含分布式电源的配电网可靠性评估
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是因为通过开展配电网可靠性评估，一方面可以了解整个配电系统的可靠性分 布水平，找到配电网络的薄弱环节，给出在不同运行方式下的供电可靠性，为 配电网合理安排检修提供参考；另一方面，可以对不同的增强性措施所带来的 效益进行定量计算， 从而保证把有限的资金用来最大可能地增强系统的可靠性； 最后，随着用户对供电可靠性要求的提高，配电网可靠性也成为考核供电企业 的一项重要的技术经济指标。因此，定量分析分布式电源接入配电网后配电网 可靠性指标的变化，成为供电企业关注的重要问题。
I
华北电力大学硕士学位论文
Abstract
Distributed generator (DG), with its flexible power generation, environment-friendly advantages has been increasingly applied to the distribution system, which has brought some influence to the traditional distribution network reliability evaluation. Compared with the traditional distributed power supply, the output power of DG has certain randomness. In addition, the traditional evaluation model is a radial network, in which the feeders are usually supplied by single power source. When there’s a failure of any component of the feeder, the load points collected with the feeder would be out of energy. When DG is connected to the distribution system, the radial network will turn into a multi-source network, and the evaluation model and algorithm are different with the traditional one when DG is operated in island mode. The reliability evaluation model of DG is established on the basis of fully studied the characteristics of DG in this paper. It takes micro-gas turbine as an example to establish a non-intermittent distributed power reliability evaluation model, describing as a two-state model and the wind turbine generator (WTG) as an example to establish the reliability of distributed power intermittent assessment model. Fully considering the property of intermittence and randomness of wind power and by use of statistic information of wind speed in one year and according to power characteristic of WTG, a method to obtain output power of WTG and then to achieve multi-state model of WTG is proposed. In this paper, two types of reliability evaluation algorithms are improved to evaluate the reliability indexes of distribution system with DG, the minimal cut set algorithm and the sequential Monte Carlo simulation, these two algorithms each with distinct characteristics, different advantages, can be used to evaluate the reliability of distribution system with DG accurately. Finally, a typical system is applied to testify the efficiency and the accuracy of the improved models and algorithms. The results also show that DG can improve the distribution network reliability. Keywords: distributed generator; distribution system; reliability evaluation; minimal cut set algorithm; sequential Monte Carol simulation
华北电力大学硕士学位论文使用授权书
《含分布式电源的配电网可靠性评估》系本人在华北电力大学攻读硕士学 位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。 本论文的研究成果归华北电力大学所 有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学 关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和电子版本， 同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以上相应方框内打“√” ） ： 保密□，在 不保密□ 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 年 年 月 月 日 日 年解密后适用本授权书
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华北电力大学硕士学位论文原创性声明 评估》 ，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究 工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日
第1章 绪 论
1.1 课题背景及意义
