分布式光伏接入对配电网可靠性影响的快速评估方法

李志勇

摘要：配电系统作为电力系统的终端环节，其供电可靠程度与广大电力用户的生产生活息息相关。同时，随着能源危机和环境污染的日益严重，分布式光伏发电技术因其来源广泛、绿色清洁等优势获得了世界各国的广泛关注。然而，随着大量分布式光伏电源的接入，传统配电网的拓扑结构和潮流运行都会发生很大的变化，并且其不同的运行配置情况也会对配电网可靠性产生不同的影响。

关键词：分布式光伏接入；配电网可靠性影响；快速评估方法；

前言：需要对分布式光伏电源接入配电网后的运行可靠性进行准确的评估和分析，为配电系统未来规划建设提供一定的理论依据，从而促进分布式光伏产业的快速发展。

一、国内含分布式电源配电网可靠性研究现状

我国对配电网可靠性评估工作的开展 始于 20 世纪 80 年代初，由于缺乏可靠性的原始统计数据和 效的可靠性分析方法，评估工作进展比较缓慢。 经过 20 多年的发展，我国对配电网可靠性评估分析的研究已取得一些显著的成果。解析法是在考虑配电网元件故障概率的基础上，分析预想故障事件造成的后果，建立系统可靠性数学模型，计算出负荷点和系统的可靠性指标。在网络比较简单，规模比较小的情况下，采用解析法可以计算出比较精确的可靠性指标。 解析法主要包括状态空间法和网络法 。状态空间法是建立在求解状态空间模型基础之上的，一般是基于马尔科夫过程，对系统可能出现的状态计算状态频率和概率，然后依据之前设定的故障判据进行故障后果分析，将状态分类并计算系统的可靠性指标。当遇到隔离开关或到达线路末端便终止该方向的扩散。该方法根据故障元件对负荷点停运时间的影响，首先枚举一故障事件，然后前向搜索断路器，再采用扩散法确定隔离开关的动作并形成各分块子系统，依据子系统是否有电源、是否有切换开关，最后进行可靠性评估。对于系统结构很复杂的配电网可靠性评估，由于复杂的向上和向下等效过程，使得其可靠性评估效率较低。

二、分布式光伏对配电网可靠性影响程度分析

分布式光伏的接入方式可以分为集中接入和分散接入。其中，集中接入方式根据接入位置不同又可以分为集中接入变电站母线和集中接入馈线，分散接入一般指分散接入馈线。当分布式光伏采用集中接入变电站母线的接入方式时，其作用等同于给配电网主电源增加一部分容量，对配电网的可靠性几乎无影响，因此主要分析分布式光伏集中接入馈线和分散接入馈线对配电网供电可靠性的影响。采用分布式光伏作为主电源备用的运行方式时，分布式光伏等效于一个以随机概率提供可转供路径的后备电源。当其能够提供有效出力并在电网故障后以孤岛方式运行时，可将分布式光伏孤岛内的部分负荷点的故障停电时间从无分布式光伏接入时所需的元件故障修复时间缩短为故障上游恢复供电时间或转供时间，这将提升系统的供电可靠性。受影响的负荷点的数量取决于故障发生的位置以及分布式光伏可供电的孤岛范围，因此，分布式光伏的接入容量、位置和方式将会影响其对系统供电可靠性的改善程度。因此分布式光伏的接入方式、位置和容量均会影响配电网的供电可靠性。

三、分布式光伏接入对配电网可靠性影响的快速评估方法

1.配电网可靠性指标。在进行可靠性评估时，可通过计算可靠性指标来定量反应系统的可靠性，一般采用多个可靠性指标从多个侧面来反应系统的可靠性水平。考虑到元件故障、负荷性能和系统性能的概率特征，基于概率的可靠性评估指标被广泛采用并得到不断发展。涉及配电网可靠性评估的指标有元件可靠性参数、负荷点可靠性指标和系统可靠性指标。元件可靠性参数是描述元件可靠性性能的重要指标，也是进行系统可靠性评估的基础，一般通过统计分析得到。负荷点可靠性指标负荷点可靠性指标反映了对某负荷点连续供电的可靠性程度，主要有平均故障率、平均故障修复时间和平均停运时间，它们都是一种概率指标，反应在某种概率分布下的期望值。由于负荷点与电源间的所有元件呈串联关系，因此负荷点能正常供电的条件是它们间的所有元件都正常运行。对配电网的可靠性评估分析，只有负荷点的可靠性指标不能完全反应出整个系统的可靠性水平，还需要建立系统的可靠性指标，目前描述配电网可靠性水平的常用可靠性指标有系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、用户平均停电持续时间、平均供电可用率和电量不足期望。

