[发明专利]一种计及源-荷不确定性的直流配电网可靠性评估方法

权利要求书

1.一种计及源-荷不确定性的直流配电网可靠性评估方法，其特征在于：针对直流配网并网和孤岛两种运行方式，基于网络等值法计算并网运行方式下直流配电网各负荷点的系统侧电网故障率和修复率；计算孤岛运行时计及电源和负荷的不确定性的充足性转换率参数、分布式电源的机械故障参数和孤岛系统的起动切换参数；综合两种运行方式，采用马尔可夫模型，进行直流配电网可靠性指标计算，具体包括如下步骤：

步骤一：对并网运行的直流配电网建立网络等值模型，通过网络等值模型将复杂结构的直流配电网简化为简单辐射状直流配电网，向上等效节点元件的参数计算公式如下：

r_e＝U_e/λ_e (3)

式中：λ'_k为分支馈线上第k个节点元件的故障率，P_b为断路器的可靠工作概率，r_k为分支馈线上第k节点故障分支馈线首端的停运时间；

利用公式(4)-(6)求取主馈线上各负荷点指标：

r_j＝U_j/λ_j (6)

式中：λ_k为节点k的等效故障率，r_jk为第k节点故障导致第j节点的停运时间；

最终，得到直流配电网各个负荷点的系统侧电网故障率λ_dw和修复率μ_dw；

步骤二：建立分布式电源DG的机械模型和孤岛切换的模型，根据DG的年度运行数据，DG机械故障率λ_DG和机械修复率μ_DG计算公式如下：

对于孤岛起动切换模型，建模为孤岛起动切换成功率p_k和修复率μ_k，其中：

式中：N_s为孤岛成功起动和切换的次数，N_t为尝试操作孤岛系统的次数；

孤岛起动切换模型的可用性与故障率和修复率之间的关系为：

式中：λ_k为孤岛起动切换故障率；

步骤三：建立孤岛系统的供电充足性模型，来反映岛内DG的出力随机性和负荷需求的波动性：

1)分布式光伏发电：

对光伏电源的出力模型，将多个光伏电源的输出整合在一起，令G₁(t)为确定数据的单个参考站点的时变输出，则所有光伏电源的整合输出G_tot(t)为：

式中：ρ_ij为电源i和j的输出之间的相关系数，G_prof(t)是单个参考站点的每日平均输出，N_pv是PV发电机站点的数量；

相应的负荷需求模型，利用峰值负荷重合曲线方法处理负荷历史数据得到孤岛内实时负荷数据，若孤岛内有x个用户，则孤岛的总负荷需求为：

式中：L_M(t)为馈线上所有M个客户的总负荷，L_x(t)为孤岛内x个客户的负荷，M为单条馈线上总负荷用户数，ε(t)为服从正态分布N(0,σ_ε²)的随机项；

综合光伏电源的出力模型和负荷需求模型，利用公式(13)与(14)计算孤岛中DG充足发电状态ade和缺额发电状态lack之间的转换率λ_AL和λ_LA：

2)分布式风力发电：

对风机一年的出力数据进行处理，风机随机出力模型公式如下：

式中：为DG输出功率处于第i级别的概率，A_DG为DG的机械可用概率，U_DG为DG的机械不可用概率，t_i为DG输出处于第i级别的时间；

相应的负荷需求模型，每小时负荷持续曲线的生成公式如下：

L(t)＝L_yearP_weekP_dayP_hour (16)

式中：L_year是年峰值负荷，P_week为每周峰值负荷与年峰值负荷的比值，P_day为每日峰值负荷与周峰值负荷的比值，P_hour为每小时峰值负荷与周峰值负荷的比值；

针对风机的出力模型，对于每个负荷级别运用式(13)-(14)计算出其对应的充足性转换率和然后根据各负荷级别权重，最终得到总的λ_AL和λ_LA，计算公式如下：

式中：ρ_i为第i负荷级别的权重，和为第i负荷级别ade状态到lack状态之间的转换率，和为第i负荷级别ade状态到lack状态之间的转换次数，和为第i级负荷停留在ade状态和lack状态的时间；

步骤四：综合影响负荷点可靠性的四个因素，将系统分为16个状态，建立相应的马尔可夫模型，将16个状态分为负荷正常工作和停运两大类，根据马尔可夫模型状态空间图得到状态转移概率矩阵如下：

可以通过求解马尔可夫微分方程组得到所有状态的稳态概率，所有状态的稳态概率之和等于1；

根据系统负荷工作与停运来对所有状态进行分类，将所有工作状态和停运状态分别求和来计算系统的供电可用性和不可用性，公式如下：

式中：u为负荷处于工作状态的数量，d为故障负荷处于停运状态的数量；

负荷停运状态的频率AIF等于处于停运状态的稳态概率乘以离开该状态的转换率，如下所示：

式中：f_i是状态i发生的频率，m为负荷处于停运状态的数量；

负荷点的平均故障持续时间AID为：

m_i＝1/λ_d(i) (24)

式中：m_i为状态i的平均持续时间，λ_d(i)为离开状态i的转换率；

最后根据各负荷点指标计算出直流配电系统的各可靠性指标。