基于GO法的计及分布式电源的配电系统可靠性研究.pdf

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1、浙江大学硕士学位论文 目录 目录 致谢I 摘要I I A B S T R A C T 。I I I 目录I V 第一章绪论1 1 1 课题研究背景和意义1 1 2 配电系统可靠性分析理论2 1 2 1 配电系统可靠性分析意义2 1 2 2 配电系统可靠性分析方法2 1 2 3 配电系统可靠性评估指标5 1 3 国内外分布式发电可靠性研究现状7 1 3 1 分布式电源规划7 1 3 2 孤岛划分策略9 1 3 3 含D G 配电系统可靠性评价方法9 1 4 本文的主要研究内容1 1 第二章电力系统中G O 法应用理论1 2 2 1G o 法基本原理1 2 2 1 1G O 法基本概念1 2 2

2、1 2G 0 操作符12 2 1 3G O 图一13 2 1 4G O 法分析过程1 4 2 2 电力系统设备的G O 法可靠性模型1 5 2 2 1 可修设备的可靠性分析。1 5 2 2 2 考虑检修状态的设备可靠性分析1 6 2 2 3 可修系统的操作符相关性1 7 2 3 基于G O 法的系统可靠性指标1 7 2 4G O 法在电力系统中的应用现状1 8 2 4 1 电气主接线可靠性评估1 8 2 4 2 特高压直流输电系统可靠性评估1 9 2 4 3 继电保护系统可靠性评估2 0 2 4 4 复杂配电系统可靠性评估2 0 2 5G O 法与传统可靠性评价方法的比较2 2 2 6 本章小

3、结2 2 第三章分布式电源及其可靠性分析。2 4 3 1 常见分布式电源2 4 3 2 典型分布式光伏发电系统2 6 3 3 基于G O 法的并网光伏发电系统可靠性模型2 6 3 3 1 光伏阵列的G O 法数学模型。2 6 3 3 2 光伏系统的G O 法数学模型2 9 3 3 3 光伏系统可靠性计算3 l 3 4 光伏系统可用性状态分析3 3 3 5 光伏电源总的可靠性分析3 3 I V 浙江大学硕士学位论文 目录 3 6 本章小结3 5 第四章含分布式电源的配电系统可靠性分析3 6 4 1 孤岛运行方式3 6 4 1 1D G 运行方式3 6 4 1 2 孤岛运行原则3 7 4 2 含D

4、 G 配电系统馈线分区及故障分类3 9 4 2 1 馈线分区模型3 9 4 2 2 系统故障分类4 0 4 3 基于G O 法的含D G 配电系统可靠性评估模型4 0 4 3 1 孤岛区域内故障可靠性分析4 0 4 3 2 孤岛区域外故障可靠性分析4 1 4 3 3D G 故障可靠性分析4 2 4 3 4 系统可靠性指标计算4 3 4 4I E E ER B T S 算例及结果分析4 4 4 。4 1 算例数据4 4 4 4 2 计算结果4 6 4 4 3 结果分析4 8 4 5 本章小结4 9 第五章结论与展望51 参考文献。5 3 攻读硕士学位期间发表或录用的学术论文5 8 V 浙江大学硕

5、士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景和意义 随着全球经济的复苏，全球能源消耗也回升迅速，而电能又是能源供给的核 心组成部分。全球2 0 1 0 年发电量达到2 1 3 2 5 1 亿千瓦时，比2 0 0 9 年增长5 9 t 1 1 。 全国( 不含中国香港、澳门和台湾地区，下同) 2 0 1 0 年发电量达4 2 0 6 5 亿千瓦 时，占全球发电量的1 9 7 ，同比增长1 3 2 ，高于世界平均增长率5 9 ，高于 亚太地区的平均增长率9 1 t 。据国家能源局最新发布信息，2 0 1 1 年全国全社 会用电量达4 6 9 2 8 亿千瓦时，同比增长1 1 7 ，增长势

