计及运行条件的微电网可靠性评估策略研究

The microgrid is an important part of a smart grid and it bears a special influence on the development of the power system as a whole. Island-capable microgrids can potentially improve customer reliability which is an important impetus of investing microgrid. However, protection-related issues can adversely affect this reliability benefit. At the same time, microgrid is vulnerable to suffer different kinds of outages, such as short-circuit fault, due to its complex operating environment. In addition, average annualized indices often do not effectively convey a complete picture of reliability levels of a microgrid at different periods. The primary goal of this project is to investigate the impacts of three kinds of operating conditions including protection system, meteorological condition and undesired outage on reliability indices of a microgrid, which is integrated with multiple weather-dependent micro-sources. A short-term outage model of component will be established to quantify the impacts of protection system; in addition, Latin hypercube sampling will be used to handle meteorological parameters and the scenario technology will be adopted for undesired outages. The expected achievement of this project will include: (1) a reliability test system for microgrid; (2) the indices of operational reliability including adequacy indices and security indices; furthermore, evaluation approaches will be provided correspondingly; (3) some recommendations on the parameter settings of microgrid protection system.

微电网是智能电网的重要组成部分，也是未来电力系统的发展方向之一。具备孤岛运行能力的微电网能够提高对用户的供电可靠性，是当前吸引微电网投资的重要动力之一。然而，微电网保护存在的相关问题可能会弱化这一可靠性收益；同时，微电网运行环境复杂，易遭受短路等故障；传统年度化的平均值指标也无法全面地衡量各时段的可靠性水平。本项目将从微电网保护、气象环境及不可预期故障这三种运行条件对包含多种天气相依微型电源的微电网展开可靠性评估研究。本项目将建立元件短时停运率模型以计及保护动作的影响，将利用拉丁超立方采样技术处理气象因素，将采用多场景技术分析不可预期故障。通过理论分析和仿真研究，预期成果包括：构建完善的微电网可靠性测试算例；初步建立包括运行充裕性和运行安全性的微电网运行可靠性指标体系，并提出相应的评估方法；从改善供电可靠性角度对微电网保护参数的设置提出若干建议。

微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，通过电力电子技术实现微型电源的能量转换及控制。基于微电网自身的特点，本项目着重对微电网运行可靠性的若干难点展开研究。. 本项目从分析微电网保护、气象环境及电力电子器件等运行条件入手，对包含多种天气相依微型电源的微电网展开了可靠性评估的研究。微电网保护方面，提出了虚拟保护整定值概念，为保护元件建立了运行条件相依的动作概率模型，分析了网内馈线的短时停运率模型，提出了故障发生后的启发式负荷恢复算法，并从可靠性与安全性两方面提出了若干微电网运行可靠性新指标，建立了一种计及保护影响的微电网运行可靠性评估新方法，算例仿真结果显示了保护对运行可靠性的影响，项目成果能够为微电网保护参数设置提供若干建议和指导，可应用于微电网保护原理及保护方案的优化；为了考虑保护随机性不确定事件和模糊性不确定事件对可靠性评估的影响，进一步提出了模糊虚拟整定值概念，构建了包含系统、馈线、负荷三层次的模糊可靠性指标体系，基于模糊仿真获得的微电网模糊可靠性指标能够更加适应不确定运行条件的影响。本项目还量化了气象因素对微电网运行状态的影响，建立了各类微电源出力与风速、光照强度、温度等气象参数间的数学表达式，将拉丁超立方采样方法应用于处理气象因素随机性，同时结合网格法与后向场景削减算法削减采样场景数目，这一方法得以通过仿真实现了对微电网运行状态的高效地及精确地还原。基于储能装置作为微电网一类不可或缺设备，本项目亦分析了它在微电网中的角色和影响，建立了计及运行条件的储能装置充放电模型，通过序贯蒙特卡洛仿真实现了计及储能装置控制策略的微电网可靠性评估；通过多目标粒子群算法确定了储能协调运行的优化方案，并将仿真结果应用在指导微电网的安全运行。整体而言，本项目采用从元件到系统的研究方法，通过研究元件层面的运行条件相依短时停运率模型，继而探索计及运行条件的微电网运行可靠性策略。