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1、 絮蒜学电力自动化设备E l e c t r i cP o w e rA u t o m a t i o nE q u i p m e n tV 0 1 3 3N o 5M a v2 0 1 3考虑光伏D G 孤岛续航能力的配电网可靠性评估伍言1，一，刘俊勇1,2 向月1,2，刘友波1 一，杨嘉浞3，王卓3(1 四川大学电气信息学院，四川成都6 1 0 0 6 5；2 四川大学智能电网四川省重点实验室，四川成都6 1 0 0 6 5；3 四川省电力公司四川成都6 1 0 0 6 1)摘要：通过构造受天气及时间影响的光伏D G 功率输出模型仿真分析了孤岛状态下光伏D G 对负荷的支撑能力。根据影
2、响孤岛系统可靠性的因素提出了最优孤岛划分算法。对传统最小路法进行改进使其适用于含光伏D G 的配电网可靠性指标计算。通过算例分析证明了光伏D G 能够改善配电网可靠性其改善程度具有季节性变化并提出了按季节调整孤岛范围的孤岛优化运行方案算例结果表明该方案能够最大限度地发挥光伏D G 效能提高配电网可靠性。关键词：光伏电源；分布式发电；孤岛；配电网；可靠性；季节性特征中图分类号：T M7 3 2文献标识码：AD O I：1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 6 6 0 4 7 2 0 1 3 0 5 0 2 00 引言光伏(P V)发电是公认的最具发展潜力的可再生能源技术 1-2
3、Z。光伏系统与建筑相结合，标志着光伏发电由边远地区和特殊应用向城市过渡由集中电站向分布式供电模式过渡：r 具有更为广阔的应用前景。城市中的用户安装了光伏D G 后当光伏发电量超过其本身负荷需求时即对外整体呈发电特性当系统侧电源或上级馈线发生故障这些用户可以脱离主配电网独立运行并与周围负荷组成孤岛继续向岛内负荷供电门：提高岛内负荷的供电可靠性。已有许多学者深入研究了D G 接入对配电网可靠性的影响1 4-m：。文献5 提出了以等值有效负荷最大为目标的孤岛划分方法并对传统最小路法进行改进使之适用于对含D G 的配电网进行可靠性指标计算。该文献的研究对象为传统恒功率D G 没有考虑包括光伏D G 在
4、内的不可调度D G 对于可靠性的影响。文献6 利用简化网络得到区域元件故障影响表基于序贯蒙特卡洛仿真法研究了D G 的随机功率输出、设备运行与故障状态以及负荷的随机容量对系统可靠性的影响。文献7 提出了含D G 区域节点的网络划分方法分析了不同故障类型对配电网可靠性的影响。并网D G 主要通过孤岛运行改善配电网可靠性而上述文献均未对孤岛运行过程中电力供需的动态变化进行深入分析。文献8 建立了时变负荷模型利用蒙特卡洛法研究了孤岛运行可靠性但没有从全局角度分析D G 对于配电网的影响。文献9 通过分析风电功率随机输出特性和支网络收稿日期：2 0 1 l 一1】一0 8：修回日期：2 0 1 3 0
5、 2 1 7基金项目：国家自然科学基金资助项目(5 0 9 7 7 0 5 9)；中欧中小企业节能减排科研合作资金项目(S 0 2 0 1 1 Z O F 0 0 0 0 0 4 1P r o i e c ts u p p o s e db yt h eN a t i o n a lN a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a(5 0 9 7 7 0 5 9)a n dS c i e n t i f i cC o l l a b o r a t i o nF o u n d a t i o no fE n e r g y S
6、 a v i n ga n dE m i s s i o n R e d u c i n go fS m a l la n dM e d i u m s i z e dE n t e r p r i s e si nS i n o E u r o p e a n(S 0 2 0 11 Z O F 0 0 0 0 0 4)故障特性计算D G 供电范围内负荷的可靠性指标。虽然光伏电源输出同样受天气影响具有一定随机性但也随时间具有确定性变化规律。本文通过构造受天气及时间影响的光伏D G 功率输出模型仿真分析了孤岛状态下D G 对负荷的支撑能力根据影响孤岛系统可靠性的因素提出了最优孤岛划分算法，并对传
