第一章 緒論 

面向分布式電源接入的配電系統(tǒng)可靠性評估相關(guān)問題研究，主要通過分析分布式電源的出力特點以及孤島的運行方式等問題展開深入研究以達到評估分布式電源接入配電系統(tǒng)的可靠性影響情況評價等目的，是分布式電源接入配電系統(tǒng)快速發(fā)展背景下的一個新課題，相關(guān)研究結(jié)論會對配電網(wǎng)分布式電源接入規(guī)劃工作以及含分布式電源的配電網(wǎng)日常運行維護工作提供面向可靠性的具有指導(dǎo)性的建議，具有一定的工程實際需求。本章首先簡述了配電系統(tǒng)可靠性研究的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢，以及研究面臨的主要問題。然后對分布式電源接入對配電系統(tǒng)的可靠性、供電能力以及配電設(shè)備可靠運行維護三方面的研究現(xiàn)狀進行了綜述。最后，對論文研究內(nèi)容的章節(jié)安排進行了簡要的說明。

1.1 選題背景和意義 
二十世紀中期，可靠性技術(shù)在電力工業(yè)開始得到應(yīng)用，并且隨著電力工業(yè)可靠性應(yīng)用的發(fā)展，形成了電力系統(tǒng)可靠性這一學(xué)科。電力系統(tǒng)的功能是向用戶盡可能地提供可靠經(jīng)濟的電能，電力系統(tǒng)可靠性就是電力系統(tǒng)向用戶提供可靠電能能力的表征。 IEEE 標準 610-1990 對可靠性的定義為“元件或系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)在所處運行條件下實現(xiàn)其規(guī)定的功能的能力”[1]。電力系統(tǒng)的基本功能是為它的用戶提供盡可能經(jīng)濟和可靠的電能。 配電系統(tǒng)是輸電系統(tǒng)變壓點向用戶傳送電能的系統(tǒng)部分，是電能分配到用戶的最終環(huán)節(jié)，配電系統(tǒng)包括不同電壓等級的配電站、配電變壓器、配電線路等電氣設(shè)施。在我國，配電系統(tǒng)又稱為供電系統(tǒng)，主要是指 220k V－380V 系統(tǒng)，35k V以上為高壓系統(tǒng)，10k V（20k V、6k V）為中壓系統(tǒng)，380V/220V 為低壓系統(tǒng)。 電力公司對用戶停電事件統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析表明，配電系統(tǒng)對于用戶的停電事件具有較大的影響。據(jù)不完全統(tǒng)計，用戶停電事件中有 78%－92%是由配電系統(tǒng)的故障導(dǎo)致的[2]。而且隨著現(xiàn)代社會對供電可靠性要求的逐步提高，電力企業(yè)、用戶和社會對即使是局部電網(wǎng)故障帶來的影響都難以接受，因此，配電系統(tǒng)的可靠性問題在近年來逐步受到很大的關(guān)注。本文以 10k V 中壓配電系統(tǒng)做為可靠性的研究對象，文中的配電系統(tǒng)均指代 10k V 的中壓配電系統(tǒng)。 
