基于最小割集的含微网的配电系统可靠性评估.pdf

电 网 评 估 o Z Z o 0 Z G ) o C 鬻 撇 4 2 基亏最小割集的含微网的配电系统可靠性评估 吴亚彬，翟艳烁，李红艳，赵全香 ( 三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌4 4 3 0 0 2 ) 摘要：传统的配电系统大多是单电源辐射状运行徼网的接入将它改变为一个多源网络。基于最小割集法对舍 微网的配电系统进行评估，首先依次求得负荷点到各个电源的最小割集，按给定的规则进行集合运算，得到网络 的最小割集，然后按照最小割集方法求取负荷点的可靠性指针，进而求取系统的可靠性指标。最后，以R B T S - B U S 6 的F 4 馈线为例构建微网进行计算并分析结果验证算法的有效性。 关键词：微网；最小割集；集合运算；配电系统可靠性 中图分类号：T M 7 2 7文献标志码：A 文章编号：1 6 7 3 7 5 9 8 ( 2 0 1 2 ) 0 7 - 0 0 4 2 - - 0 5 R e l i a b i l i t yE v a l u a t i o no fD i s t r i b u t i o nS y s t e mw i t hM i c r o g r i dB a s e d o nt h eM i n i m u m - C u tS e t W UY a - b i n ，Z H A IY a n - s h u o ，L IH o n g - y a n ，Z H A OQ u a n x i a n g ( E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g & R e n e w a b l eE n e r g yS c h o o l ，C h i n aT h r e eG o r g e sU n i v e r s i t y ，Y i c h a n gH u b e i ，4 4 3 0 0 2 ) A b s t r a c t ：M o s to ft r a d i t i o n a ld i s t r i b u t i o ns y s t e m sa r eo p e r a t e di nr a d i a l T h ei n s e r t i o no fm i c r o g r i dh a sc h a n g e di ti n t oam u l t i p l e S O u l m en e t w o r k S ot h o s em e t h o d sa b o u tt h er e l i a b i l i t ye v a l u a t i o no fd i s t r i b u t i o ns y s t e mw h i c hw a sp r o p o s e db a s e do nt h es i n g l e s o u r c ea n dr a d i a lo p e r a t i o nn e t w o r ki s n ts u i t a b l ef o rn e wd i s t r i b u t i o ns y s t e m T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h em i n i m u m - c u ts e tt o r e l i a b i l i t ye v a l u a t i o no fd i s t r i b u t i o ns y s t e mw i t hm i c r o g r i d F i r s t l y ，s e e ka l lt h em i n i m u m - c u ts e tt oe v e r ys o u r c ei nt u r n s ，a n dm a k e s e to p e r a t i o na c c o r d i n gt h eg i v e nr e g u l a t i o ni nt h i sp a p e ri no r d e rt og e tt h em i n i m u m - c u ts e to ft h en e t w o r k T h e nc a l c u l a t et h el o a d p o i n tr e l i a b i l i t yi n d i c e so nt h eb a s i so ft r a d i t i o n a lm i n i m u m - c u ts e tm e t h o d ，n e x tg e tt h es y s t e mi n d i c e s ，a n dt a k et h ec h a n g e dF 4 f e e d e ri nR B T S - B U S 6 船e x a m p l ea tl a s tt op e r f o r mac a l c u l a t i o na st h ep r o p o s e da l g o r i t h ma n dc e r t i f yi t se f f e c t i v e n e s s K e yw o r d s ：m i e r o g r i d ；m i n i m u m - c u ts e t ；s e to p e r a t i o n ；r e l i a b i l i t ye v a l u a t i o no fd i s t r i b u t i o ns y s t e m 0引言 近年来，可再生能源发电如风电、光伏电池、 燃料电池和微型燃气轮机等。作为未来大型电网 的有力补充和有效支撑得到快速发展。