含分布式电源的配电网可靠性分析

李波

摘要：文章针对分布式电源接入配电网后，对配电网的结构以及供电可靠性评估模型所带来的变化。根据分布式电源的特点，讨论了分布式发电对配电网电压、继电保护和规划产生的影响。研究了分布式电源的可靠性模型，并分析了故障时配电网可能会出现的含有DG的孤岛运行方式。

关键词：配电网；分布式电源；继电保护；系统指标

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0125-02

1 概述

分布式发电（D1istributed Generation）在改善电网可靠性方面有重要作用。DG具有安装灵活、供电方便、环保等特点，被广泛应用于配电网中。随着DG接入配电网，配电网从一个辐射式的网络变为一个遍布电源与用户互联的网络，在系统发生故障时，以孤岛的形式继续为用户供电，保证了供电的连续性，大大地提高了供电的可靠性。

本文从分布式发电技术的特点入手，分析了DG对配电网的电压、继电保护、规划方面的影响。重点讨论了DG的可靠性模型，分析了含DG的配电网的孤岛运行，通过算例证明DG合理接入配电网可以提高配电网的供电可靠性。

2 分布式电源对配电网的影响

2.1 分布式发电技术

分布式发电指的是通过规模不大、分布在负荷附近的发电设施实现经济、高效、可靠的发电。面对目前人均用电量的不断增长，很多地区都受到短时停电的威胁，很多大型用户和商业中心都采用先进的DG技术来保证自身的不间断供电。

2.2 分布式电源对配电网的影响

2.2.1 对电压的影响。电压维持在规定范围内才能保证电能质量。DG的接入会对配电网馈线上的电压分布产生重大影响。同样渗透率的DG集中在同一节点，对电压的支持效果要弱于分布在多个节点上。稳态情况下，沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高。

2.2.2 对继电保护的影响。DG接入配电网后，故障发生时为确保保护装置正确动作，应切断电网中的DG。在架空线和地下电缆的混合线路中切断DG，变压器空载运行，电缆对地电容与变压器的线圈发生铁磁谐振，产生不规则的高电压、大电流，严重威胁线路的电力设备。

2.2.3 对配电网规划的影响。DG的出现会使电力系统的负荷预测、规划和运行与过去相比有更大的不确定性，增加了配电网规划的复杂性，改变了配电网的结构和运行特性，为维护电网的安全、稳定运行，有必要将布式电源单元集成到现有的配电网中，使DG接受统一调度。

3 含分布式电源的配电网可靠性分析

3.1 分布式电源的可靠性模型讨论

3.1.1 将DG作为普通的配网变电站考虑。这种模型下当某段馈线发生故障时，通过断路器跳闸将故障段隔离，而在系统中原来与DG相连的部分可由DG继续供电。这种模型对配网可靠性的提高很大，但实际应用价值不大。

3.1.2 将DG作为等值发电机考虑。这种模型由于其功率输出稳定，保持不变，可能会出现负荷会超过DG所能提供的功率的情况，为了确保孤岛内电力的供需平衡，保证形成的孤岛运行稳定，须对配网进行孤岛划分。这种模型只能够提高孤岛内负荷点的风险水平。

3.1.3 本文将DG的可靠性模型分类为三种，即将DG作为普通的配网变电站考虑，将DG作为等值发电机考虑，将DG作为随机电源考虑。

3.1.4 将DG作为随机电源考虑。这种模型除了额定功率输出外，还有多个非额定运行状态，需要考虑其形成孤岛的概率问题，一般由历史负荷和DG的功率输出数据统计得到。此种模型比较符合常见DG的实际情况。

3.2 含分布式电源的配电网孤岛运行

当配电网发生故障，用户失去电源时，如果可以用DG顶替，则能够继续向重要负荷供电，从而改善配电网供电可靠性。包含DG的供电网与主配电网分离后，仍能继续向部分负荷供电，则此包含DG的供电网称之为孤岛。孤岛这种新的运行方式可以减小停电面积，提高配电网的供电可靠性。

