微电网的可靠性分析

摘要：鉴于微电网自身的可靠性水平，微电网接入系统后，将对系统可靠性产生影响，所以，需对含有分布式电源的系统进行可靠性评估，建立各种类型的分布式电源可靠性评估模型；应突破传统系统可靠性评估的局限，研究多输入/多输出新型系统可靠性评估的算法。还需对微电网可靠性评价指标体系、微网的运行特性、运行方式、系统可靠性的机理影响、储能装置和分布式电源特性的可靠性建模等进行进一步研究。

关键词：微电网；可靠性评估；分布式电源；孤岛运行；评价指标

作者简介：卢国良（1974-），男，北京人，中国大唐集团公司，高级工程师。（北京 100032）

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0204-02

微电网，亦称微网，是由储能装置、分布式电源、转换能量装置、相关监控和负荷、保护装置汇集而成的系统，是能实现管理和保护、自我控制的自治系统，既可并网运行，亦可孤立运行。微网是相对于大电网的一个概念。美国、欧洲等对微网的定义也不大一样。

欧洲对微网的定义为：使用微型电源，利用一次能源，分为全控、不可控和部分可控三类，并可电、热、冷三联供；配备储能装置，并用电子装置调节能量。[1-3]

美国对微网的定义为：微网是一种由微电源和负荷共同组成的系统，微网内部电源主要由电子器件负责转换能量，并进行必要的控制；当微网与主网突然解列时，微网亦能够维持内部的电能供应，一直到排除故障。[1-3]

微网各元件技术参数及经济性尚处于研究试验阶段，是新型电力系统研究的重要内容。其综合了分布式发电、新型电力电子、储能和可再生能源等技术，其主要组成部分包括微电源（分布式电源）、储能装置、负荷和中心控制系统等[4]，具有自治、稳定、兼容、灵活的特点。微网有自治和并网两种方式，并网时可由内部分布式电源和外部电网联合对负荷供电，外部电网存在电能质量问题或出现故障时，可通过微网控制系统使微网与主网断开进行自治，即仅通过内部分布式电源向负荷供电，待故障解除后，微网将重新并网恢复运行。

微电网自身的可靠性水平及微电网接入系统后对系统可靠性影响等问题，已经引起广大电力科研人员的大力关注，但并没有进入实质性研究阶段，特别是有关微电网可靠性评估的研究，目前在国内外还很鲜见。一些文献对含微电网的系统可靠性评估进行了探索，下面对此作简要介绍。

一、含微电网的新型系统可靠性评估

随着微电网的接入，单电源辐射状电网转变成了遍布负荷和电源的新型电网，使电网辐射状的结构发生了变化，使电网潮流的不确定性增加了。同时，微电网中分布式电源的输出功率具有随机性和间歇性。这些问题对系统的运行和控制产生了一系列的影响，也给含微电网的系统可靠性评估带来巨大的挑战。因此，系统可靠性的评估理论与方法也将随之产生变革。本文对含微电网的系统可靠性评估的相关研究介绍如下：

1.分布式电源的可靠性评估模型

与传统电源相比，分布式发电具有一次能源多样性、接入位置和运行方式灵活、电源出力特性不同等特征，且风电、光伏等主要分布式电源具有明显的随机性、间歇性等特征。所以，含分布式电源的系统进行可靠性评估的首要问题就是对各种分布式电源进行建模。

针对风电、光伏等间歇、随机性分布式电源建模的研究较多。常用方法是将分布式电源等效为常规电源进行处理，建立分布式电源的多状态概率模型。实际风电机组、光伏电池的出力随风速、日照强度等因素实时变化，幅值从零到额定值之间不断随机变化。通过多状态概率模型将出力连续变化的风电机组等效为离散的多状态发电机模型，以便于利用模拟法或解析法计算系统可靠性指标。同样地，可应用该思想建立计及控制策略的储能设备可靠性模型。

2.分布式电源孤岛划分

当主网安全稳定运行需要或发生故障时，微网将进入孤岛状态，该模式将对孤岛内各负荷点供电可靠性产生重大影响，但是孤岛的划分需考虑负荷的不确定性、分布式电源功率输出的随机性以及保护配置等影响因素。

