計及被動式孤島檢測失敗影響的配電網可靠性評估方法與流程
2024-03-24 04:16:05
本發明屬於含分布式電源的配電網可靠性評估領域，涉及一種計及被動式孤島檢測失敗影響的配電網可靠性評估方法。
背景技術：
：分布式電源接入配電網後，會給配電網帶來一些好處，如提供電壓支撐、降低網絡損耗等。另一方面，由於可再生能源的間歇性和波動性，配電網中會出現新的繼電保護和孤島檢測問題。當光伏或風電接入配電網後，由於分布式電源的出力不確定性，故障發生後形成的非計劃孤島將不能維持穩定運行，因此非計劃孤島狀態需要被及時地檢測出來。基於已有的被動式孤島檢測盲區的理論研究，可以根據分布式電源出力與負荷需求的匹配程度，判斷故障發生時刻分布式電源能否檢測出非計劃孤島的形成。在配電網中，自動重合閘是非常有效的清除線路瞬時故障的操作。分布式電源接入對配電網自動重合閘的影響研究目前主要集中在定性分析上：線路發生瞬時故障後，分布式電源可能會阻礙電弧熄滅，從而導致自動重合閘失敗。然而，現有研究中很少有對這一影響的定量分析以及考慮這一影響後的配電網可靠性評估。因此計及非計劃孤島檢測失敗對配電網自動重合閘的影響，提出相應的含分布式電源配電網的可靠性評估方法將更具有現實意義。技術實現要素：技術問題：本發明的目的是提供一種計及被動式孤島檢測失敗影響的配電網可靠性評估方法，有效地對被動式孤島檢測失敗產生的不利影響進行定量分析，並能得到一個更加精確的含分布式電源配電網可靠性評估結果。技術方案：為解決上述技術問題，本發明實施例採用一種計及被動式孤島檢測失敗影響的配電網可靠性評估方法，該方法包括以下步驟：10)獲取配電網信息數據；20)根據步驟10)獲取的配電網信息數據，設定運行模擬年數，運用序貫蒙特卡洛法模擬系統各元件運行狀態，所述運行狀態包括瞬時故障狀態、永久故障狀態和正常運行狀態；在系統發生故障情況下，計及被動式孤島檢測方法能否檢測到非計劃孤島對配電網自動重合閘操作的影響，進行故障模式影響分析，得到模擬年內各負荷點的瞬時停電次數、持續停電次數及其持續停電時長；30)根據步驟20)中獲取的模擬年內各負荷點的瞬時停電次數、持續停電次數及其持續停電時長，得到分布式電源接入後，以及被動式孤島檢測方法失敗的各負荷點可靠性指標和配電網可靠性指標。作為優選例，所述的步驟10)中所需具體數據包括：配電網拓撲結構、時序變化的負荷數據、分布式電源接入節點、額定功率及其出力概率分布、變壓器故障率和配電線路故障概率。作為優選例，所述的步驟20)具體包括：201)設配電系統元件正常運行持續時間為tTTF，故障修復持續時間為tTTR，tTTF和tTTR均服從指數分布，如下式所示：tTTF=-1λs+λmlnR]]>tTTR＝-tMTTRlnR式中：λs表示元件年破壞性故障率，λm表示元件年瞬時故障率，R表示服從(0，1)均勻分布的隨機數，tMTTR為元件的平均修復時間；202)模擬系統各元件運行狀態，包括步驟2021)—步驟2025)：2021)首先設定模擬年為Nyear，根據步驟201)生成各元件初始正常運行時間tTTF，令t＝tTTF。2022)找出t值最小的元件i，其最小值為ti，並隨機生成一個在(0,1)內均勻分布的隨機數x；若x≤λm/(λs+λm)，則進入步驟2023),若x>λm/(λs+λm)，則進入步驟2024)；2023)系統元件發生瞬時故障，假設故障發生時刻分布式電源輸出的有功功率為PDG，無功功率為QDG，本地有功需求為PL，無功需求為QL，則流經公共連接點的潮流值由下式計算：ΔPG＝|PDG-PL|ΔQG＝|QDG-QL|其中，ΔPG表示分布式電源輸出有功與本地有功需求量差值的絕對值，ΔQG表示分布式電源輸出無功與本地無功需求量差值的絕對值；逆變器接口的分布式電源以單位功率因數運行，設公共連接點的電壓幅值為UPCC，頻率幅值為fPCC，Qf代表負荷的品質因數，電網設定的電壓上限值為Umax，電壓下限值為Umin，頻率上限值為fmax，頻率下限值為fmin，若分布式電源逆變器控制方式採用恆定功率控制，則該運行方式下的孤島檢測盲區公式由下式確定：(UPCCUmax)2-1≤ΔPGPDG≤(UPCCUmin)2-1]]>Qf(1-(fPCCfmin)2)≤ΔQGPDG≤Qf(1-(fPCCfmax