況下，電力系統(tǒng)都不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題和故障，都能夠連續(xù)且充足地供給具備正常電壓以及頻率的電力能源。在配網(wǎng)運(yùn)行中，影響其供電可靠性的因素是多種多樣的，應(yīng)該得到電力工作人員的重視，做好配電網(wǎng)供電可靠性的評(píng)估工作。

2.2可靠性評(píng)估指標(biāo)

與常規(guī)電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)的運(yùn)行方式是非常靈活的，這也使得供電可靠性的評(píng)估變得更加困難。通常情況下，對(duì)于配網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行評(píng)估的質(zhì)量，分為負(fù)荷型指標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)，前者主要包括年停電頻率、負(fù)荷點(diǎn)年平均停電時(shí)間、平均停電持續(xù)時(shí)間等；后者則包括系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)（SAIFI）、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)（SAIDI）、用戶平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)（CAIDI）、平均供電可用率指標(biāo)（ASAI）以及期望缺供電量（EENS）、平均負(fù)荷不可靠性指標(biāo)（ASUI）等。

在對(duì)含微電網(wǎng)的新型配電網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行評(píng)估時(shí)，考慮到微電網(wǎng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)，在其聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，將配網(wǎng)看做一個(gè)統(tǒng)一的整體，而當(dāng)其孤島運(yùn)行時(shí)，則將微電網(wǎng)與配電網(wǎng)分別考慮，將相關(guān)數(shù)據(jù)綜合起來(lái)，得到總的系統(tǒng)指標(biāo)。而在特定情況下，也可以將微電網(wǎng)看做是一個(gè)小系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的可靠性評(píng)估，以對(duì)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行的可靠性進(jìn)行分析和衡量。

2.3算例分析

以IEEE RBTS-Bus6配電網(wǎng)為例，對(duì)其供電可靠性進(jìn)行分析。在該配電系統(tǒng)中，存在有4條主饋線、64條線路、46個(gè)節(jié)點(diǎn)、40個(gè)負(fù)荷點(diǎn)、40個(gè)熔斷器以及38個(gè)用戶端變壓器。其中11kV線路的故障率為0.065，采用常規(guī)手段，需要5h的時(shí)間進(jìn)行修復(fù)；33kV線路故障率0.046，采用常規(guī)手段，需要8h的時(shí)間進(jìn)行修復(fù)；變壓器故障率0.015，采用常規(guī)手段，需要200h的時(shí)間進(jìn)行修復(fù)；隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間為1h，重構(gòu)過(guò)程約1.5h。在系統(tǒng)中加入微電網(wǎng)，假定微電網(wǎng)內(nèi)部的線路以及連接饋線上所有的故障都會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行，并按照相關(guān)研究結(jié)果，將孤島失效率設(shè)置為0.3。則在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，為了提升結(jié)果的準(zhǔn)確性和直觀性，忽略分支線路上的變壓器故障，同時(shí)僅僅針對(duì)中壓配網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)的可靠性進(jìn)行分析。

在40個(gè)負(fù)荷點(diǎn)上，逐一加上容量為2.5MW的微電網(wǎng)，對(duì)微電網(wǎng)加裝前后配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的變化進(jìn)行計(jì)算?？紤]到饋線F1與F2中的微電網(wǎng)對(duì)于饋線F4上的負(fù)荷并不存在任何影響，為了保證結(jié)果的直觀性，便于進(jìn)行分析，將存在于饋線F4上的負(fù)荷設(shè)定為左半系統(tǒng)，其余為右半系統(tǒng)。加裝微電網(wǎng)后，不同負(fù)荷點(diǎn)中的可靠性指標(biāo)存在著不同的變化。這里選擇EENS指標(biāo)，進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比分析。

為了方便對(duì)EENS指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估和考核，在4條饋線上，分別選擇負(fù)荷點(diǎn)6、13、15、33，對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行架設(shè)。然后對(duì)架設(shè)微電網(wǎng)后的新的配電網(wǎng)系系統(tǒng)進(jìn)行可靠性指標(biāo)的計(jì)算，對(duì)不同發(fā)載比（RGL）下系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.4結(jié)果分析

（1）在配網(wǎng)中應(yīng)用微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以改善用戶可靠性指標(biāo)，降低一般故障以及自然災(zāi)害對(duì)于用戶的影響。

（2）可以對(duì)部分非微電網(wǎng)用戶的供電可靠性進(jìn)行改善，由于必須等待故障隔離，因此僅限于停電時(shí)間指標(biāo)。

（3）發(fā)載比越大，可靠性的提升越多，不過(guò)過(guò)大的發(fā)載比會(huì)影響微電網(wǎng)并網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致微電網(wǎng)建設(shè)成本的增大。

（4）將多個(gè)用戶負(fù)荷點(diǎn)組建成相應(yīng)的微電網(wǎng)，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)的可靠性進(jìn)行顯著改善。微電網(wǎng)距離重構(gòu)線路越近，則越能夠有效降低線路重構(gòu)的難度，網(wǎng)外用戶離微電網(wǎng)越遠(yuǎn)，得到的改善效果越差或者基本沒(méi)有改善。

（5）當(dāng)前，國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)于配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)有著非常明確的要求，在微電網(wǎng)加入后，可以顯著提升配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)有著足夠的裕度，可以安排更多的計(jì)劃停電檢修，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3、結(jié)語(yǔ)

總而言之，微電網(wǎng)憑借其自身先進(jìn)且智能化的技術(shù)體系與設(shè)備，可以極大地改善用戶和配電系統(tǒng)的供電可靠性，強(qiáng)化電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)故障和抵御自然災(zāi)害的能力。因此，含微電網(wǎng)的新型配電網(wǎng)在可靠性方面較傳統(tǒng)配電網(wǎng)更高，可以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少故障和隱患對(duì)于大電網(wǎng)的影響。雖然在實(shí)際應(yīng)用中，部分功能受技術(shù)條件的限制暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但是相信伴隨著電力科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)必然會(huì)得到廣泛的應(yīng)用和普及。