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1.2 配電系統(tǒng)可靠性評估研究
最初的配電系統(tǒng)可靠性評估是以工程系統(tǒng)的可靠性評估經(jīng)典法做為基礎(chǔ)的[5]。二十世紀中期，配電系統(tǒng)領(lǐng)域的可靠性評估方法才有了廣泛的發(fā)展，一些計算配電系統(tǒng)的停運率和停運時間的近似方法被提出，這些方法的提出為以后形成配電系統(tǒng)可靠性評估方法體系提供了條件[6-7]。此后，R.Billinton 和他的研究助理們撰寫了《電力系統(tǒng)可靠性評估》[8]、《基于蒙特卡洛模擬法的電力系統(tǒng)可靠性評估》[9]等專著，初次系統(tǒng)性的對配電系統(tǒng)可靠性評估的理論和方法進行了闡述。 根據(jù)模式、復(fù)雜程度、分析深度的不同，配電系統(tǒng)所適宜的評估方法也各不相同。對于輻射型網(wǎng)絡(luò)，故障后果表法[10]可以便捷地計算負荷點和系統(tǒng)的可靠性指標。而對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，一般先采用狀態(tài)空間法等簡化方法選擇系統(tǒng)的失效狀態(tài)，然后根據(jù)失效狀態(tài)后果及失效狀態(tài)概率來計算整個配電系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性指標和負荷點可靠性指標。以上這些都是解析法類可靠性評估方法。 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加，解析法可靠性評估方法的分析過程變得更加復(fù)雜，其計算量大幅增加[11]，系統(tǒng)的狀態(tài)選擇和系統(tǒng)狀態(tài)的概率計算過程變得無比繁瑣。因此，需要探尋其它方法來解決復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性評估問題。 蒙特卡洛模擬法通過隨機數(shù)來抽樣元件的運行狀態(tài)，通過抽樣失效事件來構(gòu)成系統(tǒng)內(nèi)所有元件的失效事件集，，而后通過統(tǒng)計計算系統(tǒng)和負荷點的可靠性指標 [12]。蒙特卡洛模擬法，通過隨機數(shù)抽樣獲得系統(tǒng)的失效狀態(tài)，代替了解析法人工選取過程，通過抽樣點表示實際樣本，在積累足夠的樣本數(shù)量后，系統(tǒng)的可靠性指標可以通過對所有樣本的狀態(tài)估計結(jié)果統(tǒng)計得到[13]。與解析法相比，蒙特卡洛模擬法更加地直觀，同時因為其抽樣性質(zhì)，蒙特卡洛模擬法可以對負荷等隨機因素的變化進行模擬。因此蒙特卡洛法可靠性評估方法在配電系統(tǒng)可靠性評估領(lǐng)域的用途非常廣泛。 
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第二章 含分布式電源配電系統(tǒng)可靠性指標和模型 