)2)]]>若分布式電源逆變器控制方式採用恆定電流控制運行，則該運行方式下的孤島檢測盲區公式為：(UPCCUmax)2≤(1+ΔPGPDG)2+(ΔPGPDG)2≤(UPCCUmin)2]]>Qf(fminfPCC-fPCCfmin)≤ΔQGPDG(1+ΔQGPDG)-1≤Qf(fmaxfPCC-fPCCfmax)]]>將故障時刻的PDG、QDG、PL、QL，電網運行設定值UPCC、fPCC、Umax、Umin、fmax、fmin以及負荷品質因數Qf帶入相應孤島檢測盲區的不等式，若滿足該不等式，則此次孤島檢測失敗；瞬時故障變為永久性故障，進行故障模式影響分析，根據元件平均修復時間生成此次故障持續修復時間TTR，將此次受影響的負荷點停電次數和停電時長計入各負荷點的永久故障停電次數指標和停電時間指標，生成新的元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTR+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；若不滿足該不等式，則成功檢測到孤島存在，瞬時重合閘成功，進行故障後果分析，將此次瞬時停電影響的負荷點停電次數指標加1，根據該故障元件故障率新生成元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；2024)系統元件發生永久故障，進行故障模式影響分析，根據元件平均修復時間生成此次故障持續修復時間TTR，並將受影響的負荷點停電次數和停電時長計入各負荷點的永久故障停電次數指標和停電時間指標，生成新的元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTR+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；2025)如果min(t)λsf=NsfNyear]]>Usf=TNsfNyear]]>根據各負荷點的可靠性指標，得到系統年平均瞬時停電頻率MAIFI、系統年平均永久停電頻率SAIFI、系統年平均停電持續時間SAIDI以及平均供電可用度ASAI系統可靠性指標，如下式所示：MAIFI=Σi=1MNtfMNyear]]>SAIFI=Σi=1MNsfMNyear]]>SAIDI=Σi=1MTNsfMNyear]]>ASAI=MNyear*8760-Σi=1MTNsfMNyear*8760=1-SAIDI8760]]>式中，M表示系統內總負荷數。有益效果：與現有技術相比，本發明實施例具有以下有益效果：本發明提出的可靠性評估方法，能夠有效地對被動式孤島檢測失敗產生的不利影響進行定量分析，並能得到考慮分布式電源負面效應的配電網可靠性評估結果。通過在不同容量分布式電源接入情況下進行負荷需求與分布式電源出力的匹配，可知孤島檢測失敗的概率會隨著分布式電源接入容量的變化而波動。在不同容量、不同類型分布式電源接入條件下，使用本發明提出的配電網可靠性分析方法，將能更好地模擬計算分布式電源帶來的負面效應，得出一個更加實際的可靠性評估結果。附圖說明圖1為本發明的流程示意圖；圖2為本發明實例中分布式電源接入後的IEEERBTSBUS6F4饋線系統圖；圖3為本發明實例中不同容量風機接入情況下的系統可靠性指標SAIDI曲線；圖4為本發明實例中不同容量風機接入情況下的系統可靠性指標SAIFI曲線；圖5為本發明實例中不同容量風機接入情況下的系統可靠性指標MAIFI曲線；圖6為本發明實例中不同容量風機接入情況下的系統可靠性指標ASAI曲線。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施案例對本發明進行深入地詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施案例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定發明。圖1是本發明實施例的方法流程示意圖，介紹了本發明計算配電網可靠性的基本步驟。本發明實施例的一種計及被動式孤島檢測失敗影響的配電網可靠性評估方法，包括以下步驟：10)獲取配電網信息數據；配電網信息數據具體包括：配電網拓撲結構、時序變化的負荷數據、分布式電源接入節點、額定功率及其出力概率分布、變壓器故障率和配電線路故障概率。