确定孤岛方案时应考虑以下四方面原则：（1）在可靠形成孤岛的情况下，使开关操作的次数最少；（2）在满足孤岛内总负荷不超过DG总发电容量的前提下，使孤岛包含尽可能多的负荷；（3）孤岛内应尽可能包含负荷等级更高的负荷；（4）使形成孤岛需要的自动重合闸的开关的数量最少。

3.3 含分布式电源的配电网可靠性指标

按照评估对象的不同，配电网的可靠性指标可分为负荷点指标和系统指标。

负荷点指标描述的是单个负荷点的可靠度，主要包含平均故障率、停运持续时间和平均停运时间这三个指标。它们都是一种概率指标，反映在某种概率分布下的期望值。

系统指标描述的是整个系统的可靠程度，我国配电网采用的可靠性指标主要有用户全年总停电次数（ACI次/年）、用户停电总持续时间（CID时·户）、用户平均停电时间（AIHCh/（系统用户·年））、供电不可用率（SU）、用户平均停电次数（AITC次/（系统用户·年））、故障平均停电持续时间（AIDh/（户·年））、停电用户平均停电次数（AICI次/（停电用户·年））等。根据系统指标可以综合的评价配电网的可靠性。

根据指标的物理意义，表中的配电网系统可靠性指标值越小，配电网的可靠性越高。有表3可以明显看到，在原来的3节点配电网系统中接入DG后，用户停电总持续时间（CID）、用户平均停电时间（AIHC）、供电不可用率（SU）、故障平均停电持续时间（AID）指标都减小了，说明系统整体的可靠性有了显著的提高。证明在配电网中合理接入DG后，可以提高配电网的供电可靠性。

5 结语

本文分析了分布式发电对配电网电压、继电保护和规划方面的影响，着重分析了配电网故障后，DG的接入对配电网可靠性的影响。在传统的配电网中加入DG后，原来的单一电源点给馈线供电的网络，变为一个多电源与用户相连的配电网络，故障时配电网可能会出现含有DG的孤岛运行方式。通过算例表明，DG合理接入配电网后，可以提高配电网的供电可靠性。

参考文献

[1] 钱科军，袁越，ZHOUCheng-ke.分布式发电对配电网可靠性的影响研究[J].电网技术，2008，32（11）：74-78.

[2] 施伟国，宋平，刘传铨.计及分布式电源的配电网供电可靠性研究[J].华东电力，2007，35（7）：37-41.

（责任编辑：刘 晶）endprint

摘要：文章针对分布式电源接入配电网后，对配电网的结构以及供电可靠性评估模型所带来的变化。根据分布式电源的特点，讨论了分布式发电对配电网电压、继电保护和规划产生的影响。研究了分布式电源的可靠性模型，并分析了故障时配电网可能会出现的含有DG的孤岛运行方式。

关键词：配电网；分布式电源；继电保护；系统指标

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0125-02

1 概述

分布式发电（D1istributed Generation）在改善电网可靠性方面有重要作用。DG具有安装灵活、供电方便、环保等特点，被广泛应用于配电网中。随着DG接入配电网，配电网从一个辐射式的网络变为一个遍布电源与用户互联的网络，在系统发生故障时，以孤岛的形式继续为用户供电，保证了供电的连续性，大大地提高了供电的可靠性。

本文从分布式发电技术的特点入手，分析了DG对配电网的电压、继电保护、规划方面的影响。重点讨论了DG的可靠性模型，分析了含DG的配电网的孤岛运行，通过算例证明DG合理接入配电网可以提高配电网的供电可靠性。

2 分布式电源对配电网的影响

2.1 分布式发电技术

分布式发电指的是通过规模不大、分布在负荷附近的发电设施实现经济、高效、可靠的发电。面对目前人均用电量的不断增长，很多地区都受到短时停电的威胁，很多大型用户和商业中心都采用先进的DG技术来保证自身的不间断供电。