7、统最小路法进行改进使其适用于含光伏D G 的配电网可靠性指标计算。1光伏D G 孤岛续航能力分析1 1影响孤岛系统可靠性的因素在孤岛运行过程中，有功、无功以及频率、电压控制仅由D G 提供而光伏电源不可调度且不具有传统集中供电电源具有的转动惯量和过载能力E 83 无法随负荷需求的变化而变化故会导致岛内负荷供电的中断虽然储能电池的引人能够在一定程度上改善D G 的输出并在D G 出力不足时暂时满足负荷的需要但储能电池自身的容量限制使其无法完全保证孤岛的可靠运行。此外受本身输出特性影响由光伏D G 供电的孤岛具有某些特殊的运行特点影响其可靠性的因素如下。a 孤岛形成的时刻。例如1 9：0 0 到2
8、 2：0 0 居民与商业负荷达到一天中的最大值而此时光伏电源没有功率输出负荷仅能由储能电池供电孤岛发生故障的可能性较高。b 气候及天气状况。主要影响D G 功率输出。c 负荷随机波动。d D G 功率曲线与负荷特性曲线的相似性。二者的变化规律越接近系统的可靠性越高。e 储能电池的容量及所能提供的最大功率。f 孤岛内设备和D G 的可靠性指标。为了仿真分析孤岛系统的续航能力需要建立能够反映光伏D G 特性的功率输出模型。万方数据第5 期伍言，等：考虑光伏D G 孤岛续航能力的配电网可靠性评估。_!。l _-_ l _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。_ _ _ _
9、 _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _-_ _-_ _ _ _ _ _ _ _ _ _。!_，。_ _ l _-l _-_ _ _ _-l _ _ _ _ _。_ _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _-一I-。_!兰1 2 光伏电源功率输出模型9 0光伏发电的控制采用最大功率点跟踪(M P P T)=1 1控制策略光伏发电的输出功率直接决定于光照强度而光照强度在一天中随着时间和天气等因素的变化不是一个稳定值所以光伏发电的输出功率是随着光照强度的变化而波动的k。光照强度的不确定性主要源于天气变化的随机性因
10、此可以假设如果能够确定天气状况便可以确定一天内光照强度随时间的变化规律在已知光伏电池光电转换效率的情况下可以进一步确定光伏电源在任意时刻的输出功率。对光伏D G 功率输出随机特性的建模在一定程度上即是对天气变化状况的建模。基于上述分析，本文建立如下功率输出模型：P(t)=训(t)只。(f)(1)其中()为天气影响因子它代表光伏D G 在t 时刻受天气影响的功率输出与典型日晴天条件下该时刻功率输H ，(f)的比值。天气状况为晴、多云、阴、雨时，叫的取值分别为W l、加，、埘，、W。，当天气状况发生变化，W 的取值也随之在W I、彬：、W，、W。问变动。以四状态马尔科夫链描述时间间隔为O 5h 的
11、天气变化情况如图1 所示。尹坠耄摄：n 3 l，二：可蛳崔錾-曼由图1 天气状态转移模型F i g 1W e a t h e rs t a t et r a n s i t i o nm o d e l图l 中，形。、形：、形。、形。分别表示天气状况为晴、多云、阴、雨，劬为天气形。到天气形，的转移率，即0 5h 前后天气状况由形。转变为肜，的概率，其值可以由观测或统计数据得到由于光伏电源的输出功率直接取决于光伏电池的短路电流和二极管饱和电流，而它们均与温度有关，当天气状况发生变化温度无法随光照强度的改变而立即改变故t 时刻天气对光伏输出的影响应计及前一时段(即0 5h 前)的天气状况。训(t)
12、的修正式为：训(f)：丛生每幽(2)Z其中，w(t)为不计前一时段天气状况影响时叫(t)的取值；t i。为一个时段的长度，取为0 5h。由于光照强度不同各季节条件下光伏电源的典型功率输出曲线也不同。本文根据光照强度日平均值大小将全年分为3 个部分：5 月至8 月(夏季)、3 月至4 月及9 月至1 0 月(春、秋季)、11 月至次年2 月(冬季)，分别根据统计数据确定各个季节下光伏电源的典型功率输出曲线。图2 为夏季南方某地晴天天气下光伏电源输出功率曲线。窭4 50481 21 62 0t h图2 夏季南方某地晴天天气下光伏电源输出功率曲线F i g 2P o w e ro u t p u t
