计及被动式孤岛检测失败影响的配电网可靠性评估方法与流程

本发明属于含分布式电源的配电网可靠性评估领域，涉及一种计及被动式孤岛检测失败影响的配电网可靠性评估方法。
背景技术：
：分布式电源接入配电网后，会给配电网带来一些好处，如提供电压支撑、降低网络损耗等。另一方面，由于可再生能源的间歇性和波动性，配电网中会出现新的继电保护和孤岛检测问题。当光伏或风电接入配电网后，由于分布式电源的出力不确定性，故障发生后形成的非计划孤岛将不能维持稳定运行，因此非计划孤岛状态需要被及时地检测出来。基于已有的被动式孤岛检测盲区的理论研究，可以根据分布式电源出力与负荷需求的匹配程度，判断故障发生时刻分布式电源能否检测出非计划孤岛的形成。在配电网中，自动重合闸是非常有效的清除线路瞬时故障的操作。分布式电源接入对配电网自动重合闸的影响研究目前主要集中在定性分析上：线路发生瞬时故障后，分布式电源可能会阻碍电弧熄灭，从而导致自动重合闸失败。然而，现有研究中很少有对这一影响的定量分析以及考虑这一影响后的配电网可靠性评估。因此计及非计划孤岛检测失败对配电网自动重合闸的影响，提出相应的含分布式电源配电网的可靠性评估方法将更具有现实意义。技术实现要素：技术问题：本发明的目的是提供一种计及被动式孤岛检测失败影响的配电网可靠性评估方法，有效地对被动式孤岛检测失败产生的不利影响进行定量分析，并能得到一个更加精确的含分布式电源配电网可靠性评估结果。技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用一种计及被动式孤岛检测失败影响的配电网可靠性评估方法，该方法包括以下步骤：10)获取配电网信息数据；20)根据步骤10)获取的配电网信息数据，设定运行模拟年数，运用序贯蒙特卡洛法模拟系统各元件运行状态，所述运行状态包括瞬时故障状态、永久故障状态和正常运行状态；在系统发生故障情况下，计及被动式孤岛检测方法能否检测到非计划孤岛对配电网自动重合闸操作的影响，进行故障模式影响分析，得到模拟年内各负荷点的瞬时停电次数、持续停电次数及其持续停电时长；30)根据步骤20)中获取的模拟年内各负荷点的瞬时停电次数、持续停电次数及其持续停电时长，得到分布式电源接入后，以及被动式孤岛检测方法失败的各负荷点可靠性指标和配电网可靠性指标。作为优选例，所述的步骤10)中所需具体数据包括：配电网拓扑结构、时序变化的负荷数据、分布式电源接入节点、额定功率及其出力概率分布、变压器故障率和配电线路故障概率。作为优选例，所述的步骤20)具体包括：201)设配电系统元件正常运行持续时间为tTTF，故障修复持续时间为tTTR，tTTF和tTTR均服从指数分布，如下式所示：tTTF=-1λs+λmlnR]]>tTTR＝-tMTTRlnR式中：λs表示元件年破坏性故障率，λm表示元件年瞬时故障率，R表示服从(0，1)均匀分布的随机数，tMTTR为元件的平均修复时间；202)模拟系统各元件运行状态，包括步骤2021)—步骤2025)：2021)首先设定模拟年为Nyear，根据步骤201)生成各元件初始正常运行时间tTTF，令t＝tTTF。2022)找出t值最小的元件i，其最小值为ti，并随机生成一个在(0,1)内均匀分布的随机数x；若x≤λm/(λs+λm)，则进入步骤2023),若x>λm/(λs+λm)，则进入步骤2024)；2023)系统元件发生瞬时故障，假设故障发生时刻分布式电源输出的有功功率为PDG，无功功率为QDG，本地有功需求为PL，无功需求为QL，则流经公共连接点的潮流值由下式计算：ΔPG＝|PDG-PL|ΔQG＝|QDG-QL|其中，ΔPG表示分布式电源输出有功与本地有功需求量差值的绝对值，ΔQG表示分布式电源输出无功与本地无功需求量差值的绝对值；逆变器接口的分布式电源以单位功率因数运行，设公共连接点的电压幅值为UPCC，频率幅值为fPCC，Qf代表负荷的品质因数，电网设定的电压上限值为Umax，电压下限值为Umin，频率上限值为fmax，频率下限值为fmin，若分布式电源逆变器控制方式采用恒定功率控制，则该运行方式下的孤岛检测盲区公式由下式确定：(UPCCUmax)2-1≤ΔPGPDG≤(UPCCUmin)2-1]]>Qf(1-(fPCCfmin)2)≤ΔQGPDG≤Qf(1-(fPCCfmax)2)]]>若分布式电源逆变器控制方式采用恒定电流控制运行，则该运行方式下的孤岛检测盲区公式为：(UPCCUmax)2