尽管分布 式电源优点突出但自身也存在诸多问题，例如易 受天气影响、具有随机性，另外它对大电网来说是 个不可控源。因此I E E EP 1 5 4 7 对分布式电源的 入网标准做出了规定：当电力系统发生故障时，分 布式电源必须马上退出运行。这就大大限制了分 布式电源效能的充分发挥。为了解决分布式发电所 带来的一系列问题，在本世纪初美国学者首先提出 了微网的概念I l - 2 1 。 随着分布式电源和微网的接入，传统的单电 源辐射状配电网变成一个遍布电源和负荷的含多 电源的新型配电系统| 3 l 。传统配电网可靠性评估方 法主要是解析类方法和模拟类蒙特卡罗方法。解 析类方法最初有故障模式影响分析( F a i l u r eM o d e a n dE f f e c tA n a l y s i s ，F M E A ) 法也有一些学者陆续 提出了最小路法、网络等值法、基于故障扩散的方 法等，但上述方法的主要对象是辐射型网络I 1 无 法应用于含微网的多电源、多路径的配电系统可 靠性评估。 本文在参考国内外研究成果的基础上，引入了 基于最小割集法的含微网的配电系统可靠性评估 方法。该算法充分考虑了负荷的多端供电、开关状 态等的影响可以系统地对含微网的配电系统进行 可靠性评估。 万方数据 1多源网络最小割集 1 1 最小割集的基本理论 配电系统的故障模式直接与系统的最小割集 相关联。最小割集是一些组件的集合，当它们失效 时。必然会导致系统失效。最小割集法是将所需要 计算的状态全部限制在最小割集内避免计算系统 的全部状态从而大大节省了计算量。每个割集中 的组件存在并联关系近似认为系统的失效度可以 简化为各个最小割集不可靠度的总和。 直观识别复杂系统的最小割集越来越闲难现 阶段求取系统最小割集的方法有上行法、下行法、 P e t 一网求解法、最小路集以及基于二元决策图求解 方法等1 6 1 。为便于程序化，本文利用最小路集来求最 小割集。首先搜索负荷点到屯源点之闷的所有最小 路并建立连集矩阵，然后由连集矩阵导l 叶 最小割集。 1 2 多源网络求最小割集 这里以一个二源环形网络为例求多源且供电 路径不唯一的供电网络的最小割集，通过割集的求 并运算等来求取。首先按照参考文献1 5 I 所述方法求 取一个负荷点到每一个电源点的最小割集将负荷 点到不同电源点之间的各个割集分别进行求并去 掉相同项，以这砦集合为元素( 或子集) 构成个新 的集合。然后按新集合中各个元素( 也是集合) 所含 元素( 即元件) 数量从少到多进行排序从排序后的 第一个元素( 此处元素是一个集合) 开始依次与后 面的元素( 集合) 相比较如果后者含有前者的所有 元素即前者是后者的子集则去掉后者。继续比较： 若前者不是后者的子集则选取下个元素继续与 前者比较，直至最后得到最小割集。 A B 图1一个含环网的配电网络 在如图l 所示网络中负荷点L P 到电源A C l 的最小连集有 A ，B 、 C ，D 、 A ，E D 、 C 。E ，B ，求 得L P 到A C - I 的最小割集有 A ，C 、 B ，D 、l A ，E ， D 、 C ，E ，B 。到电源A C 一2 的最小连集有 D 、I B ， E l 、 A B C ，求得最小割集为 B ，D l 、 A E ，D 。 求并的由L P 到电源A C l 的每一个割集依次 与L P 到电源A C - 2 的每一个割集求并，即将 A ，B 、 C ，D 、 A ，E ，D l 、 C ，E ，B l 每一个集合依次与 D 、 B ， E l 、 A ，B ，C 求并： A ，B U D 、 A ，B u B ，E 、 A ，B u A ，B ，C ) ； C ，D l U D l 、 C ，D l U B ，E 、 C ，D l u A ，B ，C ； l A ，B ，C ) u D l 、 A 。E ，D U B 。E 、 A ，E 。D ) u A ，B ，C ； C ，E ，B u D 、 C ，E ，B u B ，E ) 、 C ，E ，B U A ，B ，C 。 并去掉相同项。得到一个集合I A ，B 。C ，D ， A ， C ，D ，E J 1 B ，D ，l A ，B ，D ，E J ， A ，D ，E ，l B ，C ，D ，E ， A ，B ，C ，D ，E 。 对这个集合按照每个元素( 也是集合) 中的元 素个数多少进行排序，有 B ，D ，f A ，D ，E ， A ，B ， C ，D ， A ，C ，D ，E ， A ，B ，D ，E ， B ，C ，D ，E ， A ，B ，C ， D ，E l 。 对元素进行筛选，先用排序后的第一个元素即 B ，D l ，依次与它后边的元素相比较，若第一个元素 不是后一个元素的子集则保留该元素并继续与后 面元素比较：若第一个元素是后边元素的子集则 删除后边元素，继续与下一个元素比较，直到最后 一个元素，得到一个新的集合“B ，D ， A ，D ，E ， A ， C ，D ，E o 对新的集合同样进行上面的处理，直到任 何一个元素都不是其它所有元素的子集为止。最后 得到网络的最小割集l I B ，D l ，l A ，D ，E 。 1 3 开关的影晌 配电系统中负荷点可靠性指标与故障组件有 关，也与故障后隔离故障以及恢复供电的开关装置 有关。开关装置在配电系统可靠性分析中具有不可 忽视的作用主要可以分为以下3 类：第l 类是自 动开关包括断路器、熔断器等在故障发生时能够 自动动作切除故障的装置，他们决定故障在网络中 的扩散情况主要影响负荷点的故障率；第2 类是 手动开关( 隔离开关) ，它们虽不能降低负荷点的故 障率，但影响负衙点的故障类型和停运时间；第3 类是联络开关故障后通过联络开关的倒闸操作 可以部分或全部恢复停电的负荷1 7 I 。 随着配电网自动化和智能电网技术的不断发 展各种先进的传感测破技术、信息通信技术、自动 控制技术等进入电力系统。电网信息的获取更加全 面，更加及时，为各种开关设备快速隔离故障实现 自我恢复提供了很好的技术基础，同时也为微网运 行状态的