13、curveo fp h o t o v o h a i cg e n e r a t i o ni ns u m m e rs u n n yw e a t h e r1 3负荷模型负荷同样表现出显著的季节性特征冬夏季的负荷率明显高于春秋季。居民、工业、商业3 类负荷的夏季典型日负荷分布曲线如图3 所示。实际中每天同一时刻的负荷都不相同为模拟负荷波动对孤岛可靠性的影响假定t 时刻的负荷值符合已知期望与标准差的正态分布正态分布的期望为历史统计数据中此时刻负荷的平均值标准差为该时刻负荷历史平均值的l 1 0。h-民用负荷丁业负荷商业负荷图33 类典型夏季日负荷曲线F i g 3T h r e ek
14、 i n d so ft y p i c a ls u m m e rl o a dc u r v e1 4 孤岛可靠性仿真分析采用蒙特卡洛法分析各类季节条件下孤岛运行的可靠性。随机生成孤岛在一天中形成的时间利用上述模型构造以1 0s 为单位的D G 输出序列及负荷变化序列分析动态条件下能量输出是否能够满足负荷需求。根据马尔科夫过程逼近原理极限状态概率在进一步转移过程中保持不变故求解曲状态转移率，构成的状态转移矩阵方程：1 3 1 可以得到4 类天气的极限状态概率，此概率即为模拟孤岛形成时4类天气出现的概率。孤岛运行过程中按天气状态转移模型模拟天气的变化。2 孤岛划分算法安装在不同用户上的光伏
15、D G 容量不同加之光伏发电量具有不确定性因此各个光伏用户在不同时段表现出的发电与用电特性也不尽相同。定义日平均发电量大于日平均用电量的用户为呈发电特性的负荷反之即为呈用电特性的负荷。当系统侧电源或上级馈线发生故障呈发电特性的负荷可琳脱离主配电网运行，并将多余的电力提供给周围呈J 嗣电特性的负荷或未安装光伏电源的普通负荷维持一定范围万方数据电力自动化设备第3 3 卷孤岛系统的运行。呈发电特性的负荷的数量与供电量均有限需在故障发生前事先确定孤岛范围在其与主系统断开后有计划地对岛内负荷供电保证小系统稳定运行。传统D G 遵循调度可以对容量范围内的所有负荷持续稳定地供电。光伏电源能量输出具有随机性与
16、间歇性不能简单地以孤岛内D G 容量和负荷量的匹配关系作为孤岛划分的原则 1 4 j 必须在遍历所有可行负荷组合的基础上通过分析比较不同孤岛划分方案下岛内负荷日分布特性与D G 日发电规律的匹配关系确定最合理的孤岛划分方案。2 1配电网网络树模型及负荷组合遍历以某个呈发电特性的负荷点为根节点其他负荷点为分支节点，以断路器为界根据节点关联信息建立配电网有根树例如图4 中P V L P 为安装了光伏电源的光伏负荷点L P 为普通负荷点，配电网有根树的每棵有根子树均代表一种负荷组合即孤岛划分方式。图4 根据配电网建立的有根树F i g 4R o o t e dt r e eb a s e do nd
17、 i s t r i b u t i o nn e t w o r k以图4 所示配电网有根树为例说明遍历负荷组合的方法。S i 代表含i 个节点的有根子树构成的集合，从根节点出发，对|s。中所有有根子树添加1 个节点把扩张后得到的含i+1 个节点的子树信息存放到S 中。包含1 个节点的有根子树只有(P V L P 6)一棵，所以s。为(P V L P 6)。添加1 个节点对子树(P V L P 6)进行扩张，可以得到3 棵含2 个节点的有根子树。把它们的信息存人5：中得J s：为(P V L P 6，L P 3)(P V L P 6，P V L P 5)，(P V L P 6，L P 7)。
18、再依次对S，中的所有子树添加1 个节点把得到的含3 个节点的子树信息存入5，中，S，即为(P V L P 6，L P 3，L P 2)，(P V L P 6 L P 3，P V L P 5)，(P V L P 6，L P 3，L P 7)，(P V L P 6，P V L P 5，L P 4)，(P V L P 6，P V L P 5，L P 7)。依此类推，可以遍历该有根子树。再以此方法遍历以P V L P 5 为根节点建立的有根树，即可找到所有可行的负荷组合。2 2 孤岛划分数学模型为了充分发挥D G 和储能电池效能缩小停电范围，降低主网故障造成的损失在保证一定供电可靠性的基础上孤岛范围内
19、应包含尽可能多的负荷，同时计及负荷的经济效益和用户等级优先向重要负荷供电。孤岛划分模型的目标函数为：m a x L E=m a x 6 i L。(3)i t G。其中，厶为负荷点i 的负荷值；G。为通过子树遍历算法得到的负荷组合；6。为负荷重要度系数，一类、二类、三类负荷重要度系数分别为0 5、0 3、0 2。光伏D G 输出不可调度，需由储能电池平衡负荷。计及储能电池的容量及输出功率限制孤岛划分模型的约束条件为：，f+t d。(r)一P i(r)d f E。；(4)J li E G ki E q 厶()一只()0 9 只(5)i E G o其中，只()为安装在负荷点i 处的光伏D G 在t
