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含多类型DG的电力配电系统可靠性计算研究

时间:2018-03-09 19:13来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电力工程论文,电力工程(electric power engineering),即与电能的生产、输送、分配有关的工程,广义上还包括把电作为动力和能源在多种领域中应用的工程。
本文是一篇电力工程论文,电力工程(electric power engineering),即与电能的生产、输送、分配有关的工程,广义上还包括把电作为动力和能源在多种领域中应用的工程。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电力工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 选题背景和意义
电力系统作为国民经济的重要基础设施,由发电系统、输电系统及配电系统三部分构成,其根本任务是安全、经济、可靠地向电力用户输送合格的电能。配电系统处于电力系统的末端,由各个电压等级的配电变电所、配电线路和配电馈线构成的配电网络及其设备组成,其作用是将电源或输变电系统与用户相连,并向用户分配和供应电能[1]。可见,配电系统是电力系统中与用户联系最密切的一部分,直接影响终端用户的供用电。电力系统可靠性(Electric Power System Reliability)是对电力系统按照可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量之能力的度量[2],包括充裕度和安全性两个方面。电力系统可靠性评估通常是对系统的充裕度进行评估,按电力系统不同功能分为发电系统可靠性评估、发输电系统可靠性评估及配电系统可靠性评估。配电系统可靠性综合体现了配网结构、配电设备状况以及运维管理水平,根据电力公司对用户停电事件统计数据的分析表明,配网对终端用户停电具有很大影响,80% 95%的用户停电事件是由配电系统故障引起的[3]。而且伴随着用电需求的不断增长,现代社会对供电可靠性的要求也逐渐提高,即便是电网局部故障,对供电企业、用户和社会的影响都日益增大,因此,如何向用户提供可靠性更高的电能是供电企业必须面对的挑战,配电系统可靠性也逐步被各方重视。随着风力发电、光伏发电等分布式发电技术日渐成熟,分布式电源能有效利用清洁能源,不对环境造成任何污染,凭借环境友好以及运行方式灵活的特点,获得快速发展并在世界各地逐渐被普及和推广。伴随着智能电网概念的提出及分布式电源技术的不断发展,分布式电源对电网尤其是配电系统产生了巨大影响,各种分布式电源接入配电系统后,改变了配电网结构,使配网由传统的单电源辐射结构变成一个包含电源和负荷的多源配电系统,使配网潮流由单向变为双向流动,从而使配电系统的运行变得更加复杂[4]。尽管分布式电源接入配电网具有经济效益、环境效益以及可靠性提高等优势,但也带来增加配网短路水平、导致配网保护灵敏度变化造成误动或拒动、电压不稳定、频闪、电压骤降及谐波等诸多问题[5]。
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1.2 国内外研究现状
 
1.2.1 配电系统可靠性研究现状
国外对于配电系统可靠性评估研究起步相对较早[6],早在上世纪 30 年代,前苏联就开始了城市电网可靠性研究,上世纪 60 年代中期,英国、加拿大开展了对配网可靠性方面的管理工作,至上世纪 70 年代,美国、日本及欧洲国家也全面展开了对配电网可靠性统计分析的工作,80 年代末,Roy Billiton 等人发表了《电力系统可靠性评估》(ReliabilityEvaluation of Power Systems)[7],公布了可靠性测试系统(RBTS)的一系列数据和测试结果,推动了电力系统可靠性的研究进展。而今,许多国家已将供电系统可靠性评估作为配网规划决策中的一项常规性工作,诸如美国、日本、英国、加拿大、法国等发达国家有专门的研究机构来负责收集和整理可靠性评估所需的原始数据,并建立了完善的配网可靠性评估指标体系、模型及算法。我国从上世纪 80 年代初期才开始配电系统可靠性的研究工作,由于当时缺少对必要数据的统计及行之有效的评估方法,导致配电系统可靠性的研究工作停滞不前。直到 1989年国家电力可靠性管理中心颁布了《供电系统电力客户供电可靠性统计方法》,我国在配电系统可靠性管理方面的工作才全面开展。近二十多年以来,我国在配电系统可靠性方面进行了比较深入的研究,制定出了用于统计配网数据的程序和办法,建立起了有效的配电系统可靠性数据库及管理体系,实现了在全国范围内开展配电系统可靠性统计分析工作,将提高配电系统可靠性作为供电部门主要工作目标之一。经过二十几年的研究发展,我国配电系统可靠性取得了可喜的成绩,据国家电力可靠性管理中心在 2005 年发布的相关数据可看出:不考虑限电因素,我国配电系统可靠性的平均水平由 1992 年的 99.646%提升为2004 年的 99.927%,但与发达国家供电可靠性相比还存在较大的差距。目前我国针对配电系统可靠性的研究主要集中在理论与方法的研究和对可靠性参数的统计和报表上,缺少有效利用已有的统计数据对配电系统可靠性现状进行定量评估的完整系统和实用性的分析计算软件包,可靠性理论研究成果还未在实际工程中应用和普及。
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第二章 配电系统可靠性评估基础
 