孤岛划分策略不能仅简单地考虑微电网中分布式电源与负荷的功率平衡，实际上，孤岛运行中还需考虑微电源功率捕捉技术、控制技术、运行状态的平滑过渡、电源出力随机性等因素。

3.负荷及元件可靠性参数的不确定性

负荷的特性会对可靠性的评估产生重要影响，可靠性评估一般将负荷处理成定值，取尖峰负荷或平均负荷；元件的可靠性参数也常根据函数的分布取相应的期望值。分布式电源并网后，确定性的元件参数和负荷将不能适应分布式电源的动态特性，特别是在孤岛方式情况下，负荷特性的研究将对孤岛安全运行特别重要。现在研究中，对负荷的波动，大部分使用启发式的预测或统计学或方法进行处理，依赖于负荷的历史数据。随着智能电网及微网技术的进步，电网与负荷的互动将更加紧密，也更加容易实时采集信息，此情况下，负荷建模也将发生新变化。

通常，上述分布式电源的可靠性模型、储能设备的可靠性模型、孤岛划分策略、负荷及电源出力的相关性和随机性等关键问题解决后，即可应用传统电网可靠性评估方法，如；故障模式后果分析法、故障扩散法、分块法等，进行微电网可靠性评估。

二、微电网的可靠性评估需要解决的主要问题

微电网中分布式电源的输出功率具有随机性和间歇性，含微网的新型系统具有双向潮流，微网可根据需要平滑切换于不同运行方式。此问题将对含微网的系统可靠性评估带来很大困难。所以，微网可靠性评估亟需在现有研究基础上，对如下问题进行深入研究：

1.微电网可靠性评价指标体系

目前，尚无针对微电网可靠性评估的指标体系。原有可靠性评估指标不能对微网可靠性的影响及运行特性进行定量评估和深入刻画。

2.微电网的运行特性、运行方式对系统可靠性的机理影响

含微网的新型系统包含多种能源转换单元和多种能源输入，且有多种运行方式。微网的运行特性既与其内部储能系统运行特性紧密相关，也与其内部负荷特性及分布电源特性有关，还与外网相互作用相关。此种相互作用将直接影响微网的运行可靠性。

3.储能装置和分布式发电运行特性的可靠性建模

随着储能技术的深入开发，不同储能技术的采用，对分布式电源功率输出特性的影响较大。这将改变微电网的运行方式和调度策略，进而影响微电网可靠性性能。

4.多电源系统可靠性评估的精确高效模型和算法

微网的接入将传统单电源辐射状电网变成了遍布负荷和电源的新型系统。微网的可靠性评估须打破以往系统可靠性评估的限制，研究多输入/多输出新型系统可靠性评估的算法，实现对含微电网的新型系统可靠性的合理评估。

三、结语

微电网作为一个整体的可靠性及微电网接入系统后对系统可靠性影响等问题，尤其是关于微电网自身可靠性评估的研究和实践，目前在国内外还很鲜见，应引起电力科研工作者的密切关注。

参考文献：

[1]鲁宗相，王彩霞，阂勇，等.微电网研究综述[J].电力系统自动化，2007，31（19）：100-107.

[2]解翔，袁越，李振杰.含微电网的新型电网供电可靠性分析[J].电力系统自动化，2011，35（9）：67-72.

[3]别朝红，李更丰，王锡凡.含微电网的新型系统可靠性评估综述[J].电力自动化设备，2011，31（1）：1-6.

[4]马溪原，吴耀文，方华亮，等.基于可靠性评估的微电网配置方法[J].电力系统自动化，2011，35（9）：73-77.

[5]陈超金.含微电网的系统可靠性分析[J].广东电力，2010，23（9）：

47-49.

[6]国家电力监督委员会电力可靠性管理中心.电力可靠性技术与管理培训教材[M].北京：中国电力出版社，2007.

[7]丘昌涛.电力系统可靠性[M].武汉：华中理工大学出版社，1992.

[8]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京：清华大学出版社，2003.