中國儲能網(wǎng)訊：微電網(wǎng)是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，針對微電網(wǎng)自身可靠性水平及微電網(wǎng)接入配電系統(tǒng)后對系統(tǒng)可靠性影響等問題，本文對含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評估、微電網(wǎng)的可靠性評估需要解決的主要問題進行了研究，提出：對含有分布式電源的配電系統(tǒng)進行可靠性評估，需建立各種類型的分布式電源可靠性評估模型;微電網(wǎng)孤島運行中還需考慮微電源功率捕捉技術(shù)、控制技術(shù)、運行狀態(tài)的平滑過渡、電源出力隨機性等因素;隨著微電網(wǎng)以及智能配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息的實時采集將更加容易，負荷建模將產(chǎn)生新的變化;微電網(wǎng)可靠性評估在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，需進一步對微電網(wǎng)可靠性評價指標(biāo)體系、微電網(wǎng)的運行方式、運行特性對配電系統(tǒng)可靠性的影響機理、分布式發(fā)電和儲能裝置運行特性的可靠性建模、多電源配電系統(tǒng)可靠性評估的精確高效模型和算法進行深入研究。
1 引言
微電網(wǎng)(Micro-grid，microgrid)，也稱微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。
微電網(wǎng)是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個概念。美國、歐洲等國家和地區(qū)對微電網(wǎng)的定義也不盡相同。1)美國對微電網(wǎng)的定義：微電網(wǎng)是一種由負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)因為故障突然解列時，微電網(wǎng)還能夠維持對自身內(nèi)部的電能供應(yīng)，直到故障排除。2)歐洲對微電網(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;配有儲能裝置，使用電力電子裝置進行能量調(diào)節(jié)。
微電網(wǎng)各元件技術(shù)參數(shù)及經(jīng)濟性尚處研究試驗階段，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)、儲能裝置、負荷和中心控制系統(tǒng)等，具有自治、穩(wěn)定、兼容、靈活的特點。微電網(wǎng)有并網(wǎng)和自治兩種運行方式，并網(wǎng)運行時可由外部電網(wǎng)和內(nèi)部分布式電源聯(lián)合向負荷供電，當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障或存在電能質(zhì)量問題時，可由微電網(wǎng)中心控制系統(tǒng)控制微電網(wǎng)與主網(wǎng)斷開實現(xiàn)自治運行，即僅由內(nèi)部分布式電源給負荷供電，當(dāng)故障解除后，微電網(wǎng)重新恢復(fù)并網(wǎng)運行。
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)后對系統(tǒng)可靠性影響等問題，已引起電力科研工作者的密切關(guān)注，但進入實質(zhì)研究階段的卻不多，尤其是關(guān)于微電網(wǎng)自身的可靠性評估的研究，目前在國內(nèi)外還很鮮見。本文對含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評估進行了探索，下面對此作簡要介紹。
2 含微電網(wǎng)的新型配電系統(tǒng)可靠性評估
隨著微電網(wǎng)的接入，傳統(tǒng)的單電源輻射狀配電網(wǎng)變成了一個遍布電源和負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，微電網(wǎng)中分布式電源的輸出功率具有隨機性和間歇性。這些問題對系統(tǒng)的運行和控制產(chǎn)生了一系列的影響，也給含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評估帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，配電系統(tǒng)可靠性的評估理論與方法也將隨之產(chǎn)生變革。本文對含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評估研究如下：
1)分布式電源的可靠性評估模型
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、隨機性等特點。因此，各類型分布式電源的建模是對含分布式電源的配電系統(tǒng)進行可靠性評估的首要問題。