6、头强劲【2 】。 目前，世界一次能源消费仍由石油、煤炭和天然气等不可再生的传统化石能 源主导，核能和其他可再生能源的消费份额仍然有限。装机容量和发电量的快速 增长，加速了化石燃料的大量燃烧，这也加速了全球C 0 2 等温室气体的大量排 放。据统计，2 0 1 0 年全球C 0 2 排放增长了5 8 t 1 1 。发展低碳经济、建设生态文 明、实现可持续发展，已经成为人类社会的共识。因此，加快开发和利用清洁的 新能源，具有巨大的深远的现实意义。 在国际能源趋紧、环境恶化加剧、新能源技术快速发展的背景下，智能电网 被适时地提出【3 】。建设智能电网关键环节之一即为高比重的分布式电源接入电 网，其中

7、涉及到清洁新能源的大范围开发和利用。清洁新能源主要包括太阳能、 风能、生物质能、地热能和海洋能等，这些能源具有蕴含量大、分布广泛、环境 污染低、可永续利用等优点。2 0 1 0 年全国光伏发电装机容量为8 9 3 M W ，比2 0 0 9 年增长了1 3 9 4 ；风力发电装机容量达4 4 7 8 1 M W ，比2 0 0 9 年增长了7 3 2 ； 地热发电容量也达到了2 4 M W t l l 。 近年来，我国从应对环境变化、促进经济增长、保障能源安全的需求出发， 加大了在可再生清洁能源领域的投入，能源结构逐步得到调整和优化【3 】。随着清 洁新能源的开发与应用，电网的电源形式趋于多样

8、化，电网供电模式趋于复杂化， 这对电网的运行与控制提出了新的更高的要求。 为有效评估分布式电源接入对系统及用户产生的影响，开展相关的可靠性评 估工作也显得至关重要。而传统的电力系统可靠性评价体系己难适应新能源接入 对电网运行带来的变革性影响，因此，对分布式新能源接入配电系统进行相应的 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 可靠性研究与探讨，具有很高的应用价值。 1 2 配电系统可靠性分析理论 1 2 1 配电系统可靠性分析意义 配电系统可靠性( D i s t r i b u t i o nS y s t e m R e l i a b i l i t y ) 是指整个配电系统及设备， 按可接受标准

9、及期望数量满足用户对电力和电能需求能力的度量【4 1 。其中，配电 系统是指从供电点到用户，主要有变电所、高低压线路、接户线等 4 1 。配电系统 可靠性分析主要过程为【5 】： ( 1 ) 建立可靠性分析模型； ( 2 ) 输入可靠性参数： ( 3 ) 确认可靠性判据，故障后果分析： ( 4 ) 求出各个负荷点的可靠性指标； ( 5 ) 继续求得系统的可靠性指标。 迄今为止，更多的可靠性研究都集中在发电系统和输电系统，而在配电系统 可靠性评价领域的关注相对较少，有关统计资料显示，用户约8 0 的停电事件为 配电系统故障引起【6 1 。随着配电系统领域相关先进技术的快速发展，用户与电网 之间的

10、信息交互变得更加频繁和重要，简单的电能供应模式已显然不能满足实际 需求。 近年来，智能电网、分布式发电、配网自动化等新技术的研究与应用，传统 的单电源辐射配电网已逐渐变成一个遍布电源和负荷的新型配电系统，系统的运 行与控制将变得越来越复杂，这对配电系统可靠性分析提出新的更高的要求阴。 因此，配电系统可靠性与社会发展、人类生活水平患息相关，有效的配电系 统可靠性评价，能为配电系统进一步的规划和管理提供科学依据，有利于发电、 输电、配电、用电各个环节的经济效益得到优化，也是为了适应电力行业创新发 展的客观需要。 1 2 2 配电系统可靠性分析方法 配电系统可靠性分析的常用方法有解析法和模拟法两大类

11、【5 1 。近年来，国内 外学者也在此基础上，提出了大量的配电系统可靠性评估新方法【5 1 。 2 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 ( 一) 解析法 解析法主要指根据系统具体的结构、系统和元件的功能以及互相间的逻辑关 系，得到较严格的数学模型和有效算法，来计算系统的可靠性指标1 4 】。 故障模式与后果分析法( F M E A ) 是最基本的解析法之一，该方法采用基于 预想事故后果分析的方法，经过大量的故障枚举来得到可靠性指标。文献 8 】考 虑故障后的潮流和电压约束，提出了结合最小割集法的F M E A 法，使F M E A 法 适用于大配电系统的可靠性评估；文献【9 】通过元件故障扩散的规