2.分层区域的配电网可靠性评估模型。在配电网中，任一元件的故障可能导致所枚举的负荷点停运，也可能不会影响其正常运行。如果元件故障导致所枚举的负荷点停运，则停运负荷点的停运时间有且仅有三种类型，即故障修复时间、故障隔离时间，隔离开关的操作时间加联络开关的切换时间。因此，可根据元件故障对所枚举的负荷点可靠性影响的不同，将配电网划分为负荷点的修复域、隔离域、隔离切换域和零域，现分别定义如下：修复域：配电网某些区域的元件故障将导致负荷点停运时间为故障元件的修复时间，则这些区域称为修复域。隔离域：配电网某些区域的元件故障将导致负荷点停运时间为故障隔离时间，则这些区域称为隔离域，用。隔离切换域：配电网某些区域的元件故障将导致负荷点停运时间为故障隔离时间加相邻馈线联络开关切换时间，则这些区域称为隔离切换域，零域：配电网某些区域的元件故障不会影响到负荷点的正常运行，则这些区域称为零域。在断路器或熔断器拒动的情况下，负荷点的零域会转变成修复域或隔离域或隔离切换域，假设断路器或熔断器在其保护区域范围内元件故障时拒动，且其上级断路器也同时拒动，而必须由更上级断路器动作切除故障，则在此情况下按前述定义所得到的配电网区域划分，称为负荷点的第三层修复域、隔离域、隔离切换域和零域 。按此划分，可继续得到负荷点的第四层 、第五层等 层的 区域划分，但考虑到连续两级保护断路器和熔断器同时拒 动的概率很小，因此本文算例分析只考虑至负荷点的第二层区域划分，如果要做更高层的区域划分，采用上述思想也能完全实现。

3.分布式发电方法。太阳能光伏发电是一种将太阳能转换成电能的发电装置。光伏发电的总转换效率大约为25%，投资成本高，功率输出具有很强的随机性和间歇性，夜晚功率输出为零，稳定性和可控性差。风力发电是一种将风能转换成电能的发电方式。风力发电总转换效率大约为30%，功率输出也具有很强的随机性和间歇性，稳定性和可控性差，经济指标逐渐接近清洁煤发电。微型燃汽轮机是以天燃气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型汽轮机。微型燃汽轮机的发电效率可达30%，功率输出较恒定且可调，具有很好的稳定性和可控性。燃料电池的工作原理是含氢的燃料与空气中的氧气结合生成水，氢氧离子定向移动在外电路形成电流，将化学能转换成电能。燃料电池的转换效率可达80%—95%，综合利用效率可达60%—80%，跟踪负荷变化的速度很快，适应负荷变化的能力很强，稳定性和可控性很好。除上面介绍的4 种常见的分布式发电外，还有储能电池、小水电站、生物质能发电、海洋潮汐发电、垃圾发电等。

结束语：为了快速量化评估分布式光伏接入对配电网可靠性的影响，提出了分布式光伏对配电网的贡献因子这一指标。并在简单辐射状配电网中验证了这一指标的有效性，说明了这是比“接入点距离主电源的远近”更为准确和易量化的指标。对于包含简单辐射状网络结构的配电网，不同的分布式光伏接入方案均可通过贡献因子进行快速评估，分布式光伏对配电网的贡献因子越大，对系统的供电可靠性提升越大。

参考文献：

1万翔．配电网可靠性评估的网络等值法模型研究［J］．中国电机工程学报，2021，23（5）： 48-52．

2葛鸣．基于系统状态转移抽样的含分布式电源配电网可靠性评估［J］．电力系统自动化，2019，37（2）： 28-35．