20、时刻的发电功率，若用户未安装D G，则其取值为0；既；为负荷点i 处配置的储能电池容量；只为各储能电池共同提供的最大输出功率。式(4)表示无论孤岛在何时形成，D G 和储能电池都能支撑岛内负荷用电t 小时以上。式(5)是功率差额约束。需要说明的是，只()和厶()分别代表的是D G 输出功率与负荷在t 时刻的历史统计平均值。在孤岛实际运行中受天气及负荷随机波动的影响，并不能总是满足约束条件所以必须通过第1节所述的方法评估孤岛系统可靠性并在分析配电网可靠性时计及孤岛续航失败发生二次故障的概率。3 配电网可靠性评估模型文献1 5 1 7 提出了配电网可靠性计算的最小路法及计及D G 的改进算法本文进
21、一步加入了D G孤岛续航能力对可靠性的影响因素使之适用于对含分散光伏D G 的配电网进行可靠性分析。当不考虑D G 影响时引起负荷停电的故障通常可以分为变压器故障、最小路上的馈线故障及非最小路上的馈线故障3 类。接人D G 后，3 类故障中只有最小路上的馈线故障能够触发孤岛的形成此类故障的故障率为A。，则孤岛的形成率为：b=1 一揣h=1 一揣 l v Z l h t(6)其中，A。、厂D 分别为D G 的故障率和故障平均修复时间；A。为第k 段主馈线的故障率；D 为在所有光伏负荷点及负荷点i 前面的主馈线段数量；i 为孤岛内D G(即光伏负荷点)数量。当故障发生后计及隔离开关的操作时间S 以
22、及万方数据第5 期伍言等：考虑光伏D G 孤岛续航能力的配电网可靠性评估孤岛形成所需的倒闸操作时间丁，需经过m a x S，r 后孤岛才能形成。最小路上主馈线故障平均修复时间为L 如果D G 能够维持孤岛内负荷的供电超过r s m a x s，r ，则D G 能够顺利从孤岛过渡到并网运行状态这视为一次成功的孤岛续航：而当D G 不能支撑孤岛用电超过r s-m a x S，T ，负荷会发生二次停电这视为一次失败的孤岛续航。虽然失败的孤岛续航增加了负荷的故障率但仍旧缩短了负荷的停电时间。设孤岛失败运行的概率为A 孤岛运行失败时的平均续航时间为U 则孤岛内负荷的二次故障率及平均停电时间计算公式如下：
23、、一N DA。=A A 2(1。揣n 盏A 鼬(7)r l=r s u m a x S，T(8)在孤岛运行过程中D G 发生故障同样会导致负荷停电。此类故障的故障率及平均故障持续时间为：nA；=J A D A s,k(r。一m a x S，T )(9)=lr 与生竺婴叫(1 0)Z由式(7)一(1 0)可以求得孤岛内负荷点的等值故障率和故障持续时间进而可以按照文献1 8 计算配电网的可靠性指标：系统平均停电频率指标(S A I F I)，用户平均停电持续时间指标(C A I D I)，系统平均停电持续时间指标(S A I D I)，平均供电可用度指标(A S A I)，电量不足期望值(E N
24、S I)。4 仿真及算例分析4 1 原始数据将R B T S B u s 6 网络主馈线F 4 及其3 条分支馈线F 5、F 6 和F 7 作为研究对象，其系统接线如图5 所示。系统包括3 0 条线路、2 3 个熔断器、2 3 台变压器、2 1 个隔离开关、4 台断路器和2 3 个负荷点，其中负荷点1 4、1 5、1 6、2 0、2 1 为安装了光伏组件的光伏负荷点。熔断器均装设在每条负荷支路首端。假设断路器与熔断器均1 0 0 可靠动作忽略其故障率对可靠性的影响。隔离开关操作时间为0 3h 孤岛形成所需的倒闸操作时间为0 1 5h。表1 列出了负荷数据表2 列出了安装在各负荷点用户侧的光伏D
25、 G容量及蓄电池参数表3 列出了各元件的故障率和平均修复时间。其他参数见文献1 9 。以中国南方光照充足的某城市作为光照及天气的数据来源夏季晴天天气下光伏电源的输出功率曲线如图2 所示。天气状况间的转移率如表4 所示。天气影响因子W。、W：、W 3、W。分别取为1、0 8 5、0 6、0 3。为简化处理不考虑不同季节问日照时间的差别令冬季光伏电源的输出功率为夏季的6 0 春、秋季为图5 含光伏D G 的R B T S B u s 6 配电网接线图F i g 5C o n n e c t i o nd i a g r a mo fR B T S B u s 6d i s t r i b u t