12、律形成系统 的故障范围，从而判断节点故障的类型，来得到系统的可靠性指标；文献 1 0 】提 出一种适用于含大量子馈线和隔离开关的复杂配电网络可靠性评估的故障遍历 算法，可有效考虑系统的容量约束。 网络等值法( N e t w o r kE q u i v a l e n t ) ，主要思想是通过等效，将复杂配电系统 等效为简单辐射状馈线系统，适用于带复杂分支馈线的配电系统。文献 1 1 】对 I E E E 文献中的等值法进行改进，综合考虑了熔断器、断路器、备用变压器等设 备对系统可靠性的影响；文献 1 2 在网络等值模型的基础上，结合设备的实时故 障率，较完备地考虑了设备运行年限的不同阶段对

13、系统可靠性评价的影响。 最小路法( M i n i m a lP a t h ) ，主要思想为对系统中每个负荷点求取最小路，并 将非最小路上元件故障产生的影响折算到该最小路上相应的节点上，从而简化负 荷点可靠性指标的求取过程【1 3 】。文献 1 4 】提出了最小路和广度优先搜索相结合的 模型，该模型考虑了分支线路、隔离开关、负荷开关、计划检修、备用电源等的 影响；文献 1 5 提出了基于最小路的故障扩散法可靠性评价算法，该算法在最小 路法的基础上，以负荷点可靠性计算为中心构造，当只需求取部分负荷点可靠性 指标时具有很高的效率；文献 1 6 提出了基于D F S 的修正最小路法，该方法采用 深

14、度优先搜索从分支线首端至负荷点的最小路，而主馈线元件根据接线形式来计 入可靠性计算，省略了非最小路元件的等值过程。 区间评估法( I n t e r v a lE v a l u a t i o n ) ，主要思想为对一定范围内变化的可靠性参 数，通过“区间数“ 来表示，在可靠性计算过程中很好地考虑了可靠性参数的不 确定性【1 7 】【1 羽。文献 1 9 】进一步考虑了网络运行条件对负荷转移的限制；文献 2 0 】 则将区域节点模型与区间算法结合，并计及了计划检修对系统可靠性的影响。 馈线分区法( F e e d e rP a r t i t i o n ) 【2 1 1 ，主要思想为根据自

15、动开关装置或者手动 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 开关装置的设置，以馈线为单位将复杂配电系统分区，采用区域故障模式进行可 靠性评估。文献 2 2 】考虑分布式能源的接入，基于网络划分法，提出了分级分层 分区的可靠性评估模型。 另外，文献 2 3 】考虑了配电系统故障时f - 3 分布不确定的特点，提出了一种基 于马尔柯夫过程的适用于可靠性经济性评价的通用方法。文献 2 4 】对系统的可操 作性元件，如分段开关、断路器、联络开关等建立状态转移模型，通过各状态故 障参数的计算，统计得到系统的可靠性指标。 解析法的物理概念非常清晰，计算模型具有很高的精度；但是上述的各种解 析方法也有各自的局限性，

16、其计算量会因系统规模的增大而急剧增大，将会降低 评估的效率【4 】。 ( 二) 模拟法 模拟法主要通过对元件故障的概率分布进行抽样，来进行状态的选择和估 计，利用统计的方法得到可靠性指标1 2 5 1 。 文献 2 6 1 提出了状态转移与蒙特卡洛法相结合的算法，并分析了元件的修复 时I ；- JT T R 和开关操作时I ；3T T S 的概率分布对可靠性指标的影响；文献 2 7 】则提 出了自适应分层重要抽样算法，可以显著提高可靠性计算效率。 相对解析法，模拟法更加直观，能更好的适应负荷的随机变化特性，具有良 好的统计特性，但是其计算的精度和计算时间存在矛盾性，即要获得高精度的计 算结果，

17、需以极大的计算时间付出作为代价。 ( 三) 确定性评价 可靠性的确定性评价是指通过电网结构直观、定性描述来评价其可靠性的方 法，常见的有：N 1 校验、N 2 校验、多电源供电评价等【2 8 1 。 该类评价方法的优点为：直观易读，容易实现，只需通过简单的潮流计算等 方法即能得到结果，能十分快捷的得到系统的可靠性指标【2 8 1 。 该方法的不足主要体现在：系统内部的可靠性差异不能精确反映，且不利于 得到负荷侧或用户侧的可靠性量化指标。 ( 四) 新评价方法 文献【2 9 】针对可靠性参数的不确定性，将“盲数理论“ 引入配电网可靠性评 估中，与传统的区间分析方法相比，既能较好地解决和处理可靠性