2.2 分布式电源对配电网的影响

2.2.1 对电压的影响。电压维持在规定范围内才能保证电能质量。DG的接入会对配电网馈线上的电压分布产生重大影响。同样渗透率的DG集中在同一节点，对电压的支持效果要弱于分布在多个节点上。稳态情况下，沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高。

2.2.2 对继电保护的影响。DG接入配电网后，故障发生时为确保保护装置正确动作，应切断电网中的DG。在架空线和地下电缆的混合线路中切断DG，变压器空载运行，电缆对地电容与变压器的线圈发生铁磁谐振，产生不规则的高电压、大电流，严重威胁线路的电力设备。

2.2.3 对配电网规划的影响。DG的出现会使电力系统的负荷预测、规划和运行与过去相比有更大的不确定性，增加了配电网规划的复杂性，改变了配电网的结构和运行特性，为维护电网的安全、稳定运行，有必要将布式电源单元集成到现有的配电网中，使DG接受统一调度。

3 含分布式电源的配电网可靠性分析

3.1 分布式电源的可靠性模型讨论

3.1.1 将DG作为普通的配网变电站考虑。这种模型下当某段馈线发生故障时，通过断路器跳闸将故障段隔离，而在系统中原来与DG相连的部分可由DG继续供电。这种模型对配网可靠性的提高很大，但实际应用价值不大。

3.1.2 将DG作为等值发电机考虑。这种模型由于其功率输出稳定，保持不变，可能会出现负荷会超过DG所能提供的功率的情况，为了确保孤岛内电力的供需平衡，保证形成的孤岛运行稳定，须对配网进行孤岛划分。这种模型只能够提高孤岛内负荷点的风险水平。

3.1.3 本文将DG的可靠性模型分类为三种，即将DG作为普通的配网变电站考虑，将DG作为等值发电机考虑，将DG作为随机电源考虑。

3.1.4 将DG作为随机电源考虑。这种模型除了额定功率输出外，还有多个非额定运行状态，需要考虑其形成孤岛的概率问题，一般由历史负荷和DG的功率输出数据统计得到。此种模型比较符合常见DG的实际情况。

3.2 含分布式电源的配电网孤岛运行

当配电网发生故障，用户失去电源时，如果可以用DG顶替，则能够继续向重要负荷供电，从而改善配电网供电可靠性。包含DG的供电网与主配电网分离后，仍能继续向部分负荷供电，则此包含DG的供电网称之为孤岛。孤岛这种新的运行方式可以减小停电面积，提高配电网的供电可靠性。

确定孤岛方案时应考虑以下四方面原则：（1）在可靠形成孤岛的情况下，使开关操作的次数最少；（2）在满足孤岛内总负荷不超过DG总发电容量的前提下，使孤岛包含尽可能多的负荷；（3）孤岛内应尽可能包含负荷等级更高的负荷；（4）使形成孤岛需要的自动重合闸的开关的数量最少。

3.3 含分布式电源的配电网可靠性指标

按照评估对象的不同，配电网的可靠性指标可分为负荷点指标和系统指标。

负荷点指标描述的是单个负荷点的可靠度，主要包含平均故障率、停运持续时间和平均停运时间这三个指标。它们都是一种概率指标，反映在某种概率分布下的期望值。

系统指标描述的是整个系统的可靠程度，我国配电网采用的可靠性指标主要有用户全年总停电次数（ACI次/年）、用户停电总持续时间（CID时·户）、用户平均停电时间（AIHCh/（系统用户·年））、供电不可用率（SU）、用户平均停电次数（AITC次/（系统用户·年））、故障平均停电持续时间（AIDh/（户·年））、停电用户平均停电次数（AICI次/（停电用户·年））等。根据系统指标可以综合的评价配电网的可靠性。