2.1  含分布式電源配電系統(tǒng)可靠性指標 
配電系統(tǒng)的可靠性水平一般通過配電系統(tǒng)的可靠性指標進行衡量。系統(tǒng)的可靠性指標建立在組成系統(tǒng)的負荷、設(shè)備或用戶的可靠性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，是它們的統(tǒng)計綜合值。作為評價對象，評價的范圍可以是整個的電力系統(tǒng)，也可以是系統(tǒng)的某一個運行區(qū)域、變電站臺區(qū)，甚至是一條饋線。到目前為止，針對自身電力系統(tǒng)的實際情況，各個國家已定義了多種可靠性指標，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)可靠性指標的制定已經(jīng)臻于完備[131]。 然而隨著分布式電源接入配電系統(tǒng)的日益發(fā)展，傳統(tǒng)配電系統(tǒng)可靠性指標已經(jīng)不能充分的表達分布式電源給配電系統(tǒng)帶來的新的影響情況。 作為配電系統(tǒng)發(fā)展的重要形式，分布式電源具有靈活多變的運行方式，它承載著消納可再生能源、滿足用戶特殊可靠性需求的使命，是未來主動配電系統(tǒng)的重要組成形式。定義針對含分布式電源的配電系統(tǒng)的可靠性評價指標，有針對性地反映含分布式電源的配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征與運行效果，對于科學(xué)地指導(dǎo)分布式電源接入乃至配電系統(tǒng)的建設(shè)，具有重要意義。 本章首先對仍適用于含分布式電源的配電系統(tǒng)的傳統(tǒng)配電系統(tǒng)可靠性指標進行了介紹，然后從分布式電源接入的核心價值出發(fā)，結(jié)合分布式電源運行的特點，通過對含分布式電源的配電系統(tǒng)可靠性相關(guān)的各個方面的描述，提出了一系列專門針對含分布式電源的配電系統(tǒng)的可靠性評價指標。 
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2.2  含分布式電源配電系統(tǒng)可靠性評估模型 
分布式電源的廣泛接入對配電系統(tǒng)運行狀況產(chǎn)生了巨大的積極影響，同時其自身的特性也對配電系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)提出了更高的要求。分布式電源的出力嚴重依賴外界因素的變化，無法實現(xiàn)人為嚴格控制這些分布式電源的出力。 傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的主要功能是連接輸電系統(tǒng)和電力用戶，向電力用戶分配和傳輸電能，呈輻射狀運行且潮流方向單一，當分布式電源接入后，配電系統(tǒng)成為具有主動特性的有源環(huán)節(jié)，潮流方向不明確，使得含分布式電源的配電系統(tǒng)可靠性評估變得更加復(fù)雜困難。配電系統(tǒng)中元件數(shù)量眾多、元件類型繁雜，分布式電源接入后其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進一步擴大，此時針對配電系統(tǒng)進行可靠性分析同樣要計及分布式電源的故障，對分布式電源的失效狀態(tài)進行描述，建立相應(yīng)的停運模型。通常采用二狀態(tài)模型描述非電源元件的失效，針對分布式電源的復(fù)雜失效狀態(tài)，可采用三狀態(tài)停運模型進行描述。 
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第三章  分布式電源低滲透率下的配電系統(tǒng)可靠性分析 ....... 31 
3.1  配電系統(tǒng)分布式電源滲透率定義 ......... 31 
3.2  基于饋線區(qū)與弧表表示法的配電網(wǎng)絡(luò)二段簡化編碼 ....... 32 
第四章  以可靠性為約束的含分布式電源配電系統(tǒng)供電能力分析 ........... 67 
4.1  配電系統(tǒng)供電能力的基本定義 ............. 67 
4.2  含分布式電源配電系統(tǒng)供電能力概念 ........... 68 
4.3  含分布式電源配電系統(tǒng)供電能力分析模型 ............. 69
4.4  算例分析 ......... 76
4.5  本章小結(jié) ......... 79 
第五章   基于實際設(shè)備狀態(tài)的配電系統(tǒng)可靠運行分析 ......... 81 
5.1  配電系統(tǒng)可靠運行分析與管理 ............. 81 
5.2  基于實際設(shè)備狀態(tài)的配電系統(tǒng)可靠運行分析 ......... 82 
5.3  配電系統(tǒng)故障因素體系分析 ....... 84 
5.4  設(shè)備故障率修正模型 ......... 86
5.5  基于實際設(shè)備狀態(tài)的配電系統(tǒng)可靠運行分析流程 ........... 91 
5.6  基于實際設(shè)備狀態(tài)的含分布式電源配電系統(tǒng)可靠運行分析 ..... 91 
5.7  算例分析 ......... 93
5.8  本章小結(jié) ....... 108 