20)根據步驟10)獲取的配電網信息數據，設定運行模擬年數，運用序貫蒙特卡洛法模擬系統各元件運行狀態，所述運行狀態包括瞬時故障狀態、永久故障狀態和正常運行狀態；在系統發生故障情況下進行故障模式影響分析時，加入被動式孤島檢測方法能否檢測到非計劃孤島對配電網自動重合閘操作影響的研究，得到模擬年內各負荷點的瞬時停電次數、持續停電次數及其持續停電時長；步驟20)具體包括：201)設配電系統元件正常運行持續時間為tTTF，故障修復持續時間為tTTR，tTTF和tTTR均服從指數分布，如下式所示：tTTF=-1λs+λmlnR]]>tTTR＝-tMTTRlnR式中：λs表示元件年破壞性故障率，λm表示元件年瞬時故障率，R表示服從(0，1)均勻分布的隨機數，tMTTR為元件的平均修復時間；202)模擬系統各元件運行狀態，包括步驟2021)—步驟2025)：2021)首先設定模擬年為Nyear，根據步驟201)生成各元件初始正常運行時間tTTF，令t＝tTTF。2022)找出t值最小的元件i，其最小值為ti，並隨機生成一個在(0,1)內均勻分布的隨機數x；若x≤λm/(λs+λm)，則進入步驟2023),若x>λm/(λs+λm)，則進入步驟2024)；2023)系統元件發生瞬時故障，假設故障發生時刻分布式電源輸出的有功功率為PDG，無功功率為QDG，本地有功需求為PL，無功需求為QL，則流經公共連接點的潮流值由下式計算：ΔPG＝|PDG-PL|ΔQG＝|QDG-QL|其中，ΔPG表示分布式電源輸出有功與本地有功需求量差值的絕對值，ΔQG表示分布式電源輸出無功與本地無功需求量差值的絕對值；逆變器接口的分布式電源以單位功率因數運行，設公共連接點的電壓幅值為UPCC，頻率幅值為fPCC，Qf代表負荷的品質因數，電網設定的電壓上限值為Umax，電壓下限值為Umin，頻率上限值為fmax，頻率下限值為fmin，若分布式電源逆變器控制方式採用恆定功率控制，則該運行方式下的孤島檢測盲區公式由下式確定：(UPCCUmax)2-1≤ΔPGPDG≤(UPCCUmin)2-1]]>Qf(1-(fPCCfmin)2)≤ΔQGPDG≤Qf(1-(fPCCfmax)2)]]>若分布式電源逆變器控制方式採用恆定電流控制運行，則該運行方式下的孤島檢測盲區公式為：(UPCCUmax)2≤(1+ΔPGPDG)2+(ΔPGPDG)2≤(UPCCUmin)2]]>Qf(fminfPCC-fPCCfmin)≤ΔQGPDG(1+ΔQGPDG)-1≤Qf(fmaxfPCC-fPCCfmax)]]>將故障時刻的PDG、QDG、PL、QL，電網運行設定值UPCC、fPCC、Umax、Umin、fmax、fmin以及負荷品質因數Qf帶入相應孤島檢測盲區的不等式，若滿足該不等式，則此次孤島檢測失敗；瞬時故障變為永久性故障，進行故障模式影響分析，根據元件平均修復時間生成此次故障持續修復時間TTR，將此次受影響的負荷點停電次數和停電時長計入各負荷點的永久故障停電次數指標和停電時間指標，生成新的元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTR+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；若不滿足該不等式，則成功檢測到孤島存在，瞬時重合閘成功，進行故障後果分析，將此次瞬時停電影響的負荷點停電次數指標加1，根據該故障元件故障率新生成元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；2024)系統元件發生永久故障，進行故障模式影響分析，根據元件平均修復時間生成此次故障持續修復時間TTR，並將受影響的負荷點停電次數和停電時長計入各負荷點的永久故障停電次數指標和停電時間指標，生成新的元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTR+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；2025)如果min(t)λsf=NsfNyear]]>Usf=TNsfNyear]]>根據各負荷點的可靠性指標，得到系統年平均瞬時停電頻率MAIFI、系統年平均永久停電頻率SAIFI、系統年平均停電持續時間SAIDI以及平均供電可用度ASAI系統可靠性指標，如下式所示：MAIFI=Σi=1MNtfMNyear]]>SAIFI=Σi=1MNsfMNyear]]>SAIDI=Σi=1MTNsfMNyear]]>ASAI=MNyear*8760-Σi=1MTNsfMNyear*8760=1-SAIDI8760]]>式中，M表示系統內總負荷數。