根据指标的物理意义，表中的配电网系统可靠性指标值越小，配电网的可靠性越高。有表3可以明显看到，在原来的3节点配电网系统中接入DG后，用户停电总持续时间（CID）、用户平均停电时间（AIHC）、供电不可用率（SU）、故障平均停电持续时间（AID）指标都减小了，说明系统整体的可靠性有了显著的提高。证明在配电网中合理接入DG后，可以提高配电网的供电可靠性。

5 结语

本文分析了分布式发电对配电网电压、继电保护和规划方面的影响，着重分析了配电网故障后，DG的接入对配电网可靠性的影响。在传统的配电网中加入DG后，原来的单一电源点给馈线供电的网络，变为一个多电源与用户相连的配电网络，故障时配电网可能会出现含有DG的孤岛运行方式。通过算例表明，DG合理接入配电网后，可以提高配电网的供电可靠性。

参考文献

[1] 钱科军，袁越，ZHOUCheng-ke.分布式发电对配电网可靠性的影响研究[J].电网技术，2008，32（11）：74-78.

[2] 施伟国，宋平，刘传铨.计及分布式电源的配电网供电可靠性研究[J].华东电力，2007，35（7）：37-41.

（责任编辑：刘 晶）endprint

摘要：文章针对分布式电源接入配电网后，对配电网的结构以及供电可靠性评估模型所带来的变化。根据分布式电源的特点，讨论了分布式发电对配电网电压、继电保护和规划产生的影响。研究了分布式电源的可靠性模型，并分析了故障时配电网可能会出现的含有DG的孤岛运行方式。

关键词：配电网；分布式电源；继电保护；系统指标

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0125-02

1 概述

分布式发电（D1istributed Generation）在改善电网可靠性方面有重要作用。DG具有安装灵活、供电方便、环保等特点，被广泛应用于配电网中。随着DG接入配电网，配电网从一个辐射式的网络变为一个遍布电源与用户互联的网络，在系统发生故障时，以孤岛的形式继续为用户供电，保证了供电的连续性，大大地提高了供电的可靠性。

本文从分布式发电技术的特点入手，分析了DG对配电网的电压、继电保护、规划方面的影响。重点讨论了DG的可靠性模型，分析了含DG的配电网的孤岛运行，通过算例证明DG合理接入配电网可以提高配电网的供电可靠性。

2 分布式电源对配电网的影响

2.1 分布式发电技术

分布式发电指的是通过规模不大、分布在负荷附近的发电设施实现经济、高效、可靠的发电。面对目前人均用电量的不断增长，很多地区都受到短时停电的威胁，很多大型用户和商业中心都采用先进的DG技术来保证自身的不间断供电。

2.2 分布式电源对配电网的影响

2.2.1 对电压的影响。电压维持在规定范围内才能保证电能质量。DG的接入会对配电网馈线上的电压分布产生重大影响。同样渗透率的DG集中在同一节点，对电压的支持效果要弱于分布在多个节点上。稳态情况下，沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高。

2.2.2 对继电保护的影响。DG接入配电网后，故障发生时为确保保护装置正确动作，应切断电网中的DG。在架空线和地下电缆的混合线路中切断DG，变压器空载运行，电缆对地电容与变压器的线圈发生铁磁谐振，产生不规则的高电压、大电流，严重威胁线路的电力设备。

2.2.3 对配电网规划的影响。DG的出现会使电力系统的负荷预测、规划和运行与过去相比有更大的不确定性，增加了配电网规划的复杂性，改变了配电网的结构和运行特性，为维护电网的安全、稳定运行，有必要将布式电源单元集成到现有的配电网中，使DG接受统一调度。