18、分析中不确定 4 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 信息( 模糊性、灰色性等) ，且更能充分反映指标的不确定性。 文献 3 0 1 介绍了贝叶斯网络在配电系统可靠性评价中的应用，具有结构清晰、 物理意义明确的优点，能反映各个元件的可靠性参数对系统可靠性指标的影响程 度的大小，便于寻找和分析系统存在的薄弱环节。 文献【3 1 】基于多级B C - N M 域子网络划分，利用等值法计算得到系统可靠性 指标，其中子网络根据配电系统中断路器和分段开关的设置来划分。该方法在计 算负荷点指标时，可避免重复向上等效和向下等效，提高了计算效率。 文献 3 2 1 提出了一种配电系统拓扑分析方法，提出了最小隔离

19、块的概念，即 对一些相互间没有明显断开点的设备进行合并。隔离块的应用，大大降低了常规 可靠性计算中的设备数，有效地降低了枚举数量，提高了计算效率。 文献 3 3 1 将联系数方法引入配电系统可靠性评估。该方法用联系数表示原始 参数和可靠性基础数据，通过相关运算处理原始数据的不确定性，计算得到可靠 性联系数指标，包含确定项和不确定项。 文献【3 4 基于广义灰色关联理论，提出了灰色距离关联度的概念，并在结合 了传统的灰色相对关联度和绝对关联度的基础上，提出了一种采用信息熵加权方 法的改进综合关联模型。该模型能全面、客观地反映各相关因素指标对系统可靠 性影响的大小，为可靠性规划提供了新的思路。 文

20、献 3 5 1 提出在配电系统可靠性评价中考虑天气状态影响，引入三状态气候 模型，使得配电系统的可靠性评价更加科学、全面，利于规划运行人员的决策分 析。 1 2 3 配电系统可靠性评估指标 ( 一) 负荷点可靠性指标1 4 I 对配电系统负荷点进行可靠性分析时，经常通过建立故障模式及后果分析 表，通常采用三个指标：负荷点故障率五( 次a ) 、负荷点每次故障平均停电持续 时间，( 1 9 次) 、负荷点年平均停电时间U ( h a ) 。 对拧个可修复元件串联的简单系统，其等效可靠性指标计算过程如下： 以= 以 ( 1 1 ) 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 ” 虬= 乃，： ，- l ：竿

21、：銎 以 五 对两个可修复元件并联的系统，其等效可靠性指标计算过程如下： 冬2 五( ，i + 吃) ，D = 生 。吒+ r 2 ( 1 2 ) ( 1 3 ) ( 1 4 ) ( 1 5 ) 酢= 如r e = 如吒吃 ( 1 6 ) ( 二) 用户侧可靠性指标1 6 l ( 1 ) 用户平均停电频率指标( C A I F I ) r A | F I 一旦生璺堡皇姿墼! 型一璺姗o f c u s t o m e ri n t e r r u p t i o n s )f17 、l “一一戛雨甄丽而哥强可赢 盂瓦焉忑面赢i 丽品丽 7 ( 2 ) 用户平均停电持续时间指标( C A I D

22、 I ) c A I D I = 雩器勰器熹麓罱罴筹掣= 瓷8 ， 式中：M 负荷点f 的年停电时间； A 广负荷点i 的故障率： M 负荷点i 的用户数。 ( 三) 系统侧可靠性指标吲 ( 1 ) 系统平均停电频率指标( S A I F I ) S A I F I ：型妻塾翼娑掣罢些竺塑! ! 堕型塑! ! ：堇塑( 1 9 ) 2 蒙瓣孺两F 而了赢磊忑瓦忑磊爵忑矛2 号斧 w 式中：五广- 负荷点f 的故障率； M 一负荷点f 的用户数。 ( 2 ) 系统平均停电持续时间指标( S A I D I ) 蛐k 盟鼍嬲等恶等慧笋= 皆 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 式中：【厂广负荷点i 的