2.1 配电系统可靠性指标
可靠性指标是可靠性评估的基础,在对配电系统进行可靠性评估时,通常直接计算不同可靠性指标从多个维度来定量反应配网的可靠性水平。配电系统可靠性评价指标主要分为停电时间类指标、停电频率类指标和缺供电量三种,涵盖负荷点指标和系统指标,如:负荷点平均故障率、负荷点每次故障平均停电持续时间、负荷点年平均停电时间、系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、平均供电可用度、系统缺供电量指标等。本节着重介绍配电系统可靠性评估涉及的元件可靠性参数、负荷点可靠性指标及系统可靠性指标。
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2.2 配电系统元件可靠性模型
配电系统元件可靠性模型主要有两状态模型、三状态模型和七状态模型三种[36],元件两状态模型如图 2.1 所示,两状态模型仅考虑正常和故障两种情况,而三状态模型是在两状态模型的基础上考虑了计划检修状态,七状态模型主要是针对开关操作元件,如断路器、熔断器、隔离开关及负荷开关等元件,它们的结构复杂,动作部件多,故障模式多样,故存在七种状态:正常、故障修复、强迫检修、计划检修、拒动、误动、故障状态。对配电系统进行可靠性评估时多采用两状态模型,本文方法亦是采用两状态模型,因为对于用户来说,无论配网元件是计划检修、故障修复、拒/误动、接地或绝缘故障,此时用户都处于停电状态,从用户角度看此时就是故障状态,因此采用两状态模型既能简化评估过程又能反应实际情况。而难点在于如何将计划检修、设备运行年限、天气影响等诸多因素合理量化到故障率  中,这也是本文的主要工作之一。
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第三章 基于改进的分块-序贯蒙特卡洛法的配电系统可靠性算法研究.......16
3.1 分块算法基本原理........ 16
3.2 改进分块算法....... 19
3.3 序贯蒙特卡洛法基本原理 ..... 21
3.4 基于改进的分块-序贯蒙特卡洛法的配电系统可靠性算法实现 ....... 23
3.5 算例分析...... 25
3.6 小结..... 27
第四章 基于改进元件模型的配电系统可靠性计算研究......28
4.1 时变故障率模型............ 2
4.2 时变负荷模型....... 33
4.3 计算分析...... 33
4.4 小结..... 35
第五章 含多类型 DG 的配电系统可靠性算法研究....... 37
5.1 分布式电源接入综合分析 ..... 37
5.1.1 接入模式.... 37
5.1.2 运行方式.... 38
5.2 分布式电源时序模型.... 39
5.3 孤岛划分策略....... 46
5.4 含 DG 的配电系统可靠性评估算法 ....... 47
5.5 算例分析...... 50
5.6 小结..... 52
 
第五章 含多类型 DG 的配电系统可靠性算法研究
 
随着分布式电源技术的不断发展与进步,DG 并网运行已成为趋势。本文第一章中已有分析,DG 接入配电系统后,在可靠性评估方面,将面临一系列传统配电系统所不涉及的问题。本章在前文提出的基于改进的分块-序贯蒙特卡洛模拟法的可靠性计算方法基础上,在模拟时采用系统状态持续时间并行抽样,将元件、负荷及 DG 三者的时序性有效结合,实现系统和 DG 同步抽样,构成一种能有效反映 DG 对配电系统可靠性影响的计算方法。
 