26、i o nn e t w o r kw i t hp h o t o v o h a i cD G I表l 负荷数据T a b 1L o a dd a t a负荷点数目负荷点编号负荷类型负荷点用户数负荷值M W12商业(三类)1 2 6i O 1 3 0 815居民(i 类)1 3 20 0 9 9 011 9商业(一类)7 80 0 7 5 521，6居民(二类)1 4 70 1 6 5 927 2 3商业(一类)l0 1 1 0 139 1 4 2 1工业(二类)l0 1 2 0 533，1 3，1 7T 业(一类)l0 1 0 4 034，1 8，2 07-_ 业(二类)l0 1 5 4
27、 038 1 1 1 5商业(二类)7 90 1 0 2 441 0，1 2，1 6，2 2 居民(三类)7 60 0 5 0 5表2 光伏D G 安装容量及蓄电池参数T a b 2P h o t o v o h a i cD Gi n s t a l l a t i o nc a p a c i t ya n db a t t e r yp a r a m e t e r s夏季的8 0。冬、夏季为负荷用电高峰，居民与商业负荷率较春、秋季平均上涨4 0，工业负荷上涨1 0。万方数据配电变压器0 0 1 5 次佾3 0D G 与电池系竺i 姿：!i!表4 天气闻的转移率T a b 4T r a
28、 n s f e rr a t eb e t w e e nw e m h e r s天与状况晴多五阴0 6 8 1 0 2 6 4 0 0 6 5 0 多云0 3 2 10 3 9 30 2 8 60 0 3 0阴0 1 7 20 2 7 30 3 7 1O 1 9 4雨Q旦：!：!：鱼L4 2 孤岛划分方案由设备可靠性数据得孤岛续航3 5h 方能避免负荷发生二次故障，基于此，孤岛划分模型中的t a 取为3 5h。由于不同季节条件下典型光伏D G 输出曲线与负荷曲线均会发生变化，所以不同季节的最优孤岛方案也不相同，如表5 所示。春、秋季与夏季的孤岛划分方案一致，同记为夏季方案。表5 不同季节
29、下的最优孤岛划分T a b 5O p t i m a li s l a n d i n gf o rd i f f e r e n ts e a s o n s编号夏童：竺竺一一1P V L P l 4-L P l 7P V L P l 4-L P l 7P V L P l 4-P V L P l 62L P l 9-P V L P 2 1 L P 1 9-P V L P 2 1 L P 2 0-P V L P 2 1 4 3 孤岛供电可靠性分析采用第1 节建立的模型进行孤岛仿真运行。在夏季方案下，孤岛1 中安装在各用户处的光伏电源容量总和为0 5M W。忽略各蓄电池出力不均问题，它们共同提供
30、的最大输出功率为1 0 0k W，容量之和为3 0 0k W h。图6 示出了在某2 次运行中，负荷值L、良吨钆：良岂吝Z_一上Z目t h(a)续航成功h(b)续航失败图6 瞬时电源出力、负荷变化以及储能电池瞬时容量F i g 6I n s t a n t a n e o u so u t p u to fp o w e rs u p p l y，l o a dV a r i a t i o na n di n s t a n t a n e o u sc a p a c i t yo fs t o r a g ec e l l孤岛续航成功。而图6(b)中，受阴天影响，D G 输出功率明显下降
31、，虽然功率差值没有发生越限，但在孤岛运行了3 小时2 6 分钟7 秒后储能电池容量耗尽孤岛续航失败，岛内负荷再度故障。重复进行1 0 0 0 0 次模拟运行，系统共出现故障1 1 9 6 次其中储能电池电量耗尽故障6 7 次，功率越限故障11 2 9 次，故障前平均续航0 寸I 盲-i 为1 0 9 4 2h。故障主要集中发生在2 个时段：0 8：0 0 1 0：0 0 和1 9：0 0-2 2：0 0，2 个时段的故障次数分别为4 2 1 次及4 8 3 次。造成故障集聚效应的原因是这2 个时段内负荷率急剧升高而D G 功率输出水平较低，甚至没有输出。改变储能电池容量研究其对孤岛续航能力的影