23、年停电时间； f 一负荷点f 的用户数。 ( 3 ) 平均供电可用率指标( A S A I ) 脑砧= 错篙器器甓熹等= 避警 式中：( 卜负荷点f 的年停电时间； ，一负荷点f 的用户数。 ( 4 ) 平均供电不可用率指标( A S U I ) A s L ：l A S A I = 竺丝 ( 1 1 2 ) 。M X 8 7 6 0 ( 5 ) 电量不足指标( E N S ) E N S = 系统总的电量不足( t o t a le n e r g yn o ts u p p l i e db yt h es y s t e m ) = 乞( f ) U ( 1 1 3 ) 式中：厶厅r 负

24、荷点f 的平均负荷； ( 7 广负荷点f 的年停电时间。 1 3 国内外分布式发电可靠性研究现状 1 3 1 分布式电源规划 分布式发电( D i s t r i b u t i o nG e n e r a t i o n ) 3 6 1 的引入对配电网供电可靠性分析产 生了显著影响【3 7 】【3 8 】【3 9 1 。随着大量D G 接入配电网，传统的辐射式配网供电方式 将逐渐演变成双端或多端供电模式，电源模型的多样化使得系统的运行方式更加 灵活，而运行方式的复杂化也对配网规划和可靠性评价提出了新的要求【加1 。 文献 4 1 】研究了放射状链式配电系统在考虑并入一定容量分布式电源后各负

25、 荷节点电压幅值的变化，从电压分布角度理论分析了分布式发电可行接入位置、 负荷平衡点和临界注入容量等应用问题。文献 4 2 】则建立了一种考虑静态电压稳 定约束的规划模型，首先计算网络中对应各支路的静态电压稳定指标厶并按大 小顺序进行排队，得到指标队列后确定各支路电压稳定薄弱程度。将D G 安置在 最薄弱支路的受端节点，对提高系统静态电压稳定性最为有利。 文献【4 3 】提出了一种以“负荷质心“ 为基础的D G 优化配置新方法，该方法 7 络损耗为基础进行D G 选择；文献 4 7 】则针对粒子群算法存在的早熟问题，提出 了自适应变异的粒子群算法( A M P S O ) ，优化了配网中的D

26、G 选址和定容。文献 4 8 引入模糊原理，采用模糊变量进行表示负荷预测值和部分类型的分布式电源输出 功率，以经济可靠运行的各种限制为约束条件，以年投资运行费用的模糊期望值 最小为目标函数，建立了含分布式电源的配电网模糊优化规划模型。 文献【4 9 】在规划目标中引入了分布式电源的环境效益奖励因子，提出了协调 规划框架；文献 5 0 】在基于改进的免疫克隆选择算法的基础上，引入聚类竞争算 子及混合变异算子，所建立的包含分布式电源的配电网规划得到有效优化。 考虑经济性时，文献 5 1 】引入节点灵敏度系数矩阵和单位负荷增量成本矩阵， 提出了能考虑无功影响的配网节点支路边际容量成本模型，能够真实反

27、映节点 容量紧张程度和线路负载严重程度，并重点介绍了电网公司产权的D G 优化配置 模型和算法。文献 5 2 】通过对不同D G 配置方案下的系统年发电费用、用户停电 损失、环保成本等指标的计算，建立了综合经济性、可靠性、环保性评估的分布 式电源优化配置模型。该模型将环境影响纳入优化模型中，使得D G 配置方案评 价更加全面。文献 5 3 】综合考虑了配电公司和独立发电商的经济利益，建立了投 资分布式电源单位成本收益和因分布式电源接入改善配电网带来的收益的最大 化多目标模型，可有效实现分布式电源类型、容量和位置的同步优化。 8 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 2 孤岛划分策略 孤岛运行

28、是含分布式电源的配电系统特有的一种运行方式，当部分用户仅由 D G 进行供电时，包含这部分用户及D G 的配网子系统被称为电力孤岛，简称之 孤岛【5 4 1 。 针对孤岛划分，文献 5 5 】提出了一种基于树背包问题( T K P ) 的配电系统最 优孤岛划分模型，并考虑了负荷的优先级、负荷可控性和电网运行约束等因素； 文献 5 6 】在文献 5 5 】的基础上，采用分支定界算法求解其中的T K P ，得到满足约 束条件的最优孤岛划分。 文献 5 7 】介绍了基于改进P r i m 算法的孤岛划分方法，能适应配网的环网结 构，并通过保证重要负荷持续供电和孤岛范围最大，来实现故障恢复后孤岛模式