5.1 分布式电源接入综合分析
由于分布式能源具有很强的随机性和波动性,导致 DG 输出功率不稳定,且接入配电系统的位置、模式和运行方式灵活多样,每种接入模式和运行方式对配电系统的可靠性均有不同程度的影响,从而使含多种 DG 的配电系统可靠性评估变得极为复杂,以下将从接入模式和运行方式两方面简要分析 DG 接入对配电系统的影响。国家电网公司颁布的《分布式电源接入电网技术规定》中指出:容量在 200 kW 及以下的分布式电源宜接入 380V 电压等级电网,容量在 200 kW 以上的分布式电源宜接入 10kV(6 kV)及以上电压等级电网。故分布式电源接入配电系统主要分为以下两种模式[51]:(1)DG 集中接入到配电系统上级变电站低压侧母线上,其接线示意图如图 5.1。此种接入方式主要针对中等规模以上的 DG 接入 10 kV(6 kV)及以上电压等级,其作用与系统电源相同,作为系统电源的补充一起向负荷供电,当配网因故障与系统电源中断时,此时 DG 作为系统电源的补充可继续向用户提供电能,从而能够缓解系统电能供应不足的情况,但是由于 DG 出力不稳定,对提升系统可靠性的作用并不大。(2)DG 从配网分支馈线分散接入,接线图如图 5.2 所示。此种接入模式减少了 DG与负荷的中间配电环节,能够有效发挥 DG 选址及安装方式灵活、能量来源广的优势[52]。当系统中有故障发生时,能够在较快时间内形成孤岛继续向孤岛内负荷供电,大大缩短了部分负荷点的故障停电时间,使系统的供电可靠性得到明显改善。本文研究正是基于此种接入模式。
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总结
 
伴随着愈演愈烈的能源危机与环境压力,我国出台了一系列“推进智能电网建设促进新能源发展”的政策,分布式电源逐渐受到政府和电力公司的重视,由于配网直接与用户相连接,其可靠性高低对用户和供电企业来说至关重要。DG 接入配电系统后,改变了传统配电网的结构和运行方式,且 DG 输出功率具有很强的随机性和波动性,其接入配电系统的位置、模式和运行方式灵活多样,每种接入模式和运行方式对配电系统的可靠性都有不同程度的影响,尽管已有大量文献针对 DG 接入配电系统后的可靠性研究,但还存在算法的计算速度有待提高、没有将元件故障率时变性与 DG 时序性相结合、算法中不能有效反映 DG 的双重属性等不足。为了完善已有研究的不足,本文在前人的基础上,根据配电系统的特点提出了一种基于改进的分块-序贯蒙特卡洛法的配电系统可靠性算法,将一般元件模型进行改进,并将所提出的算法进行改进,使之能有效反映 DG 对配电系统可靠性的影响。本文主要研究成果如下:
1.提出了一种基于改进的分块算法和序贯蒙特卡洛法的可靠性评估算法。根据配电网络结构特点,以网络中的开关设备为界,按照各个元件故障后对整个网络所造成的影响不同,将配电网划分为不同的分块,从而将元件众多的复杂配电网络划分为数量更少的分块,以分块代替元件进行故障模拟,减少了故障枚举时间,降低了对复杂配电网络分析的难度。在分块的基础上,定义了分块联接矩阵,通过查找分块联接矩阵中的非零元素确定故障影响范围,相比传统方法中搜索开关元件更加方便快捷,不用重复搜索开关元件,大大节约了搜索时间,提高计算速度。同时考虑到配电系统的复杂性、元件故障率和负荷的时变性,将序贯蒙特卡洛模拟法与改进的分块算法相结合,构成了一种有效的配电系统可靠性计算方法。
2.对一般元件可靠性模型进行改进,用平均故障率来计算考虑设备寿命周期影响的时变故障率,并在此基础上引入天气因素影响因子,提出一种简单而贴合实际的天气因素影响因子赋值方法,充分考虑了寿命周期和天气等时变因素对元件故障率的影响。从而使改进的元件时变故障率模型有效反映其实际运行过程,使计算结果更具实际参考意义。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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