32、响孤岛运行3 5h 不发生停电的概率随着储能电池容量的增加而不断降低。当储能电池容量和额定功率提高1 倍时，孤岛不停电概率提高至9 9 3，当提高2 倍时，在不考虑元件故障率的情况下，孤岛可以达到1 0 0 可靠运行。储能电池价格昂贵，在确定实际安装容量时需综合考虑其提高系统可靠性带来的经济效益与安装成本之间的关系。由于本文不涉及经济性分析，所以不作讨论。为比较夏季和冬季2 种孤岛划分方案的优劣，分别计算2 种方案下孤岛在全年各季节的可靠性指标列于表6 及表7 中。表6 孤岛l 的运行可靠性指标T a b 6R e l i a b i l i t yi n d e xo fi s l a n
33、d1孤壁型分丽高面而酉酉ri 掰F 素矿而鬲酉1 而而面冬季方案0 0 31：!：!竺：!：!：i!旦竺：!蔓：!L表7 孤岛2 的运行可靠性指标T a b 7R e l i a b i l i t yi n d e xo fi s l a n d2孤墨型分1 丽F 葫1 孬i 历菊函F1 孬i 酉面丽F 吾矿而丽1 蕊弋蕊而石i 面冬季方案3 1 2 0 9 6 4 5 4 0 1 0 9 3 2 0 6 4 8 1 一0 6 5 6 一由表6 和表7 可知，在相同的孤岛划分方式下，光伏D G 对岛内负荷的支撑能力随气候具有季节性变化。虽然春、秋2 季光照强度较夏季有所下降，影响了D G 的
34、功率输出，但负荷率也达到一年中的谷值，故春、秋季与夏季条件下孤岛的可靠性指标接近。而由于冬季光照强度降低，负荷率升高，孤岛续航能力达到全年最低，岛内负荷的故障率明显增大。万方数据第5 期伍言，等：考虑光伏D G 孤岛续航能力的配电网可靠性评估对比2 种孤岛方案可知：采用夏季方案时，岛内划入了较多负荷使D G 的作用范同更广但是在冬季却由于支撑能力不足造成孤岛系统故障率过高：采用冬季方案时虽然岛内负荷减少使孤岛系统可靠性得到提高但却减小了其作用范围限制了其对配电网可靠性的改善能力。基于上述分析在实际运行中应有计划地调整孤岛范同适应不同季节条件下的孤岛运行方式在故障前，根据孤岛划分方案，预先确定解
35、列点，对解列点进行重点监测以确定隔离装置是否需要动作以解列系统，形成孤岛。在冬季，重新设定解列点的位置缩小孤岛范围以实现计划孤岛优化运行。4 4 配电网可靠性指标计算将孤岛可靠性指标代入配电网可靠性评估模型分别计算夏季、冬季及计划调整3 种孤岛方案下系统的可靠性指标列于表8 中。表8 系统可靠性指标T a b 8R e l i a b i l i t yi n d e xo fs y s t e m可以看出：除了略微增大了S A I F I 外光伏D G的接入对系统其他可靠性指标均有不同程度的改善。而在3 种孤岛方案中虽然夏季方案能够得到最低的C A I D I，但这实际反映了该方案的劣势因为
36、在用户停电持续时间总和接近的情况下C A I D I越低表明用户停电频率越高这是由孤岛冬季故障率大幅升高造成的。冬季方案虽然能得到较低的S A I F I，但由于孤岛范围较小D G 影响的负荷有限其对系统其他指标的改善情况明显差于另外2 种方案。综合来看计划调整方案结合了2 种方案的优点有4 项指标较优，从而论证了按季节调整孤岛范围的合理性。接人光伏D G 前后部分负荷点的可靠性指标对比结果见表9 及表1 0。为分析光伏D G 与普通D G对配电网可靠性影响的区别在表中列出了相同用户表9 部分负荷点的故障率T a b 9F a i l u r er a t eo fs o m el o a d
37、p o i n t s表1 0 部分负荷点的停电持续时间T a b 10I n t e r r u p t i o nd u r a t i o no fs o m el o a dp o i n t s接入相同容量的普通D G 后配电网各可靠性指标的计算结果。从以上结果可得以下结论a 表7 中夏季孤岛2 续航失败的概率为1 5 7 3 与之对应的岛中负荷1 9 与2 0 的夏季故障率分别为2 1 5 1 次a 和2 1 5 4 次a 平均停电持续时间分别为1 9 0 9 0h 次与1 9 6 2 9h 次。到了冬季调整孤岛范围负荷1 9 被排除在孤岛之外其可靠性指标与未接人D G 时相同而由
38、于岛中负荷减少孤岛续航能力提高，孤岛故障概率降低为0 0 6 负荷2 0 的故障率与平均停电持续时间相应地分别下降为2 0 5 6次a 和1 6 3 61h 次。这证明孤岛续航能力的季节性变化直接决定负荷可靠性指标的改善情况。b 在接人普通D G 时负荷点1 8 的可靠性指标得到改善而接入光伏D G 后其可靠性指标却无变化，可以看出：在容量相等的情况下光伏D G 对配电网的作用范围更小。另外光伏D G 对孤岛范围内负荷可靠性指标的改善能力也要弱于普通D G。这是由光伏D G 不可调度的输出特性决定的。5结语本文通过构造受天气及时问影响的光伏D G 功率输出模型仿真分析了孤岛状态下D G 对负荷
