配电网可靠性指标概率密度分布的解析计算模型

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本文受国家自然科学基金项目(柔性发输电系统概率风险评估和优化配置模型研究,项目号50977094),中央高校基本科研业务费科研专项“电网概率风险评估的参数不确定性分析及概率密度解析计算研究”(CDJZR11150012)资助。  随着城市经济的高速发展与电网建设的日新月异,现代电力系统规模逐渐庞大,运行状况及风险特性空前复杂,由此引起的安全稳定问题日益突出。其中,配电系统直接针对用户环节,对整个电力系统的供电质量和供电可靠性起着至关重要的作用。如何快速、准确并全面地评估配电系统可靠性水平,并使评估结果更接近工程实际已成为当下研究的热点。同时,随着传统石化能源的大量消耗及环境污染的不断加重,分布式发电(distributed generation,DG)凭借其发电灵活、环境友好等特点被越来越多地引入到配电网中,在改变传统配电网结构和运行方式的同时也对其可靠性分析带来了显著影响。因此,计及含DG的配电网故障恢复新特征、实现含DG的配电系统可靠性高效评估成为亟待深入探索的课题。  论文从概率风险评估角度,基于网络分区思想,针对配电网、含DG的配电网可靠性指标概率分布解析模型的构建以及算法的实现开展了深入研究。  论文的主要研究内容包括:  ①基于微元分析法,推导了当元件故障前工作时间服从威布尔分布时,其在时间[0,t]内故障发生次数的概率分布。考虑元件故障前工作时间服从威布尔分布时,可以通过改变其形状参数来拟合或近似表达多种概率分布,使得所建立的解析模型具有较强的代表性及适应性。此时,依据微元分析法思想,假设元件在故障前任意足够小的时段内故障率为常数(即假设在足够小的时段内,元件工作时间服从指数分布),通过一系列严密的数学推导,最终得到了元件故障发生次数的概率分布。通过算例验证可知,本文推导结果具有正确及有效性。考虑元件参数的非指数分布,可使评估数据更加接近工程实际,从而使得评估结果更为真实地反映系统的实际运行风险状况。  ②基于配电网可靠性评估的现有指标,从系统整体角度出发将整个配电网看作一个等效元件,提出了评估配电网可靠性的三个系统新指标:系统故障前工作时间、系统故障后恢复时间以及系统停电频率。结合配电网仅考虑一阶故障情况下的状态空间转移图,给出新指标的定义及其概率分布和概率密度函数的解析表达式。通过算例评估验证了本文所提新指标的有效性和正确性。这部分内容可作为现有配电网可靠性评估指标体系的有益补充,有助于规划和运行人员快速直观地掌握系统可靠性水平的整体特性。  ③考虑DG接入对配电网可靠性的影响,采用计划孤岛运行方式,提出一种基于网络分块的计及DG的配电网故障恢复策略。首先根据故障后各负荷分块是否可由孤岛内DG恢复供电,将系统所有分块划分为A、B两大区域;再根据区域内负荷点恢复供电的方式将B区域的负荷点划分为三大类。通过网络分区、负荷分类的方法,可有效提高含DG的配电网可靠性评估效率。  ④基于配电网分区分块思想,并结合前述三点所提出的相关理论,在元件工作时间和修复时间均服从指数分布、元件工作时间服从威布尔分布,修复时间服从对数正态分布两种假设下,分别从系统级和节点层对配电网及含DG的配电网可靠性指标采用随机函数进行解析建模,再进一步结合非参数核密度估计技术,提出了由随机函数表达式进行可靠性指标概率分布计算的实现算法。通过对RBTS-BUS6可靠性测试系统的解析评估,并以序贯蒙特卡洛仿真结果为参考基准,验证了本文所提算法的有效性和正确性。
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