≤(1+ΔPGPDG)2+(ΔPGPDG)2≤(UPCCUmin)2]]>Qf(fminfPCC-fPCCfmin)≤ΔQGPDG(1+ΔQGPDG)-1≤Qf(fmaxfPCC-fPCCfmax)]]>将故障时刻的PDG、QDG、PL、QL，电网运行设定值UPCC、fPCC、Umax、Umin、fmax、fmin以及负荷品质因数Qf带入相应孤岛检测盲区的不等式，若满足该不等式，则此次孤岛检测失败；瞬时故障变为永久性故障，进行故障模式影响分析，根据元件平均修复时间生成此次故障持续修复时间TTR，将此次受影响的负荷点停电次数和停电时长计入各负荷点的永久故障停电次数指标和停电时间指标，生成新的元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTR+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；若不满足该不等式，则成功检测到孤岛存在，瞬时重合闸成功，进行故障后果分析，将此次瞬时停电影响的负荷点停电次数指标加1，根据该故障元件故障率新生成元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；2024)系统元件发生永久故障，进行故障模式影响分析，根据元件平均修复时间生成此次故障持续修复时间TTR，并将受影响的负荷点停电次数和停电时长计入各负荷点的永久故障停电次数指标和停电时间指标，生成新的元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTR+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；2025)如果min(t)<Nyear，返回步骤2022)，否则，前往步骤203)；203)统计模拟年内各负荷点的瞬时停电次数Ntf、持续停电次数Nsf及其持续停电时长TNsf。作为优选例，所述的步骤30)具体包括：根据步骤20)得到的模拟年内各负荷点瞬时停电次数、持续停电时长和持续停电次数，得到各负荷点的可靠性指标，包括负荷点的年平均瞬时停电次数λtf、年平均持续停电次数λsf及年平均持续停电时长Usf，如下式所示：λtf=NtfNyear]]>λsf=NsfNyear]]>Usf=TNsfNyear]]>根据各负荷点的可靠性指标，得到系统年平均瞬时停电频率MAIFI、系统年平均永久停电频率SAIFI、系统年平均停电持续时间SAIDI以及平均供电可用度ASAI系统可靠性指标，如下式所示：MAIFI=Σi=1MNtfM·Nyear]]>SAIFI=Σi=1MNsfM·Nyear]]>SAIDI=Σi=1MTNsfM·Nyear]]>ASAI=M·Nyear*8760-Σi=1MTNsfM·Nyear*8760=1-SAIDI8760]]>式中，M表示系统内总负荷数。有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：本发明提出的可靠性评估方法，能够有效地对被动式孤岛检测失败产生的不利影响进行定量分析，并能得到考虑分布式电源负面效应的配电网可靠性评估结果。通过在不同容量分布式电源接入情况下进行负荷需求与分布式电源出力的匹配，可知孤岛检测失败的概率会随着分布式电源接入容量的变化而波动。在不同容量、不同类型分布式电源接入条件下，使用本发明提出的配电网可靠性分析方法，将能更好地模拟计算分布式电源带来的负面效应，得出一个更加实际的可靠性评估结果。附图说明图1为本发明的流程示意图；图2为本发明实例中分布式电源接入后的IEEERBTSBUS6F4馈线系统图；图3为本发明实例中不同容量风机接入情况下的系统可靠性指标SAIDI曲线；图4为本发明实例中不同容量风机接入情况下的系统可靠性指标SAIFI曲线；图5为本发明实例中不同容量风机接入情况下的系统可靠性指标MAIFI曲线；图6为本发明实例中不同容量风机接入情况下的系统可靠性指标ASAI曲线。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。图1是本发明实施例的方法流程示意图，介绍了本发明计算配电网可靠性的基本步骤。本发明实施例的一种计及被动式孤岛检测失败影响的配电网可靠性评估方法，包括以下步骤：10)获取配电网信息数据；配电网信息数据具体包括：配电网拓扑结构、时序变化的负荷数据、分布式电源接入节点、额定功率及其出力概率分布、变压器故障率和配电线路故障概率。