微网及主动配电系统可靠性评估方法研究

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微电网和主动配电系统是消纳可再生分布式电源的两种有效形式。微电网集成可再生能源和负荷实现某一特定目标的局部区域自治运行,主动配电系统则兼容大规模可再生能源和微网实现兼顾局部区域自治的全局优化运行。这类新型配电系统具有许多区别于传统配电系统的新特征,主要包括间歇性可再生分布式电源的功率波动性、储能荷电状态的时序相关性、用户的互动性以及故障后孤岛运行方式与运行策略的灵活性,还有保护与控制系统的复杂性等。这些新的特征加剧了故障影响分析过程的复杂性,配电系统可靠性评估变得困难。本文在传统配电系统可靠性评估方法基础上,结合微网和主动配电系统特点展开可靠性评估方法研究,提出了三种适用于不同应用场景的可靠性评估方法,可以从不同角度对系统的可靠性进行定量评估与研究。论文主要工作如下:(1)针对传统的复杂配电系统,提出改进的网络等值方法和基于故障影响矩阵的可靠性分析方法。首先定义区域节点概念并在保证准确性的前提下对复杂网络进行两级简化处理。随后定义区域节点邻接矩阵、故障影响模式矩阵以及故障影响参数矩阵,基于矩阵运算得到负荷区域节点的可靠性指标,并以此为基础计算得到馈线和系统可靠性指标。方法全面考虑了各种开关故障和自动开关拒动的影响,采用简洁的数学形式来分析实际工程问题,易于编程实现。(2)针对风光等间歇性分布式能源发电出力的波动性,提出一种以解析-模拟混合计算为核心的微电网孤岛运行可靠性快速概率评估方法。采用拉丁超立方抽样结合Choleskey分解法建立分布式电源与负荷功率相关性模型,并以此为基础计算微电网孤岛失负荷概率指标。采用实际的短时孤岛切负荷策略,基于几何分布模型推导了可靠性指标的解析计算公式并得到微电网负荷点停电时间概率分布,从而可快速综合计算出负荷点和微电网系统可靠性指标。算例分析表明该方法可准确计及孤岛期间源荷波动性,有效避免了因忽视孤岛源荷功率波动性导致负荷点停电次数计算指标偏于乐观的问题,在相同的计算精度下相比蒙特卡洛仿真方法其计算更为快速。采用的负荷切除后即不再投入的策略避免了负荷点频繁投切带来的不良影响,更符合工程应用实际。(3)针对含有大容量储能且具备一定孤岛平衡能力的微电网,集成序贯拉丁超立方抽样技术和孤岛调度策略,提出一种高效准确的微电网可靠性评估算法。建立了改进的实用孤岛全局优化调度模型,考虑了孤岛负荷削减频次约束和负荷持续运行时间约束,能避免负荷点频繁投切和短时间歇运行带来的不良影响。采用序贯拉丁超立方抽样技术获取系统故障状态,并将改进的孤岛全局优化调度模型融入孤岛状态评估过程中,得到了负荷点和微电网系统可靠性指标。算例分析表明所提出的改进孤岛全局优化调度策略在兼顾经济性的前提下提高了系统供电可靠性,有利于保障用户设备安全和提升用户满意度。与采用随机抽样的仿真评估方法相比较,本文采用的序贯拉丁超立方抽样技术可大幅度减少仿真计算时间。(4)针对集成了多个微网的主动配电系统,提出基于实用协调优化调度策略的可靠性蒙特卡洛仿真评估方法。首先提出了适应主动管理的断路器与微电网联络线配置方案,将主动配电系统故障隔离后的孤岛运行模式划分为简单孤岛和联合孤岛两种类型。针对联合孤岛提出了改进的集中协调和分层协调两种优化调度策略。在抽样得到系统故障状态后,采用论文提出的基于故障影响矩阵的复杂配电网可靠性评估方法对系统状态进行初步评估,快速确定各区域运行模式及模式持续时间。随后在联合孤岛可靠性仿真分析中融入协调优化调度策略。算例分析表明,所提出的断路器和微网联络线配置方案都可显著提高区域供电可靠性。主动配电系统采用集中协调调度策略实现联合孤岛运行可有效提升系统整体可靠性,且其综合提升效果优于分层协调调度策略。分层协调调度策略的特点是可以优先满足自治区域内的可靠性需求。论文研究工作和成果有助于正确评估微网及主动配电系统可靠性,可作为微电网和主动配电系统规划与运行的依据,推动了分布式电源接入配电系统。
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