針對風(fēng)電、光伏等間歇、隨機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)電源進行處理，建立分布式電源的多狀態(tài)概率模型。實際風(fēng)電機組、光伏電池的出力隨風(fēng)速、日照強度等因素實時變化，幅值從零到額定值之間不斷隨機變化。通過多狀態(tài)概率模型將出力連續(xù)變化的風(fēng)電機組等效為離散的多狀態(tài)發(fā)電機模型，以便于利用模擬法或解析法計算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。
同樣地，可應(yīng)用該思想可建立計及控制策略的儲能設(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)定運行需要時，微電網(wǎng)能進入孤島運行狀態(tài)，該模式對孤島內(nèi)負荷點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性、負荷的不確定性以及保護配置等因素的影響。
目前，常用的孤島劃分策略僅簡單地考慮微電網(wǎng)中分布式電源與負荷的功率平衡。實際上，孤島運行中還需考慮微電源功率捕捉技術(shù)、控制技術(shù)、運行狀態(tài)的平滑過渡、電源出力隨機性等因素。
3)負荷及元件可靠性參數(shù)的不確定性
負荷的特性對可靠性評估有著重要的影響，傳統(tǒng)可靠性評估中往往將負荷處理為定值，取平均負荷或者尖峰負荷;對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，確定性的負荷和元件參數(shù)將無法適應(yīng)分布式電源的動態(tài)特性，尤其在孤島運行方式下，負荷特性的研究對孤島安全穩(wěn)定運行尤為重要?，F(xiàn)有研究中，對負荷的隨機波動，大都采用統(tǒng)計學(xué)或啟發(fā)式的預(yù)測方法進行處理，其依賴于負荷的歷史數(shù)據(jù)。隨著微電網(wǎng)以及智能配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，負荷與電網(wǎng)的互動將更為密切，信息的實時采集將更加容易，這種情況下，負荷建模也將產(chǎn)生新的變化。
通常，上述分布式電源的可靠性模型、儲能設(shè)備的可靠性模型、孤島劃分策略、負荷及電源出力的相關(guān)性和隨機性等關(guān)鍵問題解決后，即可應(yīng)用傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性評估方法，如;故障模式后果分析法(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)、故障擴散法、分塊法等，進行微電網(wǎng)可靠性評估。
3 微電網(wǎng)的可靠性評估需要解決的主要問題
微電網(wǎng)中分布式電源的輸出功率具有隨機性和間歇性，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)需要在不同運行方式間平滑切換。這些問題都將給含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)可靠性評估帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，微電網(wǎng)可靠性評估亟需在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，對如下問題進行深入研究：
1)微電網(wǎng)可靠性評價指標(biāo)體系。目前，尚無針對微電網(wǎng)可靠性評估的指標(biāo)體系。借用原有配電系統(tǒng)可靠性評估的指標(biāo)無法對微電網(wǎng)的運行特性及對電網(wǎng)可靠性的影響進行深入刻畫和定量評估。
2)微電網(wǎng)的運行方式、運行特性對配電系統(tǒng)可靠性的影響機理。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，并且有多種運行方式。微電網(wǎng)的運行特性既與其內(nèi)部的分布電源特性以及負荷特性有關(guān)，也與其內(nèi)部的儲能系統(tǒng)運行特性密切相關(guān)。同時還與外網(wǎng)相互作用有關(guān)。這種相互作用將直接影響到微電網(wǎng)的運行可靠性。
3)分布式發(fā)電和儲能裝置運行特性的可靠性建模。隨著儲能技術(shù)的深入開發(fā)，不同儲能技術(shù)的采用，對分布式電源功率輸出特性的影響較大。這將改變微電網(wǎng)的運行方式和調(diào)度策略，進而影響微電網(wǎng)可靠性性能。
多電源配電系統(tǒng)可靠性評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)變成了一個遍布電源和負荷的含多電源的新型配電系統(tǒng)。其可靠性評估必須突破傳統(tǒng)配電系統(tǒng)可靠性評估的局限，研究多輸入/多輸出新型配電系統(tǒng)可靠性評估的算法，實現(xiàn)對含微電網(wǎng)的新型配電系統(tǒng)可靠性的合理評估。
4 結(jié)語
微電網(wǎng)作為一個整體的可靠性及微電網(wǎng)接入配電系統(tǒng)后對系統(tǒng)可靠性影響等問題，尤其是關(guān)于微電網(wǎng)自身的可靠性評估的研究和實踐，目前在國內(nèi)外還很鮮見，應(yīng)該引起電力科研工作者的密切關(guān)注。