29、与并网模式间的快速切换。文献 5 8 】根据负荷重要程度不同，提出了等值有效负 荷的概念，以“等值有效负荷最大“ 为目标函数来划分孤岛。文献 5 9 】提出了基 于预先规划、动态划分和多级孤岛相结合的孤岛划分控制算法，能适应更复杂的 网络结构。 1 3 3 含D G 配电系统可靠性评价方法 针对分布式电源接入后对配电系统运行与控制产生的影响，开展相应的可靠 性分析研究具有重要意义。 文献 5 8 】在根据等值有效负荷之和最大来有效划分孤岛的前提下，通过改进 的最小路法，提出计及分布式电源的配电网可靠性评价模型。 文献【6 0 】介绍了多种D G 模型及运行方式，引入含D G 区域网络节点的网络

30、 划分方法，在此基础上根据区域节点故障的不同类型建立可靠性模型，可靠性计 算层次清晰。文献 6 1 】基于简化网络，形成区域元件故障影响表，通过基于序贯 蒙特卡洛仿真法进行可靠性评估计算。建立区域元件故障影响表，简化了可靠性 分析计算过程。 文献【6 2 】考虑到配电网的元件及负荷原始参数的不确定性，在可靠性评估中 引入区间算法，计算得到的含D G 配电网的可靠性指标更切合实际。文献f 3 8 1 在 引入区间算法的基础上，通过网络等值的简化，可有效提高含分布式电源配电系 统可靠性评估的效率。 9 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 文献 6 3 】介绍了孤岛划分数学模型的基础上，提出了一种基于贝

31、叶斯网络的 方法，来研究分析含分布式电源的配电系统可靠性；文献【6 4 】则根据不同的D G 接入方式和运行方式对配电系统带来的影响，对提出的基于编号法和蒙特卡洛法 的配电系统可靠性评价算法进行改进，使之适用于含D G 配电系统的可靠性评 价；文献 6 5 针对可靠性评价原始参数的不确定性，提出了一种基于区间算法的 可靠性评价方法，能有效分析分布式并网对配电网可靠性的影响，并对考虑分布 式电源后的配电网可靠性经济性作了深入研究。 针对光伏发电中光资源的波动性和间歇性特性，文献【6 6 】综合考虑了能源约 束和光伏发电系统结构特点的六状态模型，通过2 9 个指标从时间、出力、系统 3 个层面综合

32、评价系统可靠性；文献 6 7 】将光伏系统状态分为工作状态、休眠状 态和故障状态三类，通过状态空间法建立双极并网光伏系统的可靠性模型，此模 型不仅考虑了光伏系统元器件本身可靠性，也考虑了气象等环境因素。文献【6 8 1 则根据光伏电站等值电路，推导了光伏电站的输出功率关系式，该关系式考虑了 太阳辐照度和环境两个变量。并对光伏电站的无功功率和电网潮流进行交替求 解，提出了故障光伏电池组件的切除条件。 针对风电有功输出取决于风向和风速而具有随机波动性，及风电场的输出功 率会受尾流效应的影响，文献 6 9 】在满足电力系统运行安全约束前提下，考虑了 风速的时序性和自相关性，并结合风力发电机输出功率特

33、性以及强迫停运影响， 提出了以“电网最大负荷供应能力“ 为目标的发输电系统可靠性评估模型，该模 型很好地结合了风力电源可靠性模型与输配电网可靠性模型。文献f 7 0 】根据风速 模型和风电机组特性得到风电场各个状态的概率、频率和转移率，在此基础上引 入频率和持续时间法，在马尔科夫链的基础上建立了基于解析法的风电场可靠性 模型。 文献 7 1 】综合考虑了输电线路故障和输电线路有功限制，建立了考虑风向、 尾流效应以及地形因素影响的风电场内各台机组捕获风速计算模型，提出了一套 详细的故障状态分析处理方案。文献 7 2 f f 0 用统计1 年内的风速信息，通过风力 发电机( W T G ) 的功率

