主动配电系统的可靠性评估研究
王磊
摘 要：为了提高电力系统供电可靠性，目前大多系统都进行了数学模型的求解，随着计算机的技术发展迅速，许多系统的稳定性可以利用程序进行仿真计算，以得到第一时间电力系统运行的安全状态，以便进行实时的控制与调节。以满足供电企业对用户的供电能力，以满足社会经济的快速发展和人民生活的需要，因现阶段人们对供电可靠性的要求越来越高，所以对电力系统的可靠性进行评估和提高供电可靠性已成为各供电企业的迫切任务。
关键词：电力系统；可靠性；安全评估
中图分类号：TM712 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0075-02
1 电力系统元件可靠性模型
电力系统元件是电力网可靠性评估的最小单位。同时，元件其组成的网络拓扑结构对电力网的可靠性评估密切相关。电力系统元件有两状态模型，常见的电力系统的状态有以下几种，即工作状态、停运状态。此处假设有运行参数R，它表示为故障率，是指由正常工作状态向故障或检修时的停运状态的转移率；另外设一运行参数为R，它的物理意义为停运状态向工作状态转移的转移率，在数值上它与故障修复时间TR互为倒数。假设元件处于正常工作状态和停运状态的概率分别为PN和PR，则有：PN+PR=1，由频率平衡的概念，即元件进入一状态的频率等于离开该状态的频率，同时该频率还等于该元件处于该状态的概率与离开该状态的转移率的乘积，有下式：-RPN+RPR=0
联立以上两式有
2 电力系统的稳态运行要求
在数学模型中，电力系统运行过程主要包括非线性方程组、微分方程组与不等式约束方程组来描述。发电机与其负荷的动态元件一般用微分方程组表示，相应非线性方程组用于描述电力网络的电气约束；安全约束用不等式约束方程组描述。具体相关的数学模型见下面表达式。
2.1 节点功率平衡条件（等式约束）
式中，PGk和QGk分别表示发电机在母线k上的注入的有功功率和无功功率；PLk和QLk分别表示被母线k上的负载吸收的有功功率和无功功率。
2.2 节点电压幅值约束（不等式约束）
各节点的电压幅值不应超过允许的上限和下限：
2.3 发电机功率出力约束（不等式约束）
各可控发电机组的有功无功出力应在允许的上下限范围之内，即
2.4 各支路（线路、变压器）潮流应满足
3 电力系统运行状态要求及分布性能源影响
目前正常运行情况下，电力经常不可避免地发生不对称短路或者突然性的甩负荷等，所以很有必要性对电力系统进行安全分析，其主要目的在于提高系统的安全性，通过阅读相关文件可知，电力系统处于正常运行状态应满足下面两种约束条件。等式约束条件可写为：f（x，u）=0；则不等式约束可写成：h（x，u）0，式中，x为状态变量，一般选取为节点电压幅值和相角，u为控制变量，而随着各种可再生能源的接入，使电力系统的稳定性更受到一定的威胁，现就分配性电源接入对电网影响作必要讨论。分布式电源接入配电网会相应的产生一些比较有利的影响，主要有：
3.1 提高供电的可靠性
在建设大型的电厂的势头越演越烈之际，电网的飞速发展已经对供电安全和供电稳定带来了极大的威胁，因为万一电厂和输电通道之间发生故障，那么将可能发生大面积的停电。
3.2 改善供电质量
分布式电源内部一般都设有就地电压调整以及无功补偿功能，而与此同时在并网后因为有大系统作为支撑，那么用户用电质量就可以得到很大的改善。
3.3 能够平抑负荷的峰谷差
在用户峰点时段，由于负荷较大，可能会较大的拉低电网的电压，使得电网所连设备因电压低而发生故障，更严重者，可能导致整个电网的电压崩溃，而造成不可挽回的损失。
3.4 节能效果好