20)根据步骤10)获取的配电网信息数据，设定运行模拟年数，运用序贯蒙特卡洛法模拟系统各元件运行状态，所述运行状态包括瞬时故障状态、永久故障状态和正常运行状态；在系统发生故障情况下进行故障模式影响分析时，加入被动式孤岛检测方法能否检测到非计划孤岛对配电网自动重合闸操作影响的研究，得到模拟年内各负荷点的瞬时停电次数、持续停电次数及其持续停电时长；步骤20)具体包括：201)设配电系统元件正常运行持续时间为tTTF，故障修复持续时间为tTTR，tTTF和tTTR均服从指数分布，如下式所示：tTTF=-1λs+λmlnR]]>tTTR＝-tMTTRlnR式中：λs表示元件年破坏性故障率，λm表示元件年瞬时故障率，R表示服从(0，1)均匀分布的随机数，tMTTR为元件的平均修复时间；202)模拟系统各元件运行状态，包括步骤2021)—步骤2025)：2021)首先设定模拟年为Nyear，根据步骤201)生成各元件初始正常运行时间tTTF，令t＝tTTF。2022)找出t值最小的元件i，其最小值为ti，并随机生成一个在(0,1)内均匀分布的随机数x；若x≤λm/(λs+λm)，则进入步骤2023),若x>λm/(λs+λm)，则进入步骤2024)；2023)系统元件发生瞬时故障，假设故障发生时刻分布式电源输出的有功功率为PDG，无功功率为QDG，本地有功需求为PL，无功需求为QL，则流经公共连接点的潮流值由下式计算：ΔPG＝|PDG-PL|ΔQG＝|QDG-QL|其中，ΔPG表示分布式电源输出有功与本地有功需求量差值的绝对值，ΔQG表示分布式电源输出无功与本地无功需求量差值的绝对值；逆变器接口的分布式电源以单位功率因数运行，设公共连接点的电压幅值为UPCC，频率幅值为fPCC，Qf代表负荷的品质因数，电网设定的电压上限值为Umax，电压下限值为Umin，频率上限值为fmax，频率下限值为fmin，若分布式电源逆变器控制方式采用恒定功率控制，则该运行方式下的孤岛检测盲区公式由下式确定：(UPCCUmax)2-1≤ΔPGPDG≤(UPCCUmin)2-1]]>Qf(1-(fPCCfmin)2)≤ΔQGPDG≤Qf(1-(fPCCfmax)2)]]>若分布式电源逆变器控制方式采用恒定电流控制运行，则该运行方式下的孤岛检测盲区公式为：(UPCCUmax)2≤(1+ΔPGPDG)2+(ΔPGPDG)2≤(UPCCUmin)2]]>Qf(fminfPCC-fPCCfmin)≤ΔQGPDG(1+ΔQGPDG)-1≤Qf(fmaxfPCC-fPCCfmax)]]>将故障时刻的PDG、QDG、PL、QL，电网运行设定值UPCC、fPCC、Umax、Umin、fmax、fmin以及负荷品质因数Qf带入相应孤岛检测盲区的不等式，若满足该不等式，则此次孤岛检测失败；瞬时故障变为永久性故障，进行故障模式影响分析，根据元件平均修复时间生成此次故障持续修复时间TTR，将此次受影响的负荷点停电次数和停电时长计入各负荷点的永久故障停电次数指标和停电时间指标，生成新的元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTR+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；若不满足该不等式，则成功检测到孤岛存在，瞬时重合闸成功，进行故障后果分析，将此次瞬时停电影响的负荷点停电次数指标加1，根据该故障元件故障率新生成元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；2024)系统元件发生永久故障，进行故障模式影响分析，根据元件平均修复时间生成此次故障持续修复时间TTR，并将受影响的负荷点停电次数和停电时长计入各负荷点的永久故障停电次数指标和停电时间指标，生成新的元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTR+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；2025)如果min(t)<Nyear，返回步骤2022)，否则，前往步骤203)；203)统计模拟年内各负荷点的瞬时停电次数Ntf、持续停电次数Nsf及其持续停电时长TNsf。