近年来，随着分布式发电技术的发展以及国家节能减排政策的广泛推行， 分布式电源（ Distributed Generator，DG）在电力系统中得到了越来越广泛的应 用，分布式电源的接入使得电力系统变得更加高效灵活。 分布式电源由于安装位置靠近负荷并且安装灵活，对于缓解电网峰时缺电 具有积极的意义。世界上许多电力能源专家认为，大电网与分布式电源相结合 是节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是本世纪 电力工业的发展方向 [1] 。由于分布式电源一般利用清洁能源发电，具有污染低 或无污染的特点，对于环境保护具有重要意义，并且随着智能电网建设步伐的 加快，其中很重要的一环就是接入并容纳各种形式的分布式电源。因此，从环 境保护、可持续发展、国家能源战略以及构建智能电网的观点看，发展分布式 发电技术也必将成为今后电网建设和运营的重要环节。 自上世纪 80 年代开始， 世界各发达国家纷纷开始采用分布式发电技术， 全 球电力工业出现由传统的集中供电模式向集中和分散相结合的供电模式过渡的 趋势。2004 年，美国分布式电源发电总量为 67GW，约占美国国内总发电量的 7% ，达世界平均水平；欧洲分布式电源的发展则处于领先水平 [2]，2006 年欧盟 国家的微型分布式供电系统达到 115 万个。而到 2010 年，日本累计安装太阳电 池组件容量将为 4.82 GW，预计到 2030 年将会达到 100 GW，大约占全部电力 供应的 10％。 我国也有越来越多的分布式电源接入到配电网，如保定电谷锦江国际酒店 就在酒店的外墙及屋顶上安装了太阳能组件，使整个酒店成为一个“小型发电 站” ，总装机容量为 0.3GW，并将酒店太阳能组件发出的清洁电力并入电网， 成为国内光伏发电建筑的样板工程。随着技术的进步以及智能电网的建设，将 会有越来越多的分布式电源接入到配电网中。 然而，分布式电源的接入改变了传统配电网的结构和运行方式，使得配电 网由传统的单电源辐射式网络变为多电源与用户互连的网络，当系统中的元件 发生故障时，配电网可能出现含分布式电源的孤岛运行方式，继续向负荷点供 电，并且分布式电源与传统电源相比，其输出功率更具有随机性，这样，就导 致了配电网可靠性评估模型和方法都必须发生变化，使得可靠性评估也将变得 复杂。虽然困难很多，我们却必须寻找到适应新形势下的可靠性评估方法，这
华北电力大学（保定） 硕士学位论文 含分布式电源的配电网可靠性评估 姓名：吴颖超 申请学位级别：硕士 专业：电气工程及其自动化 指导教师：徐玉琴 2011-03
华北电力大学硕士学位论文
摘
要
分布式电源（ DG）凭借其发电灵活、环境友好等优势被越来越多地接入到 配电网中，给传统配电网的可靠性评估带来了一定的影响。分布式电源与传统 电源相比，其输出功率具有一定的随机性。另外，在传统的配电网可靠性评估 当中，考察的馈线一般都由单电源供电，采用辐射式供电方式，任何一条馈线 元件发生故障，都有可能导致馈线后面的负荷全部停电，而当分布式电源接入 配电网以后，电网变成一个多电源与用户互联的网络，当某元件发生故障后， 配电网可能会出现含分布式电源的孤岛运行方式，相应的可靠性评估模型和算 法也将发生变化。 本文在充分研究了分布式电源的特点的基础上，建立了分布式电源的可靠 性评估模型。以微型燃气轮机为例建立了非间歇性分布式电源的可靠性评估模 型，采用两状态模型来描述；以风力发电机组（ WTG）为例建立了间歇性分布 式电源的可靠性评估模型，充分考虑到风力间歇性、随机性的特点，提出了一 种利用一年内的统计风速信息，根据风力发电机组的功率特性曲线获得其输出 功率，从而得到风力发电机组的多状态模型的方法。本文提出了两种评估含分 布式电源的配电网可靠性的算法，分别是改进的最小割集算法和序贯蒙特卡罗 模拟法，这两种算法各具特点，各有优势，都能较为准确的评估出接入分布式 电源以后的系统可靠性。 最后，通过采用两种算法对接有分布式电源的典型配电网的仿真分析，说 明了本文所提算法在解决含分布式电源的配电网可靠性指标计算问题上的有效 性和准确性。仿真计算结果同时表明，分布式电源合理接入配电网以后，可以 提高配电网的可靠性水平。 关键词： 分布式电源；配电网；可靠性评估；最小割集法；序贯蒙特卡罗模拟 法
是因为通过开展配电网可靠性评估，一方面可以了解整个配电系统的可靠性分 布水平，找到配电网络的薄弱环节，给出在不同运行方式下的供电可靠性，为 配电网合理安排检修提供参考；另一方面，可以对不同的增强性措施所带来的 效益进行定量计算， 从而保证把有限的资金用来最大可能地增强系统的可靠性； 最后，随着用户对供电可靠性要求的提高，配电网可靠性也成为考核供电企业 的一项重要的技术经济指标。因此，定量分析分布式电源接入配电网后配电网 可靠性指标的变化，成为供电企业关注的重要问题。
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华北电力大学硕士学位论文
Abstract
Distributed generator (DG), with its flexible power generation, environment-friendly advantages has been increasingly applied to the distribution system, which has brought some influence to the traditional distribution network reliability evaluation. Compared with the traditional distributed power supply, the output power of DG has certain randomness. In addition, the traditional evaluation model is a radial network, in which the feeders are usually supplied by single power source. When there’s a failure of any component of the feeder, the load points collected with the feeder would be out of energy. When DG is connected to the distribution system, the radial network will turn into a multi-source network, and the evaluation model and algorithm are different with the traditional one when DG is operated in island mode. The reliability evaluation model of DG is established on the basis of fully studied the characteristics of DG in this paper. It takes micro-gas turbine as an example to establish a non-intermittent distributed power reliability evaluation model, describing as a two-state model and the wind turbine generator (WTG) as an example to establish the reliability of distributed power intermittent assessment model. Fully considering the property of intermittence and randomness of wind power and by use of statistic information of wind speed