中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：微電網(wǎng)是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，針對(duì)微電網(wǎng)自身可靠性水平及微電網(wǎng)接入配電系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)可靠性影響等問(wèn)題，本文對(duì)含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估、微電網(wǎng)的可靠性評(píng)估需要解決的主要問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出：對(duì)含有分布式電源的配電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，需建立各種類(lèi)型的分布式電源可靠性評(píng)估模型;微電網(wǎng)孤島運(yùn)行中還需考慮微電源功率捕捉技術(shù)、控制技術(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的平滑過(guò)渡、電源出力隨機(jī)性等因素;隨著微電網(wǎng)以及智能配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息的實(shí)時(shí)采集將更加容易，負(fù)荷建模將產(chǎn)生新的變化;微電網(wǎng)可靠性評(píng)估在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步對(duì)微電網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、微電網(wǎng)的運(yùn)行方式、運(yùn)行特性對(duì)配電系統(tǒng)可靠性的影響機(jī)理、分布式發(fā)電和儲(chǔ)能裝置運(yùn)行特性的可靠性建模、多電源配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的精確高效模型和算法進(jìn)行深入研究。
1 引言
微電網(wǎng)(Micro-grid，microgrid)，也稱(chēng)微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。
微電網(wǎng)是相對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念。美國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)對(duì)微電網(wǎng)的定義也不盡相同。1)美國(guó)對(duì)微電網(wǎng)的定義：微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微電源共同組成的系統(tǒng)，其內(nèi)部電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制;當(dāng)微電網(wǎng)與主網(wǎng)因?yàn)楣收贤蝗唤饬袝r(shí)，微電網(wǎng)還能夠維持對(duì)自身內(nèi)部的電能供應(yīng)，直到故障排除。2)歐洲對(duì)微電網(wǎng)的定義：利用一次能源，使用微型電源，分為不可控、部分可控和全控三種，并可冷、熱、電三聯(lián)供;配有儲(chǔ)能裝置，使用電力電子裝置進(jìn)行能量調(diào)節(jié)。
微電網(wǎng)各元件技術(shù)參數(shù)及經(jīng)濟(jì)性尚處研究試驗(yàn)階段，是新型電力系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。其綜合了分布式發(fā)電、新型電力電子、儲(chǔ)能和可再生能源等技術(shù)，其主要組成部分包括微電源(分布式電源)、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷和中心控制系統(tǒng)等，具有自治、穩(wěn)定、兼容、靈活的特點(diǎn)。微電網(wǎng)有并網(wǎng)和自治兩種運(yùn)行方式，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可由外部電網(wǎng)和內(nèi)部分布式電源聯(lián)合向負(fù)荷供電，當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障或存在電能質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，可由微電網(wǎng)中心控制系統(tǒng)控制微電網(wǎng)與主網(wǎng)斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)自治運(yùn)行，即僅由內(nèi)部分布式電源給負(fù)荷供電，當(dāng)故障解除后，微電網(wǎng)重新恢復(fù)并網(wǎng)運(yùn)行。
然而，微電網(wǎng)自身的可靠性水平及微電網(wǎng)接入配電系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)可靠性影響等問(wèn)題，已引起電力科研工作者的密切關(guān)注，但進(jìn)入實(shí)質(zhì)研究階段的卻不多，尤其是關(guān)于微電網(wǎng)自身的可靠性評(píng)估的研究，目前在國(guó)內(nèi)外還很鮮見(jiàn)。本文對(duì)含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估進(jìn)行了探索，下面對(duì)此作簡(jiǎn)要介紹。
2 含微電網(wǎng)的新型配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估
隨著微電網(wǎng)的接入，傳統(tǒng)的單電源輻射狀配電網(wǎng)變成了一個(gè)遍布電源和負(fù)荷的多電源新型配電網(wǎng)，改變了配電網(wǎng)輻射狀的結(jié)構(gòu)，增加了配電網(wǎng)潮流的不確定性。同時(shí)，微電網(wǎng)中分布式電源的輸出功率具有隨機(jī)性和間歇性。這些問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制產(chǎn)生了一系列的影響，也給含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。因此，配電系統(tǒng)可靠性的評(píng)估理論與方法也將隨之產(chǎn)生變革。本文對(duì)含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估研究如下：
1)分布式電源的可靠性評(píng)估模型
與傳統(tǒng)電源相比，分布式發(fā)電具有一次能源多樣性、接入位置和運(yùn)行方式靈活、電源出力特性不同等特征，且風(fēng)電、光伏等主要分布式電源具有明顯的間歇性、隨機(jī)性等特點(diǎn)。因此，各類(lèi)型分布式電源的建模是對(duì)含分布式電源的配電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估的首要問(wèn)題。
