含微电网的配电网可靠性评估与重构研究

摘要

近些年，世界范围内围绕着“能源”进行的变革如火如荼。作为应用最为广泛的电力能源自然也难以置身事外，而智能电网的建设即是电力改革的方向之一。
　　可再生能源发电与电网的有机结合是智能电网的标志之一。而囿于可再生能源发电形式的多样化，以及控制模式的复杂性，分布式发电技术始终难以进行大面积的推广和应用，距离绿色能源的目标相距甚远。在此背景之下，为最大限度的利用分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势，人们在分布式发电的基础上，提出了微电网的概念。
　　微电网是一个完整的发、配电子系统，具有自治、稳定、兼容、灵活、经济等特点，有并网和自治运行2种运行方式，是电力系统中的“网中网”。微电网一般分散接入配电网，组成含微电网的配电网给负荷供电。当微电网处于并网运行方式中时，含微电网的配电网中的负荷由配电网上级电源和微电网内部的分布式电源(DG)同时供电[1]，当微电网处于自治运行方式中时，仅由微电网内部的分布式电源(DG)给负荷供电。分布式发电技术和微电网技术的发展可以对大电网提供有力补充和有效支持，是未来电力系统的重要发展趋势之一。
　　为实现快速、灵活、多变的运行方式，微电网中装备了大量由电力电子控制的静态开关。同样，为实现配电网的灵活运行及减少故障影响范围，尤其是随着配电自动化的实施，配电网络中也安装有大量的分段开关及联络开关等。本文围绕这些开关，进行了含微电网的配电网的简化分析、可靠性评估以及重构工作。主要研究内容可以概括如下:
　　(1)分析了组成微电网的元件及其特点，微电网的结构及控制、运行方式，含微电网的配电网的结构与运行特点，含微电网的配电网的可靠性指标体系，以及可靠性指标之间的内在关系。
　　(2)为简化含微电网的配电网，对开关属性进行了分析，建立了适用于含微电网的配电网的开关因子模型和分级分区简化模型。对所建模型进行了可靠性理论基础分析，并对经典配电网系统进行了潮流计算结果分析，为简化模型的建立提供了可靠性理论依据和潮流计算结果验证。在此基础上建立了含微电网的配电网的空间拓扑模型[1]，并结合该空间拓扑模型，设计了适用于含微电网的配电网可靠性评估计算的编号原则以及开关自动生成算法。
　　(3)建立了含微电网的配电网的可靠性评估开关简化模型，该模型能够直接计算某一负荷点的可靠性指标，而不需进行全网计算。
　　(4)结合微电网中分布式电源(DG)类型及多种功率控制模式，进行了考虑微电网功率控制模式的配电网可靠性评估，分析了微电网不同的功率控制模式对配电网可靠性的影响。
　　(5)分析了离网型微电网的网络结构及其运行时的控制特点。考虑到离网型微电网中的每个设备发生故障都可能会引起整个离网型微电网的供电中断，故建立了用于离网型微电网中设备重要性的可靠性评估指标。把概率树法、故障模式分析法以及蒙特卡洛模拟法进行有机结合，对风光复合发电系统以及离网型微电网进行了可靠性评估。
　　(6)建立了基于可靠性的含微电网的配电网重构模型，设计了基于可靠性的开关交换算法，进行了基于可靠性的含微电网的配电网重构研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 微电网简介

1．2．1 微电网的概念

1．2．2 国内外微电网的研究现状

1．3 含微电网的配电网相关问题国内外研究现状

1．3．1 传统配电网可靠性评估与重构研究现状

1．3．2 含微电网的配电网可靠性评估研究现状

1．3．3 含微电网的配电网重构研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 含微电网的配电网结构与运行特征

2．1 引言

2．2 微电网的组成元件

2．2．1 分布式电源(DG)及其特点

2．2．2 微电网的负荷管理方式

2．2．3 微电网中的分布式储能装置

2．2．4 微电网的控制系统

2．3 微电网的结构与运行

2．3．1 微电网的接线形式

2．3．2 微电网的运行方式

2．3．3 微电网的控制方式

2．4 含微电网的配电网的结构与运行

2．4．1 含微电网的配电网结构特点

2．4．2 含微电网的配电网运行特点

2．5 含微电网的配电网可靠性指标

2．5．1 负荷点的可靠性指标

2．5．2 全系统可靠性指标

2．5．3 微电网对全系统可靠性影响的评价指标

2．5．4 可靠性指标之间的内在关系

2．6 本章小结

第三章 含微电网的配电网的简化分析

3．1 引言

3．2 开关及其因子模型

3．2．1 开关属性

3．2．2 开关因子模型

3．3 分级分区简化模型

3．3．1 简化模型的可靠性理论基础

3．3．2 简化模型的潮流计算基础

3．4 含微电网的配电网的网络空间拓扑

3．4．1 空间拓扑分析

3．4．2 编号原则

3．4．3 参数信息描述

3．4．4 开关自动生成算法

3．5 本章小结

第四章 基于开关简化模型的含微电网的配电网可靠性评估

4．1 引言

4．2 面向开关的可靠性评估简化模型

4．2．1 开关的可靠性作用范围

4．2．2 可靠性评估简化模型

4．3 可靠性评估算法

4．3．1 单向潮流结构分区计算

4．3．2 双向潮流结构分区计算

4．3．3 计算框图

4．4 算例分析

4．4．1 算例原始资料

4．4．2 计算结果及分析

4．5 本章小结

第五章 考虑微电网功率控制模式的配电网可靠性评估

5．1 引言

5．2 微电网功率控制模式研究

5．2．2 恒功率控制模式

5．2．3 考虑分布式电源功率限制的功率控制模式

5．2．4 联合最优功率控制模式

5．3 基于网络空间拓扑的最小路模型

5．4 改进最小路算法流程

5．4．1 最小路分区的可靠性参数计算

5．4．2 非最小路分区的可靠性参数折算

5．4．3 负荷点可靠性参数计算

5．4．4 计算框图

5．5 算例分析

5．5．1 算例原始资料

5．5．2 计算结果及分析

5．6 本章小结

第六章 离网型微电网的可靠性评估

6．1 引言

6．2 离网型微电网特点

6．2．1 结构

6．2．2 风光复合发电系统的工作原理

6．2．3 风光复合发电系统的功率输出模型

6．3 风光复合发电系统可靠性评估

6．3．1 概率树基本原理

6．3．2 可靠性计算

6．4 离网型微电网可靠性评估

6．4．1 故障类型分析

6．4．2 微电网再解列原则

6．4．3 蒙特卡洛模拟法

6．4．4 元件重要度指标

6．4．5 离网型微电网可靠性评估步骤

6．5 算例分析

6．5．1 算例原始资料

6．5．2 风光复合发电系统计算结果及分析

6．5．3 离网型微电网计算结果及分析

6．6 本章小结

第七章 基于可靠性的含微电网的配电网重构

7．1 引言

7．2 基于可靠性的含微电网的配电网重构模型

7．2．1 模型的目标函数

7．2．2 模型的约束条件

7．3 基于可靠性的开关交换算法

7．3．1 基于可靠性的开关交换算法的基本思想

7．3．2 闭合常开联络开关的选取原则

7．3．3 断开常闭分段开关的选取原则

7．3．4 计算框图

7．4 算例分析

7．4．1 算例原始资料

7．4．2 计算结果及分析

7．5 本章小结

第八章 全文总结

8．1 主要结论

8．2 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间已发表或录用的论文

攻读博士学位期间参与的科研项目

致谢