in one year and according to power characteristic of WTG, a method to obtain output power of WTG and then to achieve multi-state model of WTG is proposed. In this paper, two types of reliability evaluation algorithms are improved to evaluate the reliability indexes of distribution system with DG, the minimal cut set algorithm and the sequential Monte Carlo simulation, these two algorithms each with distinct characteristics, different advantages, can be used to evaluate the reliability of distribution system with DG accurately. Finally, a typical system is applied to testify the efficiency and the accuracy of the improved models and algorithms. The results also show that DG can improve the distribution network reliability. Keywords: distributed generator; distribution system; reliability evaluation; minimal cut set algorithm; sequential Monte Carol simulation
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《含分布式电源的配电网可靠性评估》系本人在华北电力大学攻读硕士学 位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。 本论文的研究成果归华北电力大学所 有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学 关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和电子版本， 同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以上相应方框内打“√” ） ： 保密□，在 不保密□ 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 年 年 月 月 日 日 年解密后适用本授权书
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华北电力大学硕士学位论文原创性声明 评估》 ，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究 工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日
第1章 绪 论
1.1 课题背景及意义
近年来，随着分布式发电技术的发展以及国家节能减排政策的广泛推行， 分布式电源（ Distributed Generator，DG）在电力系统中得到了越来越广泛的应 用，分布式电源的接入使得电力系统变得更加高效灵活。 分布式电源由于安装位置靠近负荷并且安装灵活，对于缓解电网峰时缺电 具有积极的意义。世界上许多电力能源专家认为，大电网与分布式电源相结合 是节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是本世纪 电力工业的发展方向 [1] 。由于分布式电源一般利用清洁能源发电，具有污染低 或无污染的特点，对于环境保护具有重要意义，并且随着智能电网建设步伐的 加快，其中很重要的一环就是接入并容纳各种形式的分布式电源。因此，从环 境保护、可持续发展、国家能源战略以及构建智能电网的观点看，发展分布式 发电技术也必将成为今后电网建设和运营的重要环节。 自上世纪 80 年代开始， 世界各发达国家纷纷开始采用分布式发电技术， 全 球电力工业出现由传统的集中供电模式向集中和分散相结合的供电模式过渡的 趋势。2004 年，美国分布式电源发电总量为 67GW，约占美国国内总发电量的 7% ，达世界平均水平；欧洲分布式电源的发展则处于领先水平 [2]，2006 年欧盟 国家的微型分布式供电系统达到 115 万个。而到 2010 年，日本累计安装太阳电 池组件容量将为 4.82 GW，预计到 2030 年将会达到 100 GW，大约占全部电力 供应的 10％。 我国也有越来越多的分布式电源接入到配电网，如保定电谷锦江国际酒店 就在酒店的外墙及屋顶上安装了太阳能组件，使整个酒店成为一个“小型发电 站” ，总装机容量为 0.3GW，并将酒店太阳能组件发出的清洁电力并入电网， 成为国内光伏发电建筑的样板工程。随着技术的进步以及智能电网的建设，将 会有越来越多的分布式电源接入到配电网中。 然而，分布式电源的接入改变了传统配电网的结构和运行方式，使得配电 网由传统的单电源辐射式网络变为多电源与用户互连的网络，当系统中的元件 发生故障时，配电网可能出现含分布式电源的孤岛运行方式，继续向负荷点供 电，并且分布式电源与传统电源相比，其输出功率更具有随机性，这样，就导 致了配电网可靠性评估模型和方法都必须发生变化，使得可靠性评估也将变得 复杂。虽然困难很多，我们却必须寻找到适应新形势下的可靠性评估方法，这
华北电力大学（保定） 硕士学位论文 含分布式电源的配电网可靠性评估 姓名：吴颖超 申请学位级别：硕士 专业：电气工程及其自动化 指导教师：徐玉琴 2011-03
华北电力大学硕士学位论文
摘
要
分布式电源（ DG）凭借其发电灵活、环境友好等优势被越来越多地接入到 配电网中，给传统配电网的可靠性评估带来了一定的影响。分布式电源与传统 电源相比，其输出功率具有一定的随机性。另外，在传统的配电网可靠性评估 当中，考察的馈线一般都由单电源供电，采用辐射式供电方式，任何一条馈线 元件发生故障，都有可能导致馈线后面的负荷全部停电，而当分布式电源接入 配电网以后，电网变成一个多电源与用户互联的网络，当某元件发生故障后， 配电网可能会出现含分布式电源的孤岛运行方式，相应的可靠性评估模型和算 法也将发生变化。 本文在充分研究了分布式电源的特点的基础上，建立了分布式电源的可靠 性评估模型。以微型燃气轮机为例建立了非间歇性分布式电源的可靠性评估模 型，采用两状态模型来描述；以风力发电机组（ WTG）为例建立了间歇性分布 式电源的可靠性评估模型，充分考虑到风力间歇性、随机性的特点，提出了一 种利用一年内的统计风速信息，根据风力发电机组的功率特性曲线获得其输出 功率，从而得到风力发电机组的多状态模型的方法。本文提出了两种评估含分 布式电源的配电网可靠性的算法，分别是改进的最小割集算法和序贯蒙特卡罗 模拟法，这两种算法各具特点，各有优势，都能较为准确的评估出接入分布式 电源以后的系统可靠性。 最后，通过采用两种算法对接有分布式电源的典型配电网的仿真分析，说 明了本文所提算法在解决含分布式电源的配电网可靠性指标计算问题上的有效 性和准确性。仿真计算结果同时表明，分布式电源合理接入配电网以后，可以 提高配电网的可靠性水平。 关键词： 分布式电源；配电网；可靠性评估；最小割集法；序贯蒙特卡罗模拟 法