具有不確定性的新能源接入配電網後，會給配電系統操作運行帶來一定的負面影響。本發明實施例從這一角度進行分析，提出了計及系統瞬時故障下因被動式孤島檢測失敗而引起開關自動重合閘失敗的配電網可靠性計算流程。本發明實施例的方法，在現有的採用序貫蒙特卡洛模擬法計算配電網可靠性的流程中，加入了分布式電源孤島檢測對開關自動重合閘操作影響的分析過程，從而提高配電網可靠性評估的準確性。根據本發明實施例的方法，可以有效地量化被動式孤島檢測失敗對系統自動重合閘和配電網可靠性的影響，並得到一個更加精確的含分布式電源配電網可靠性計算結果。下面例舉一實例。採用的算例為分布式電源接入後的IEEERBTSBUS6F4饋線系統，該系統共有30條線路，23個負荷點，23個用戶變壓器，4個斷路器，接入的分布式電源為恆定功率控制運行方式下的風機，見圖2所示。下面以該系統為例，說明本發明方法的具體實現。假定風速v服從韋布爾概率密度分布，如下式所示：fw(v)=kc(vc)k-1exp-(vc)k]]>其中，k表示該概率分布的形狀參數，c表示該概率分布的比例參數。風速v與風機實時出力Pw的關係如下式所示：Pw(v)=00≤v≤vciPrwind×v-vcivr-vcivci≤v≤vrPrwindvr≤v≤vco0vco其中，vci表示切入風速(m/s)，vr表示額定風速(m/s)，vco表示切出風速(m/s)，Prwind表示風機額定功率(kW)。本實例中，風速模型參數k設置為7.55，c設置為2.26；風機的切入風速為3.5m/s，額定風速為7.3m/s，切出風速為25m/s。時序變化的負荷數據、線路長度、元件故障率以及相應的元件修復率如表1-表3所示。表1負荷節點編號用戶類型峰荷(kW)負荷點用戶數負荷節點編號用戶類型峰荷(kW)負荷點用戶數LP1居民用戶296.4147LP13農業用戶651.71LP2居民用戶322.9126LP14居民用戶277.679LP3農業用戶651.71LP15農業用戶502.51LP4農業用戶6861LP16居民用戶283.176LP5居民用戶369.8132LP17農業用戶651.71LP6居民用戶296.4147LP18農業用戶6861LP7農業用戶796.51LP19居民用戶277.679LP8居民用戶277.679LP20農業用戶502.51LP9農業用戶737.51LP21農業用戶737.51LP10居民用戶283.176LP22居民用戶283.176LP11居民用戶277.679LP23農業用戶796.51LP12居民用戶283.176表2表3假設系統中線路均為架空線路，且在模擬運行中只考慮線路故障，設定線路瞬時故障與永久故障概率比值為4:1。對接入風機容量為750kW的F4饋線系統進行可靠性分析計算。在方法1中，使用本發明提出的方法進行分析，其中，步驟202)中，2021)設定模擬年Nyear＝100000，根據各線路元件生成各元件初始正常運行時間tTTF，令t＝tTTF。2022)找出t值最小的元件i，其最小值為ti，並隨機生成一個在(0,1)內均勻分布的隨機數x。