39、的支撑能力根据影响孤岛系统可靠性的因素提出了最优孤岛划分算法，在此基础上进一步分析了孤岛运行可靠性对配电网可靠性的影响。通过算例可以得到以下结论：a 季节性光照强度变化影响光伏D G 对孤岛运行的支撑能力，就某个时段而言孤岛系统可靠性主要受天气、孤岛形成时间及储能电池容量等因素的影响：b 光伏D G 能够有效改善配电网可靠性其改善程度取决于孤岛划分方式及运行状态：c 针对光伏D G 输出随季节变化的特点提出了按季节调整孤岛范围的计划孤岛运行方案即在光照充足的夏季及负荷率较低的春、秋季在孤岛中划入较多负荷，而在光照强度低、负荷率高的冬季减少孤岛负荷。仿真结果表明该方案能够最大限度地发万方数据电力
40、自动化设备第3 3 卷挥D G 效能，提高配电网可靠性。参考文献：1 B A Z ZAM，K I MKA，J O H N S O NBB F a u l ti m p a c t so ns o l a rp o w e ru n i tr e l i a b i l i t y C 2 0 1lT w e n t y s i x t hA n n u a lI E E EA p p l i e dP o w e rE l e c t r o n i c sC o n f e r e n c ea n dE x p o s i t i o n(A P E C)F o r tW o r t h，
41、T X，U S A：s。n ，2 0 1 l：1 2 2 3 1 2 3 1 2 A R C H E RBA，D A V I E SJB S y s t e mi s l a n d i n gc o n s i d e r a t i o n sf o ri m p r o v i n gp o w e rs y s t e m sr e s t o r a t i o na tM a n i t o b aH y d r o C P r o c e e d i n g so fI E E EC a n n a d i a nC o n f e r e n c eo nE l e c t r
42、 i c a la n dC o m p u t i n gE n g i n e e r i n g W i n n i p e g，C a n a d a：s n ，2 0 0 2：6 0 6 5 3 靳静，顾承红，艾芊，等城市光伏建筑一体化 J 低压电器，2 0 0 7(8)：4 7 5 0 J I NJ i n g，G UC h e n g h o n g，A tQ i a n，e ta 1 B u i l d i n gi n t e g r a t e dp h o t o v o h a i c so fc i t y J L o wV o l t a g eA p p a r
43、a t u s，2 0 0 7(8)：4 7-5 0 4 C O S T APM，M A T O SMA R e l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k sw i t hm i c r o g r i d s c 2 0 0 5I E E ER u s s i aP o w e rT e c h S tP e t e r s b u r g，R u s s i a：s n ，2 0 0 5：1 7 5 刘传铨，张焰计及分布式电源的配电网供电可靠性 J 电力系统自动化，2 0 0 7，3 1(2 2)：4 6 4 9 L
44、I UC h u a n q u a n，Z H A N GY a n D i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t yc o n s i d e r i n gd i s t r i b u t i o ng e n e r a t i o n J A u t o m a t i o no fE l e c t r i cP o w e rS y s t e m s，2 0 0 7，3 1(2 2)：4 6 4 9 6 王旭东，林济铿基于网络化简的含分布式电源的配电网可靠性分析 J 电力系统自动化，2 0 1 0，3 4(4)