第五章 基于實際設(shè)備狀態(tài)的配電系統(tǒng)可靠運行分析

本章節(jié)首先回顧了配電系統(tǒng)可靠性分析對維護配電系統(tǒng)可靠運行的重要指導(dǎo)作用，然后分析造成設(shè)備故障的故障因素，并對設(shè)備故障率的組成進行分解，針對設(shè)備狀態(tài)和外界環(huán)境分別提出了設(shè)備故障率修正模型，通過對設(shè)備故障率的分解以及配電系統(tǒng)的可靠性計算，實現(xiàn)了基于實際設(shè)備狀態(tài)的配電系統(tǒng)可靠運行分析，通過分析結(jié)果可以從設(shè)備運行維護角度為提升配電系統(tǒng)可靠運行提供指導(dǎo)。而后，進一步研究了基于實際設(shè)備狀態(tài)的含分布式電源配電系統(tǒng)可靠運行分析方法，通過計及設(shè)備特定外界環(huán)境下分布式電源的出力，分析了含分布式電源時配電系統(tǒng)可靠運行與無分布式電源配電系統(tǒng)可靠運行相比的變化情況。 

5.1  配電系統(tǒng)可靠運行分析與管理

配電系統(tǒng)的安全可靠運行是整個電力系統(tǒng)安全運行重要的一環(huán)，是目前提高供電系統(tǒng)運行水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)可靠運行分析需要準確評估配電系統(tǒng)的故障停電水平，找出薄弱環(huán)節(jié)加以改進，從而提高供電可靠性。 配電系統(tǒng)可靠性評估是進行配電系統(tǒng)可靠運行分析的重要手段，通過對可能出現(xiàn)的故障進行預(yù)測分析，評估故障所造成的影響，分析系統(tǒng)的可靠運行水平，為配電系統(tǒng)的可靠運行管理提供重要的參考信息和指導(dǎo)意見，便于電力系統(tǒng)維護人員及時采取相應(yīng)的防范措施減少設(shè)備故障帶來的不利影響。 配電系統(tǒng)設(shè)備保持持續(xù)良好的工作狀態(tài)是配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障，配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行才能確保電力用戶得到持續(xù)且優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)。維護是保證配電設(shè)備健康運行的必要手段，也是進行配電系統(tǒng)可靠運行管理的主要措施。維護可以減少系統(tǒng)故障的發(fā)生，使電氣設(shè)備得到充分以及長效利用。  

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總結(jié)

近年來，電力相關(guān)行業(yè)對電力系統(tǒng)可靠性的關(guān)注逐漸從發(fā)輸電可靠性向配電系統(tǒng)可靠性進行轉(zhuǎn)移，尤其是供電企業(yè)在進行電網(wǎng)規(guī)劃時更加注重分析配電系統(tǒng)的可靠性水平對電力系統(tǒng)整體的影響。但隨著分布式電源接入的影響，傳統(tǒng)配電系統(tǒng)可靠性評估工作面臨著新的問題，同時分布式電源具有消納當?shù)刎摵傻哪芰�，原有配電系統(tǒng)的實際供電能力可能得到一定程度的提升。配電系統(tǒng)可靠性分析的目標是使得通過最少的運行維護手段使得配網(wǎng)的可靠性水平最高，而傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)可靠性分析無法區(qū)分對待各類配電系統(tǒng)設(shè)備，無法在運行維護投入最少的情況下獲得最高的可靠性收益，這使得我國現(xiàn)階段的配電系統(tǒng)運行維護投入存在著巨大的浪費；同時分布式電源的接入也對配電系統(tǒng)可靠運行維護策略的制定提出了新的要求。 針對上述問題，本課題研究了如何評估含分布式電源配電系統(tǒng)的可靠性，并以此為一定基礎(chǔ)，研究了含分布式電源的配電系統(tǒng)供電能力評估分析方法；研究如何通過分析設(shè)備故障因素進行更為細致的設(shè)備可靠性評估，以指導(dǎo)配電系統(tǒng)（無源和有源）可靠運行，以達到提升配電系統(tǒng)運行維護可靠性效益最大化的目的。論文主要完成的工作如下：在深入分析分布式電源的接入給配電系統(tǒng)可靠性評估工作帶來的影響后，針對影響總結(jié)了含分布式電源配電系統(tǒng)可靠性評估的指標和建模；提出了基于饋線區(qū)與弧表表示法的配電網(wǎng)絡(luò)二段簡化編碼方法以及在該編碼規(guī)則下的系統(tǒng)故障影響分類與故障影響查找邏輯，選取了與序貫蒙特卡洛法匹配的元件停運模型、元件出力模型；針對含分布式電源配電系統(tǒng)孤島運行時分布式電源與負荷的供需平衡情況提出了孤島期間的負荷削減策略，綜合形成了含分布式電源的配電系統(tǒng)可靠性評估模型；為探索分布式電源類型與負荷類型的匹配情況提出了出力匹配度評估方法，通過算例分析了分布式電源接入對配電系統(tǒng)可靠性的影響情況以及分布式電源與負荷的匹配度情況。 
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參考文獻(略)

本文編號：84423