3 含分布式电源的配电网可靠性分析

3.1 分布式电源的可靠性模型讨论

3.1.1 将DG作为普通的配网变电站考虑。这种模型下当某段馈线发生故障时，通过断路器跳闸将故障段隔离，而在系统中原来与DG相连的部分可由DG继续供电。这种模型对配网可靠性的提高很大，但实际应用价值不大。

3.1.2 将DG作为等值发电机考虑。这种模型由于其功率输出稳定，保持不变，可能会出现负荷会超过DG所能提供的功率的情况，为了确保孤岛内电力的供需平衡，保证形成的孤岛运行稳定，须对配网进行孤岛划分。这种模型只能够提高孤岛内负荷点的风险水平。

3.1.3 本文将DG的可靠性模型分类为三种，即将DG作为普通的配网变电站考虑，将DG作为等值发电机考虑，将DG作为随机电源考虑。

3.1.4 将DG作为随机电源考虑。这种模型除了额定功率输出外，还有多个非额定运行状态，需要考虑其形成孤岛的概率问题，一般由历史负荷和DG的功率输出数据统计得到。此种模型比较符合常见DG的实际情况。

3.2 含分布式电源的配电网孤岛运行

当配电网发生故障，用户失去电源时，如果可以用DG顶替，则能够继续向重要负荷供电，从而改善配电网供电可靠性。包含DG的供电网与主配电网分离后，仍能继续向部分负荷供电，则此包含DG的供电网称之为孤岛。孤岛这种新的运行方式可以减小停电面积，提高配电网的供电可靠性。

确定孤岛方案时应考虑以下四方面原则：（1）在可靠形成孤岛的情况下，使开关操作的次数最少；（2）在满足孤岛内总负荷不超过DG总发电容量的前提下，使孤岛包含尽可能多的负荷；（3）孤岛内应尽可能包含负荷等级更高的负荷；（4）使形成孤岛需要的自动重合闸的开关的数量最少。

3.3 含分布式电源的配电网可靠性指标

按照评估对象的不同，配电网的可靠性指标可分为负荷点指标和系统指标。

负荷点指标描述的是单个负荷点的可靠度，主要包含平均故障率、停运持续时间和平均停运时间这三个指标。它们都是一种概率指标，反映在某种概率分布下的期望值。

系统指标描述的是整个系统的可靠程度，我国配电网采用的可靠性指标主要有用户全年总停电次数（ACI次/年）、用户停电总持续时间（CID时·户）、用户平均停电时间（AIHCh/（系统用户·年））、供电不可用率（SU）、用户平均停电次数（AITC次/（系统用户·年））、故障平均停电持续时间（AIDh/（户·年））、停电用户平均停电次数（AICI次/（停电用户·年））等。根据系统指标可以综合的评价配电网的可靠性。

根据指标的物理意义，表中的配电网系统可靠性指标值越小，配电网的可靠性越高。有表3可以明显看到，在原来的3节点配电网系统中接入DG后，用户停电总持续时间（CID）、用户平均停电时间（AIHC）、供电不可用率（SU）、故障平均停电持续时间（AID）指标都减小了，说明系统整体的可靠性有了显著的提高。证明在配电网中合理接入DG后，可以提高配电网的供电可靠性。

5 结语

本文分析了分布式发电对配电网电压、继电保护和规划方面的影响，着重分析了配电网故障后，DG的接入对配电网可靠性的影响。在传统的配电网中加入DG后，原来的单一电源点给馈线供电的网络，变为一个多电源与用户相连的配电网络，故障时配电网可能会出现含有DG的孤岛运行方式。通过算例表明，DG合理接入配电网后，可以提高配电网的供电可靠性。

参考文献

[1] 钱科军，袁越，ZHOUCheng-ke.分布式发电对配电网可靠性的影响研究[J].电网技术，2008，32（11）：74-78.

[2] 施伟国，宋平，刘传铨.计及分布式电源的配电网供电可靠性研究[J].华东电力，2007，35（7）：37-41.

（责任编辑：刘 晶）endprint