基于贝叶斯网络的农网有源配电系统可靠性评估

摘要

由于能源危机和环境约束，分布式发电将成为农村配电网的有力补充和有效支撑，是未来农村配电系统的发展趋势。随着分布式电源、分布式储能装置、可控负荷、各类能源在电网中渗透率的日益提高，配电系统由传统的无源网络变成有源网络，系统的网络结构和运行方式变得更加复杂，配电系统可靠性评估方法也将发生变化。鉴于此，本文基于传统配电系统可靠性评估的研究成果，对农网有源配电系统可靠性评估模型和方法开展研究工作，主要内容如下: 1.针对分布式电源接入配电系统的网络结构以及潮流流向的变化，以故障模式后果影响分析法和条件概率法为依据，根据潮流计算，分析系统内各元件间的逻辑关系，提出了一种基于贝叶斯网络的含分布式电源配电系统可靠性评估方法，该方法从分布式电源的可用度、接入位置和接入容量三个方面来评估含分布式电源配电系统的可靠性，同时推理计算各元件对系统可靠性的影响大小，从而为故障诊断、制定检修计划等实际工程决策提供指导信息。采用贡献率指标，从不同方面表征分布式电源接入对配电系统可靠性的具体提升程度。 2.针对微网接入配电系统后内分布式电源输出功率的不确定性以及负荷的时变特性，采用分时段方法求解含微网配电系统的可靠性指标。针对微网孤岛运行模式下，分布式电源与储能元件的不同逻辑组合状态，设置等值功率（电源）结点，提出了一种微网内电源-负荷结点的动态-供给逻辑关系模型，使之适用于微网贝叶斯网络。采用改进的贝叶斯网络时序模拟推理算法，对含微网配电系统进行可靠性评估。分别求解出微网并网以及离网情况下，影响系统或重要负荷点供电可靠性的关键因素，识别系统可靠性的薄弱环节。算例结果表明该模型和算法的有效性。 3.为了定量分析气象因素对光伏组件故障报修数量的影响程度，采用灰色关联度分析方法构建了光伏组件故障报修数量与气象影响因素之间的关联度模型，针对光伏组件EVA分层，提取对该类故障影响较为显著的气象因素。考虑不同时间，不同地域的气候条件，从时间尺度和空间尺度分别分析光伏组件故障报修数量与气象因素的关联程度，探究引起高故障报修数量的原因。根据分析结果可制定对应天气下的运行检修计划，使得光伏组件在设计和检修上更具方向性和准确性。针对光伏组件故障与气象因素有较强的相关性，而外界气象因素具有很强的时变性，因此计及不同气象因素对光伏组件故障率的影响，提出了一种基于光伏组件时变故障率模型的配电系统可靠性评估方法，分别按照不同时间尺度的故障率对系统进行可靠性评估，算例结果表明该模型和方法的有效性。 4.针对分布式综合能源系统能源转换元件的输出功率不确定性以及负荷的时变特性，建立了系统内供能与负荷的多能-动态-供给逻辑关系模型，使之适合于分布式综合能源系统。基于建立的能源集线器以及分布式综合能源系统的贝叶斯网络，采用贝叶斯网络时序模拟推理算法，分别求解出各类负荷点以及系统的可靠性指标。同时通过诊断推理反映系统及各负荷点内各能源转换元件的故障敏感程度，算例结果验证该模型和算法的有效性。

目录

声明

摘要

1．1选题背景及研究意义

1．2配电系统可靠性评估现状

1．2．1解析法

1．2．2蒙特卡洛模拟法

1．3含微网配电系统可靠性评估的研究现状

1．3．1微网的可靠性建模

1．3．2含微网配电系统可靠性的评估方法

1．4计及气象环境因素含光伏发电的配电系统可靠性评估现状

1．5综合能源系统可靠性评估发展现状

1．6本文研究内容和结构安排

2含微网配电系统可靠性评估指标

2．1含微网配电系统概述

2．1．1微网的定义

2．1．2微网运行方式

2．1．3含微网的配电系统可靠性评估的特点

2．2含微网配电系统可靠性评估指标

2．2．1元件的可靠性参数和模型

2．2．2不同连接方式的系统可靠性模型

2．2．3负荷点可靠性指标

2．2．4含微网配电系统可靠性指标

2．2．5分布式电源接入对全系统可靠性影响的评价指标

本章小结

3基于贝叶斯网络精确推理算法的含分布式电源配电系统可靠性评估

3．1贝叶斯网络概述

3．1．1贝叶斯网络理论基础

3．1．2贝叶斯网络的基本原理

3．1．3贝叶斯网络模型的建立

3．2基于贝叶斯网络精确推理算法的配电系统可靠性评估

3．2．1配电系统贝叶斯网络结点的类型

3．2．2配电系统贝叶斯网络逻辑关系模型的建立

3．2．3算例分析

3．3基于贝叶斯网络精确推理算法的含分布式电源的配电系统可靠性评估

3．3．1分布式电源的建模

3．3．2算例分析

本章小结

4基于贝叶斯网络时序模拟推理算法的含微网配电系统可靠性评估

4．1含微网配电系统的结构

4．2微网可靠性模型

4．2．1元件可靠性模型

4．2．2时序负荷模型

4．2．3风电机组输出功率模型

4．2．4光伏发电系统输出功率模型

4．2．5储能系统充放电模型

4．3微网内逻辑关系模型的建立

4．4微网贝叶斯网络的时序模拟过程

4．5基于贝叶斯网络时序模拟的含微网配电系统可靠性评估算法

4．6算例分析

本章小结

5计及气象环境因素含光伏发电的配电系统可靠性评估

5．1光伏发电系统及光伏组件的结构

5．2光伏组件可靠性影响因素分析

5．2．1紫外辐射对光伏组件可靠性的影响

5．2．2温湿度对光伏组件可靠性的影响

5．2．3恶劣天气对光伏组件可靠性的影响

5．2．4空气质量对光伏组件可靠性的影响

5．3故障报修数量与气象因素相关的灰色关联度分析

5．3．1灰色系统理论及灰色关联分析法

5．3．2 EVA分层的故障报修数量与气象因素的灰色关联度分析

5．3．3不同时间尺度下故障报修数量与气象因素关联度分析

5．3．4不同空间尺度下的故障报修数量与气象因素的关联度分析

5．4计及气象环境因素的含光伏发电的配电系统可靠性评估

5．4．1光伏组件故障率浴盆曲线

5．4．2历史同期故障率统计模型

5．4．3不同时间尺度下的光伏组件故障率

5．4．4算例分析

本章小结

6基于贝叶斯网络时序模拟的分布式综合能源系统可靠性评估

6．1分布式综合能源系统的结构

6．2分布式综合能源系统逻辑关系模型的建立

6．3分布式综合能源系统贝叶斯网络时序模拟过程

6．5算例分析

本章小结

7．1结论

7．2创新点

7．3展望

参考文献

附录

博士学位在读期间发表的论文和著作

作者简介

致谢