若x≤4/5，則進入步驟2023)；若x>4/5，則進入步驟2024)；2023)系統元件發生瞬時故障，假設故障發生時刻分布式電源輸出的有功功率為PDG，無功功率為QDG，本地有功需求為PL，無功需求為QL，則流經公共連接點的潮流值由下式計算：ΔPG＝|PDG-PL|ΔQG＝|QDG-QL|其中，ΔPG表示分布式電源輸出有功與本地有功需求量差值的絕對值，ΔQG表示分布式電源輸出無功與本地無功需求量差值的絕對值；逆變器接口的分布式電源以單位功率因數運行，設公共連接點的電壓幅值為UPCC，頻率幅值為fPCC，Qf代表負荷的品質因數，電網設定的電壓上限值為Umax，電壓下限值為Umin，頻率上限值為fmax，頻率下限值為fmin，若分布式電源逆變器控制方式採用恆定功率控制，則該運行方式下的孤島檢測盲區公式由下式確定：(UPCCUmax)2-1≤ΔPGPDG≤(UPCCUmin)2-1]]>Qf(1-(fPCCfmin)2)≤ΔQGPDG≤Qf(1-(fPCCfmax)2)]]>將故障時刻的PDG、QDG、PL、QL，電網運行設定值UPCC、fPCC、Umax、Umin、fmax、fmin以及負荷品質因數Qf帶入相應孤島檢測盲區的不等式，若滿足該不等式，則此次孤島檢測失敗；瞬時故障變為永久性故障，進行故障模式影響分析，根據元件平均修復時間生成此次故障持續修復時間TTR，將此次受影響的負荷點停電次數和停電時長計入各負荷點的永久故障停電次數指標和停電時間指標，生成新的元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTR+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；若不滿足該不等式，則成功檢測到孤島存在，瞬時重合閘成功，進行故障後果分析，將此次瞬時停電影響的負荷點停電次數指標加1，根據該故障元件故障率新生成元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；2024)系統元件發生永久故障，進行故障模式影響分析，根據元件平均修復時間生成此次故障持續修復時間TTR，並將受影響的負荷點停電次數和停電時長計入各負荷點的永久故障停電次數指標和停電時間指標，生成新的元件正常運行時間TTFnew，將ti+TTR+TTFnew作為更新後的ti，進入步驟2025)；2025)如果min(t)<Nyear，返回步驟2022)，否則，前往步驟203)；203)統計模擬年內各負荷點的瞬時停電次數Ntf、持續停電次數Nsf及其持續停電時長TNsf。30)根據步驟20)所得的瞬時停電次數Ntf、持續停電次數Nsf及其持續停電時長TNsf，得到各負荷點的可靠性指標，包括負荷點的年平均瞬時停電次數λtf、年平均持續停電次數λsf及年平均持續停電時長Usf，如下式所示：負荷點的年平均瞬時停電次數λtf、年平均持續停電次數λsf及年平均持續停電時長Usf；以及根據各負荷點的可靠性指標，得到系統年平均瞬時停電頻率MAIFI、系統年平均永久停電頻率SAIFI、系統年平均停電持續時間SAIDI以及平均供電可用度ASAI系統可靠性指標。分析方法2中可靠性計算結果為一般可靠性評估方法計算所得結果，即在計算過程中不考慮被動式孤島檢測失敗對開關自動重合閘操作的影響。分析方法1和分析方法2結果對比如表4所示：表4從上表中，可以看出考慮被動式孤島檢測失敗對開關重合閘的影響後，負荷節點編號為LP14-LP18的年平均持續停電次數λsf及年平均持續停電時長Usf增加，其年平均瞬時停電次數λtf減少。最後，採用本發明方法提出的方法，在接入不同容量風機的情況下，所得各項系統可靠性指標如圖3—圖6所示。由圖3—圖6可見，隨著風機接入容量的不同，分布式電源對配電網可靠性的不利影響會改變，因此在曲線的前半段，即風機的滲透率逐漸增大時，風機出力與負荷需求的匹配度會上下波動，得到的系統可靠性指標曲線也隨之浮動；而在曲線的後半段中，由於負荷LP14-LP18的最大負荷為2400.9kW，當風機功率大於2500kW後，隨著風機滲透率的增大，風機出力與負荷需求的匹配度只會越來越小，因此系統年平均永久停電頻率SAIFI曲線、系統年平均停電持續時間SAIDI曲線以及平均供電可用度ASAI曲線單調下降。可以看出，分布式電源接入配電網後，若不能100％可靠地檢測到非計劃孤島的存在，將會降低系統的供電可靠性，且分布式電源在不同容量接入情況下將對配電網可靠性造成不同程度的負面影響。上述實施例僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發明權利要求進行改進和等同替換後的技術方案，均落入本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3