30)根据步骤20)中获取的模拟年内各负荷点的瞬时停电次数、持续停电次数及其持续停电时长，得到分布式电源接入后，计及被动式孤岛检测方法失败的各负荷点可靠性指标和配电网可靠性指标步骤30)具体包括：根据步骤20)得到的模拟年内各负荷点瞬时停电次数、持续停电时长和持续停电次数，得到各负荷点的可靠性指标，包括负荷点的年平均瞬时停电次数λtf、年平均持续停电次数λsf及年平均持续停电时长Usf，如下式所示：λtf=NtfNyear]]>λsf=NsfNyear]]>Usf=TNsfNyear]]>根据各负荷点的可靠性指标，得到系统年平均瞬时停电频率MAIFI、系统年平均永久停电频率SAIFI、系统年平均停电持续时间SAIDI以及平均供电可用度ASAI系统可靠性指标，如下式所示：MAIFI=Σi=1MNtfM·Nyear]]>SAIFI=Σi=1MNsfM·Nyear]]>SAIDI=Σi=1MTNsfM·Nyear]]>ASAI=M·Nyear*8760-Σi=1MTNsfM·Nyear*8760=1-SAIDI8760]]>式中，M表示系统内总负荷数。具有不确定性的新能源接入配电网后，会给配电系统操作运行带来一定的负面影响。本发明实施例从这一角度进行分析，提出了计及系统瞬时故障下因被动式孤岛检测失败而引起开关自动重合闸失败的配电网可靠性计算流程。本发明实施例的方法，在现有的采用序贯蒙特卡洛模拟法计算配电网可靠性的流程中，加入了分布式电源孤岛检测对开关自动重合闸操作影响的分析过程，从而提高配电网可靠性评估的准确性。根据本发明实施例的方法，可以有效地量化被动式孤岛检测失败对系统自动重合闸和配电网可靠性的影响，并得到一个更加精确的含分布式电源配电网可靠性计算结果。下面例举一实例。采用的算例为分布式电源接入后的IEEERBTSBUS6F4馈线系统，该系统共有30条线路，23个负荷点，23个用户变压器，4个断路器，接入的分布式电源为恒定功率控制运行方式下的风机，见图2所示。下面以该系统为例，说明本发明方法的具体实现。假定风速v服从韦布尔概率密度分布，如下式所示：fw(v)=kc(vc)k-1exp[-(vc)k]]]>其中，k表示该概率分布的形状参数，c表示该概率分布的比例参数。风速v与风机实时出力Pw的关系如下式所示：Pw(v)=00≤v≤vciPrwind×v-vcivr-vcivci≤v≤vrPrwindvr≤v≤vco0vco<v]]>其中，vci表示切入风速(m/s)，vr表示额定风速(m/s)，vco表示切出风速(m/s)，Prwind表示风机额定功率(kW)。本实例中，风速模型参数k设置为7.55，c设置为2.26；风机的切入风速为3.5m/s，额定风速为7.3m/s，切出风速为25m/s。时序变化的负荷数据、线路长度、元件故障率以及相应的元件修复率如表1-表3所示。表1负荷节点编号用户类型峰荷(kW)负荷点用户数负荷节点编号用户类型峰荷(kW)负荷点用户数LP1居民用户296.4147LP13农业用户651.71LP2居民用户322.9126LP14居民用户277.679LP3农业用户651.71LP15农业用户502.51LP4农业用户6861LP16居民用户283.176LP5居民用户369.8132LP17农业用户651.71LP6居民用户296.4147LP18农业用户6861LP7农业用户796.51LP19居民用户277.679LP8居民用户277.679LP20农业用户502.51LP9农业用户737.51LP21农业用户737.51LP10居民用户283.176LP22居民用户283.176LP11居民用户277.679LP23农业用户796.51LP12居民用户283.176表2表3假设系统中线路均为架空线路，且在模拟运行中只考虑线路故障，设定线路瞬时故障与永久故障概率比值为4:1。对接入风机容量为750kW的F4馈线系统进行可靠性分析计算。在方法1中，使用本发明提出的方法进行分析，其中，步骤202)中，2021)设定模拟年Nyear＝100000，根据各线路元件生成各元件初始正常运行时间tTTF，令t＝tTTF。2022)找出t值最小的元件i，其最小值为ti，并随机生成一个在(0,1)内均匀分布的随机数x。