34、特性曲线，获得W T G 不同输出功率等级的概率，进一步 得到W T G 的多状态模型，并用最小割集法计算含W T G 配电网的可靠性指标。 1 0 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 本文的主要研究内容 本文研究的目标为提出一套基于G O 法的适合于计及D G 影响的配电系统可 靠性分析模型，该模型主要包括分布式电源侧的可靠性建模和含D G 配电系统的 可靠性建模两大块内容，并通过有关算例验证其实用性和有效性。主要研究内容 有以下几个方面： ( 1 ) 阅读国内外相关文献，研究配电系统可靠性分析方法及含分布式电源 配电系统的可靠性评价方法； ( 2 ) 引入并详细介绍一种基于成功概率并以

35、成功为导向的可靠性分析方法 G o 法，分析了电力系统设备的G O 法可靠性模型，并总结G O 法在电力系 统可靠性评价中的应用成果； ( 3 ) 对几种常见的分布式电源进行了介绍，并以并网光伏发电系统为例， 研究了其基于G O 法的可靠性分析模型。分析了光伏发电系统的可用性状态，并 收集相关可靠性数据，对光伏发电系统的可靠性指标进行简要计算； ( 4 ) 在考虑了D G 接入配网形式、运行方式、电源容量配置等因素后，分 析了孤岛运行原则；在馈线分区的基础上，提出了一种基于G O 法的适用于含分 布式电源配电系统可靠性评价的模型。通过I E E E R B T SB U S 6 系统进行算例分

36、 析，并考虑设备的计划检修状态，验证了本文提出的可靠性评价模型的实用性和 有效性。 浙江大学硕士学位论文第二章电力系统中的G O 法应用理论 第二章电力系统中G O 法应用理论 2 1G o 法基本原理 2 1 1G O 法基本概念 G O 法( G o a lO r i e n t e dM e t h o d o l o g y ) T a l f f 1 9 6 7 年由美国K a m a n 科学公司提 出，并在核物理领域及武器系统的安全性和可用性研究方面得到很好的应用 7 4 】。 2 0 世纪8 0 年代，国外有关学者进一步开发了G O - - F L O W 方法【7 5 1 ，

37、该方法更具 模型化，在处理有时序有阶段性任务的可靠性分析时展现了良好的效果。近年来， 国内学者对G O 法进行了更深入的研究探讨，G O 法展现出优于其他方法的特点 而开始被人们关注，并在核工业和天然气输送工程中得到有效应用【7 6 】【7 7 1 。 G O 法的分析过程为：从输入事件开始，确定一个G O 模型并加以计算来确 定整个系统的成功运行概率【7 3 1 。G O 法的发展的基础为决策树理论，基本思想为 把系统的结构图、原理图或工作图，翻译成G O 图，其中用G O 操作符代表具体 的元件或者功能逻辑关系，用信号流连接操作符并代表其之间的逻辑关系或者进 程【7 3 】。 2 1 2G

38、 o 操作符 系统中有一系列的元部件、子系统构成，翻译到G O 图中时，各个相关输入 输出信号间的逻辑关系表示，即为操作符。操作符的属性有类型、运算规则和数 据几大类，不同的操作符属性反映了其代表不同的单元特征和功能【7 3 1 。 文献 7 8 】定义了1 7 种标准的G O 操作符，文献【7 3 】详细介绍了这1 7 种标准操 作符的定义、相应的数据和运算规则，并介绍了相关的算法。 根据操作符在系统中的功能体现，大致可以分为以下三类： ( 1 ) 独立型：主要是指用来表示系统输入信号的元部件，如标准操作符中 的4 类、5 类操作符。在电力系统可靠性评估中，可用来模拟网络拓扑中的等效 电源母

39、线、有关控制信号等。 ( 2 ) 相关型：主要是指用来表示具体存在的信号处理的元部件。如标准操 作符中的1 类、6 类、7 类操作符。可用来模拟母线、断路器、隔离开关、变压 器，等。 1 2 浙江大学硕士学位论文第二章电力系统中的G O 法应用理论 ( 3 ) 逻辑型：主要是指用来表示系统中的功能逻辑关系。如标准操作符中 的2 类、1 0 类操作符。只用来模拟信号间的逻辑联系，自身并不需要概率数据。 针对本文的研究方向侧重于G O 法在含D G 配电系统可靠性评估中的应用， 本文只介绍其中几种常见的标准操作符，如表2 1 所示【7 3 】： 表2 1 常见的G O 法标准操作符 类型 名称操作

