微电网的可靠性探讨

微电网(Micro-grid，microgrid)，也称微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

微电网是相对传统大电网的一个概念。美国、欧洲等国家和地区对微电网的定义也不尽相同。1)美国对微电网的定义：微电网是一种由负荷和微电源共同组成的系统，其内部电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制;当微电网与主网因为故障突然解列时，微电网还能够维持对自身内部的电能供应，直到故障排除。2)欧洲对微电网的定义：利用一次能源，使用微型电源，分为不可控、部分可控和全控三种，并可冷、热、电三联供;配有储能装置，使用电力电子装置进行能量调节。

微电网各元件技术参数及经济性尚处研究试验阶段，是新型电力系统研究的重要内容。其综合了分布式发电、新型电力电子、储能和可再生能源等技术，其主要组成部分包括微电源(分布式电源)、储能装置、负荷和中心控制系统等，具有自治、稳定、兼容、灵活的特点。微电网有并网和自治两种运行方式，并网运行时可由外部电网和内部分布式电源联合向负荷供电，当外部电网出现故障或存在电能质量问题时，可由微电网中心控制系统控制微电网与主网断开实现自治运行，即仅由内部分布式电源给负荷供电，当故障解除后，微电网重新恢复并网运行。

然而，微电网自身的可靠性水平及微电网接入配电系统后对系统可靠性影响等问题，已引起电力科研工作者的密切关注，但进入实质研究阶段的却不多，尤其是关于微电网自身的可靠性评估的研究，目前在国内外还很鲜见。本文对含微电网的配电系统可靠性评估进行了探索，下面对此作简要介绍。

2 含微电网的新型配电系统可靠性评估

随着微电网的接入，传统的单电源辐射状配电网变成了一个遍布电源和负荷的多电源新型配电网，改变了配电网辐射状的结构，增加了配电网潮流的不确定性。同时，微电网中分布式电源的输出功率具有随机性和间歇性。这些问题对系统的运行和控制产生了一系列的影响，也给含微电网的配电系统可靠性评估带来巨大的挑战。因此，配电系统可靠性的评估理论与方法也将随之产生变革。本文对含微电网的配电系统可靠性评估研究如下：

1)分布式电源的可靠性评估模型

与传统电源相比，分布式发电具有一次能源多样性、接入位置和运行方式灵活、电源出力特性不同等特征，且风电、光伏等主要分布式电源具有明显的间歇性、随机性等特点。因此，各类型分布式电源的建模是对含分布式电源的配电系统进行可靠性评估的首要问题。

针对风电、光伏等间歇、随机性分布式电源建模的研究较多。常用方法是将分布式电源等效为常规电源进行处理，建立分布式电源的多状态概率模型。实际风电机组、光伏电池的出力随风速、日照强度等因素实时变化，幅值从零到额定值之间不断随机变化。通过多状态概率模型将出力连续变化的风电机组等效为离散的多状态发电机模型，以便于利用模拟法或解析法计算系统可靠性指标。

同样地，可应用该思想可建立计及控制策略的储能设备可靠性模型。

2)分布式电源孤岛划分

当主网发生故障或者安全稳定运行需要时，微电网能进入孤岛运行状态，该模式对孤岛内负荷点供电可靠性有重要影响，但孤岛的划分需要考虑分布式电源功率输出的随机性、负荷的不确定性以及保护配置等因素的影响。

目前，常用的孤岛划分策略仅简单地考虑微电网中分布式电源与负荷的功率平衡。实际上，孤岛运行中还需考虑微电源功率捕捉技术、控制技术、运行状态的平滑过渡、电源出力随机性等因素。

3)负荷及元件可靠性参数的不确定性

负荷的特性对可靠性评估有着重要的影响，传统可靠性评估中往往将负荷处理为定值，取平均负荷或者尖峰负荷;对于元件的可靠性参数，也常根据一定的函数分布取相应的期望值。分布式电源加入配电网后，确定性的负荷和元件参数将无法适应分布式电源的动态特性，尤其在孤岛运行方式下，负荷特性的研究对孤岛安全稳定运行尤为重要。现有研究中，对负荷的随机波动，大都采用统计学或启发式的预测方法进行处理，其依赖于负荷的历史数据。随着微电网