若x≤4/5，则进入步骤2023)；若x>4/5，则进入步骤2024)；2023)系统元件发生瞬时故障，假设故障发生时刻分布式电源输出的有功功率为PDG，无功功率为QDG，本地有功需求为PL，无功需求为QL，则流经公共连接点的潮流值由下式计算：ΔPG＝|PDG-PL|ΔQG＝|QDG-QL|其中，ΔPG表示分布式电源输出有功与本地有功需求量差值的绝对值，ΔQG表示分布式电源输出无功与本地无功需求量差值的绝对值；逆变器接口的分布式电源以单位功率因数运行，设公共连接点的电压幅值为UPCC，频率幅值为fPCC，Qf代表负荷的品质因数，电网设定的电压上限值为Umax，电压下限值为Umin，频率上限值为fmax，频率下限值为fmin，若分布式电源逆变器控制方式采用恒定功率控制，则该运行方式下的孤岛检测盲区公式由下式确定：(UPCCUmax)2-1≤ΔPGPDG≤(UPCCUmin)2-1]]>Qf(1-(fPCCfmin)2)≤ΔQGPDG≤Qf(1-(fPCCfmax)2)]]>将故障时刻的PDG、QDG、PL、QL，电网运行设定值UPCC、fPCC、Umax、Umin、fmax、fmin以及负荷品质因数Qf带入相应孤岛检测盲区的不等式，若满足该不等式，则此次孤岛检测失败；瞬时故障变为永久性故障，进行故障模式影响分析，根据元件平均修复时间生成此次故障持续修复时间TTR，将此次受影响的负荷点停电次数和停电时长计入各负荷点的永久故障停电次数指标和停电时间指标，生成新的元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTR+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；若不满足该不等式，则成功检测到孤岛存在，瞬时重合闸成功，进行故障后果分析，将此次瞬时停电影响的负荷点停电次数指标加1，根据该故障元件故障率新生成元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；2024)系统元件发生永久故障，进行故障模式影响分析，根据元件平均修复时间生成此次故障持续修复时间TTR，并将受影响的负荷点停电次数和停电时长计入各负荷点的永久故障停电次数指标和停电时间指标，生成新的元件正常运行时间TTFnew，将ti+TTR+TTFnew作为更新后的ti，进入步骤2025)；2025)如果min(t)<Nyear，返回步骤2022)，否则，前往步骤203)；203)统计模拟年内各负荷点的瞬时停电次数Ntf、持续停电次数Nsf及其持续停电时长TNsf。30)根据步骤20)所得的瞬时停电次数Ntf、持续停电次数Nsf及其持续停电时长TNsf，得到各负荷点的可靠性指标，包括负荷点的年平均瞬时停电次数λtf、年平均持续停电次数λsf及年平均持续停电时长Usf，如下式所示：负荷点的年平均瞬时停电次数λtf、年平均持续停电次数λsf及年平均持续停电时长Usf；以及根据各负荷点的可靠性指标，得到系统年平均瞬时停电频率MAIFI、系统年平均永久停电频率SAIFI、系统年平均停电持续时间SAIDI以及平均供电可用度ASAI系统可靠性指标。分析方法2中可靠性计算结果为一般可靠性评估方法计算所得结果，即在计算过程中不考虑被动式孤岛检测失败对开关自动重合闸操作的影响。分析方法1和分析方法2结果对比如表4所示：表4从上表中，可以看出考虑被动式孤岛检测失败对开关重合闸的影响后，负荷节点编号为LP14-LP18的年平均持续停电次数λsf及年平均持续停电时长Usf增加，其年平均瞬时停电次数λtf减少。最后，采用本发明方法提出的方法，在接入不同容量风机的情况下，所得各项系统可靠性指标如图3—图6所示。由图3—图6可见，随着风机接入容量的不同，分布式电源对配电网可靠性的不利影响会改变，因此在曲线的前半段，即风机的渗透率逐渐增大时，风机出力与负荷需求的匹配度会上下波动，得到的系统可靠性指标曲线也随之浮动；而在曲线的后半段中，由于负荷LP14-LP18的最大负荷为2400.9kW，当风机功率大于2500kW后，随着风机渗透率的增大，风机出力与负荷需求的匹配度只会越来越小，因此系统年平均永久停电频率SAIFI曲线、系统年平均停电持续时间SAIDI曲线以及平均供电可用度ASAI曲线单调下降。可以看出，分布式电源接入配电网后，若不能100％可靠地检测到非计划孤岛的存在，将会降低系统的供电可靠性，且分布式电源在不同容量接入情况下将对配电网可靠性造成不同程度的负面影响。上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。当前第1页1 2 3