45、：3 8 4 3 W A N GX u d o n g，L I NJ i k e n g R e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nb a s e do nn e t w o r ks i m p l i f i c a t i o nf o rt h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mw i t hd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n J A u t o m a t i o no fE l e c t r i cP o w e rS y s t e m s，2 0 1 0，3
46、 4(4)：3 8 4 3 7 雷振，韦钢，蔡阳，等含分布式电源区域节点的配电网模型和可靠性计算 J 电力系统自动化，2 0 1 1，3 5(1)：3 9 4 3，7 6 L E tZ h e n，W E IG a n g，C A IY a n g，e ta 1 M o d e la n dr e l i a b i l i t yc a l c u l a t i o no fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hz o n e n o d e si n c l u d i n gd i s t r i b u t e dg e n e r a
47、 t i o n J A u t o m a t i o no fE l e c t r i cP o w e rS y s t e m s，2 0 1 1，3 5(1)：3 9-4 3，7 6 8 孙瑜，M A T HB，G R A H A MA 孤岛状态下含分布式电源的配电系统可靠性分析 J 电网技术，2 0 0 8，3 2(2 3)：7 7 8 1 S U NY u，M A T HB，G R A H A MA R e l i a b i l i t ya n a l y s i so fi s l a n d e dd i s t r i b u t i o ns y s t e m s
48、w i t hd i s t r i b u t e de n e r g yr e s o u r c e s J P o w e rS y s t e mT e c h n o l o g y，2 0 0 8，3 2(2 3)：7 7 8 1 f 9 何禹清，彭建春，孙芊考虑风电能量随机性的配电网可靠性快速评估 J 中国电机丁程学报，2 0 1 0，3 0(1 3)：1 6 2 2 H EY u q i n g，P E N GJ i a n c h u n，S U NQ i a n F a s ta l g o r i t h mf o rd i s t r i b u t i o ns
49、y s t e mr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nc o n s i d e r i n gt h er a n d o me n e r g yo u t p u to fw i n dp o w e rg e n e r a t o r s J P r o c e e d i n g so ft h eC S E E，2 0 1 0，3 0(1 3)：1 6 2 2 1 0 傅旭含分布式电源的配电网故障分析的解耦相分量法 J 电力自动化设备，2 0 0 9，2 9(6)：1 9 2 3 F UX u D e c o u p l i n gp
50、h a s ed o m a i n m e t h o df o rf a u l ta n a l y s i so fd i s t r i b u t i o ns y s t e mw i t hd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n J E l e c t r i cP o w e rA u t o m a t i o nE q u i p m e n t，2 0 0 9，2 9(6)：1 9-2 3 1 1 温嘉斌，刘密富光伏系统最大功率点追踪方法的改进 J 电力自动化设备，2 0 0 9，2 9(6)：8 1 8 4 W E NJ ia