針對(duì)風(fēng)電、光伏等間歇、隨機(jī)性分布式電源建模的研究較多。常用方法是將分布式電源等效為常規(guī)電源進(jìn)行處理，建立分布式電源的多狀態(tài)概率模型。實(shí)際風(fēng)電機(jī)組、光伏電池的出力隨風(fēng)速、日照強(qiáng)度等因素實(shí)時(shí)變化，幅值從零到額定值之間不斷隨機(jī)變化。通過(guò)多狀態(tài)概率模型將出力連續(xù)變化的風(fēng)電機(jī)組等效為離散的多狀態(tài)發(fā)電機(jī)模型，以便于利用模擬法或解析法計(jì)算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。
同樣地，可應(yīng)用該思想可建立計(jì)及控制策略的儲(chǔ)能設(shè)備可靠性模型。
2)分布式電源孤島劃分
當(dāng)主網(wǎng)發(fā)生故障或者安全穩(wěn)定運(yùn)行需要時(shí)，微電網(wǎng)能進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)，該模式對(duì)孤島內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性有重要影響，但孤島的劃分需要考慮分布式電源功率輸出的隨機(jī)性、負(fù)荷的不確定性以及保護(hù)配置等因素的影響。
目前，常用的孤島劃分策略?xún)H簡(jiǎn)單地考慮微電網(wǎng)中分布式電源與負(fù)荷的功率平衡。實(shí)際上，孤島運(yùn)行中還需考慮微電源功率捕捉技術(shù)、控制技術(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的平滑過(guò)渡、電源出力隨機(jī)性等因素。
3)負(fù)荷及元件可靠性參數(shù)的不確定性
負(fù)荷的特性對(duì)可靠性評(píng)估有著重要的影響，傳統(tǒng)可靠性評(píng)估中往往將負(fù)荷處理為定值，取平均負(fù)荷或者尖峰負(fù)荷;對(duì)于元件的可靠性參數(shù)，也常根據(jù)一定的函數(shù)分布取相應(yīng)的期望值。分布式電源加入配電網(wǎng)后，確定性的負(fù)荷和元件參數(shù)將無(wú)法適應(yīng)分布式電源的動(dòng)態(tài)特性，尤其在孤島運(yùn)行方式下，負(fù)荷特性的研究對(duì)孤島安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。現(xiàn)有研究中，對(duì)負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)，大都采用統(tǒng)計(jì)學(xué)或啟發(fā)式的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行處理，其依賴(lài)于負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)。隨著微電網(wǎng)以及智能配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，負(fù)荷與電網(wǎng)的互動(dòng)將更為密切，信息的實(shí)時(shí)采集將更加容易，這種情況下，負(fù)荷建模也將產(chǎn)生新的變化。
通常，上述分布式電源的可靠性模型、儲(chǔ)能設(shè)備的可靠性模型、孤島劃分策略、負(fù)荷及電源出力的相關(guān)性和隨機(jī)性等關(guān)鍵問(wèn)題解決后，即可應(yīng)用傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法，如;故障模式后果分析法(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)、故障擴(kuò)散法、分塊法等，進(jìn)行微電網(wǎng)可靠性評(píng)估。
3 微電網(wǎng)的可靠性評(píng)估需要解決的主要問(wèn)題
微電網(wǎng)中分布式電源的輸出功率具有隨機(jī)性和間歇性，含微電網(wǎng)的新型配電系統(tǒng)具有雙向潮流，微電網(wǎng)可以根據(jù)需要在不同運(yùn)行方式間平滑切換。這些問(wèn)題都將給含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。因此，微電網(wǎng)可靠性評(píng)估亟需在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，對(duì)如下問(wèn)題進(jìn)行深入研究：
1)微電網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。目前，尚無(wú)針對(duì)微電網(wǎng)可靠性評(píng)估的指標(biāo)體系。借用原有配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的指標(biāo)無(wú)法對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行特性及對(duì)電網(wǎng)可靠性的影響進(jìn)行深入刻畫(huà)和定量評(píng)估。
2)微電網(wǎng)的運(yùn)行方式、運(yùn)行特性對(duì)配電系統(tǒng)可靠性的影響機(jī)理。含微電網(wǎng)的新型配電系統(tǒng)包含有多種能源輸入和多種能源轉(zhuǎn)換單元，并且有多種運(yùn)行方式。微電網(wǎng)的運(yùn)行特性既與其內(nèi)部的分布電源特性以及負(fù)荷特性有關(guān)，也與其內(nèi)部的儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行特性密切相關(guān)。同時(shí)還與外網(wǎng)相互作用有關(guān)。這種相互作用將直接影響到微電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。
3)分布式發(fā)電和儲(chǔ)能裝置運(yùn)行特性的可靠性建模。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的深入開(kāi)發(fā)，不同儲(chǔ)能技術(shù)的采用，對(duì)分布式電源功率輸出特性的影響較大。這將改變微電網(wǎng)的運(yùn)行方式和調(diào)度策略，進(jìn)而影響微電網(wǎng)可靠性性能。
多電源配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的精確高效模型和算法。微電網(wǎng)的接入使傳統(tǒng)單電源輻射狀配電網(wǎng)變成了一個(gè)遍布電源和負(fù)荷的含多電源的新型配電系統(tǒng)。其可靠性評(píng)估必須突破傳統(tǒng)配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的局限，研究多輸入/多輸出新型配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)含微電網(wǎng)的新型配電系統(tǒng)可靠性的合理評(píng)估。
4 結(jié)語(yǔ)
微電網(wǎng)作為一個(gè)整體的可靠性及微電網(wǎng)接入配電系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)可靠性影響等問(wèn)題，尤其是關(guān)于微電網(wǎng)自身的可靠性評(píng)估的研究和實(shí)踐，目前在國(guó)內(nèi)外還很鮮見(jiàn)，應(yīng)該引起電力科研工作者的密切關(guān)注。