分布式电源却能够以“冷、热、电”三联产的形式予以供电，能够实现能量的准梯级利用，比较符合“温度对口、梯级利用”的基本原则，从而使得能源的利用效率大大地提高了一个阶层。
3.5 低碳環保
分布式电源主要以天然气、轻油等等，并联合风力、地热、水力、潮汐这些可再生能源的功率材料可以大大减少二氧化碳、氮、硫化物和一氧化碳这些有害气体的排放。与此同时，由于分布式电源系统电压等级较之传统集中式发电要低，所以它的电磁污染是比较小的。
4 蒙特卡罗法仿真原理及模拟过程
蒙特卡罗法的基本原理是：根据电力网络中各元件的可靠性参数，模拟各元件故障发生时间，再确定元件故障对电力网络的影响，重复模拟过程，通过很多年的模拟，最后统计电力网的停电频率，停电时间等可靠性指标。蒙特卡罗模拟法的模拟过程是：首先对每个元件都产生一个TTF，找出TTF中的最小者，这个模拟过程中，TTF最小者所对应的元件最先发生故障；再产生随机数，利用公式模拟故障元件的修复时间TTF，并记录下系统中受此故障影响的负荷点停电频率和停电时间数据。
（1）对系统中n个故障元件的产生n个0-1之间的随机
数，利用2.7公式求得n个TTF。（2）找出TTF中的最小者，并对这个故障元件产生一个新的随机数，利用2.7公式求出故障修复时间TTRj。（3）确定受该元件故障影响的负荷点，统计这些负荷点的故障次数、故障时间数据。（4）修正模拟时序，并将故障元件与其他没有发生故障的元件的TTF组成新的时间序列。（5）进行新的一次模拟，重复第3步到第5步，直到达到模拟时间。（6）统计系统的可靠性指标。
5 系统可靠性模拟
系统可靠性模拟程序主要是模拟元件的故障时间、故障次序，然后调用故障处理程序确定故障影响，达到仿真年限后，对故障处理程序生成的可靠性数据进行统计，最后计算出系统和负荷点的可靠性指标。
假设电力系统有n个元件，m个负荷点，对其进行N年的模拟。系统可靠性模拟程序的总体控制流程如下：（1）产生n个0-1之间的随机数，可求出对应的TTF，TTFi表示元件i的无故障工作时间。（2）找出最小的TTFi，再产生一个0-1随机数，并利用公式2.7求得故障元件的TTRi，TTRi为元件i的故障修复时间。（3）对故障元件，调用故障处理程序。计算完成后将故障处理程序得出的可靠性数据返回到系统可靠性模拟程序。（4）修改时序序列，令TTFi=TTFi+TTRi+TTF，将元件i与未发生故障元件的TTF组成新的时序序列。
故障处理程序主要是由已知故障元件信息，先确定故障所在区域块，再由区域块编号法，确定此故障对各区域块的影响，并形成负荷点故障数据，最后将这些故障数据返回给系统可靠性模拟程序。下次介绍故障处理程序的原理。
介绍故障处理程序的原理之前，先介绍区域块的故障分类思想。电力网的开关元件主要是断路器和隔离开关，结构一般是辐射状。发生故障时，离故障元件最近的前向断路器将会动作，将故障元件与电源隔离开来。本文以开关为分段节点，将区域块分类：（1）故障区域块：这类区域块包含故障元件，并且由开关元件隔开。这类区域块内负荷点停电次数指标加“1”，停电时间为故障元件的修复时间。（2）故障前向区域块：这类区域块的前向开关元件为断路器，后向开关元件为隔离开关，且隔离开关后向为故障区域块。前向区域完成故障隔离后，可通过重合前向断路器恢复供电，因此，此类区域块故障次数加1，停电时间为故障隔离时间。（3）故障后向区域块：这类区域块为故障区域块的后向区域块，在由系统电源单独供电的情况下，其故障次数加“1”，若编号的联络点标示为“1”，若可以被转带则其停电时间为转带时间，若編号的联络点标示为“0”，则其停电时间为故障修复时间。（4）无影响区域块：无影响区域块不受故障影响。
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