40、符实现功能 用于模拟电子部件，包括电池、断路器、 l 两状态单元 F o 减压器、过滤器等。可用来表示两状态 ( 成功状态和故障状态) 部件，是最常 用的操作符。 2 或门 泸 通过“或门”逻辑将多个信号连接在一 起，得到输出信号。为常用的逻辑判断 操作符。 模拟系统的一个输入事件或起始信号， 5 信号发生器 萨 作为G O 模型的输入。如果一个系统有 多个此类输入信号，则相互间必须独立。 模拟有控制信号的设备与元件，该类设 有信号而导 S z 备需要经过信号控制才能正常工作并输6 一 出信号。 通的元件 1 0与门 产 通过“与门”逻辑将多个信号连接在一 起，得到输出信号。为常用的逻辑判断

41、操作符。 其中，S 为输入信号，R 为输出信号 2 1 3G o 图 G O 图是传统G O 法的核心思想，是根据系统原理图、工程图、结构图或流 程图直接“翻译“ 得到，主要步骤为【7 3 】： ( 1 ) 用不同类型的标准操作符代表系统中的元部件或者子单元。在实际制 1 3 浙江大学硕士学位论文第二章电力系统中的G O 法应用理论 图时，根据各单元间的故障率差异，进行适当的取舍，以得到简单有效的G O 图。 ( 2 ) 用信号流连接各操作符，表示其之间的功能关系和逻辑关系。根据信 号流逻辑关系按需要适当增加“或门”、“与门”等逻辑操作符。信号流不允许有循 环。 ( 3 ) 对G O 图中的操

42、作符和信号流分别进行编号，编号唯一不允许有重复。 ( 4 ) 遍历G O 图，检查是否符合系统原理及运行规则，给予补充或修正。 2 1 4G O 法分析过程 G O 法分析过程如图2 1 所示【7 引。 建立G o 主图模型 。， 操作符相关性研究操作符可靠性参数 G 0 程序运算 ，JL一 系统可靠性评价 图2 1G O 法分析过程 具体过程描述为【7 3 】： ( 1 ) 定义待评估的系统，并确定系统的边界。明确系统元部件的功能及其 之间的逻辑关联，确定系统的输入、输出信号。 ( 2 ) 定义成功准则。根据可靠性评价要求，明确何类输出信号表征系统成 功，这是G O 运算的基础。 ( 3 )

43、 根据相关规则将系统原理图、流程图翻译成G O 模型图( G O 图) 。在 G O 图中，实际系统的单元( 或逻辑关系) 用操作符表示，各操作符间的关联用 信号流表示。 ( 4 ) 操作符相关性处理f 7 3 1 。在可修系统中，单元和系统之间、单元与单元 之间并非完全独立，表现在停工、维修和备用等方面存在一定的相关性，对应到 1 4 浙江大学硕士学位论文第二章电力系统中的G O 法应用理论 G O 图即为操作符相关性。 ( 5 ) 进行G O 运算。目前较成熟的分析方法主要有状态组合算法和概率公 式算法【7 3 1 。 2 2 电力系统设备的G O 法可靠性模型 2 2 1 可修设备的可靠

44、性分析 电力系统领域，绝大多数设备如变压器、断路器等都是可维修的部件构成， 称为可修系统。可修系统中的设备元件，因故障可由正常运行状态转入停工维修 状态，等待修复后又再次投入系统恢复到正常工作状态，所以可修系统就处于正 常工作和停工维修这两类状态的交替之中【7 3 1 。 一个设备元件，处于正常工作状态的时间记为而，处于停工维修状态的时间 记为而，当从维修后恢复工作开始，到再次故障发生，再经过维修恢复运行为 止，这一过程时间称为该设备元件的寿命周期，记为死，得到T c = T u + T D 。由于 可修系统的设备元件的故障发生和故障恢复在时间上具有一定的随机性，可取这 些随机变量的数学期望作为可靠性衡量指标。而、而服从指数分布，得到故障 率A 和修复率为常数。 可修系统的可靠性特征量