可靠性评估对于实时监控系统状态、快速定位潜在薄弱环节、预测短期风险并制定预防措施至关重要,以确保系统在多变的内外因素影响下保持稳定和安全。
模型构建
对设备状态概率的时变特性和供需不确定性进行建模是综合能源系统(IES)设备运行可靠性评估的核心,这与传统可靠性评估的主要区别在于其对设备运行条件多样性和内部故障随机性的考量。设备运行时的不确定性主要来源于负荷变化和可再生能源的不稳定性。
设备模型
马尔可夫多状态法是IES设备运行可靠性建模的常用方法,它基于“无记忆性”特点,即系统的未来状态仅依赖于当前状态。

其过程适用于建立基于实时运行条件的设备时变可靠性模型,为系统运行状态的实时监测和可靠性建模提供了新思路。现有研究通常采用马尔可夫两状态或多状态法对设备进行建模。

马尔可夫多状态模型的状态概率转移矩阵

该方法通过状态转移概率来描述系统状态的变化,适用于构建基于实时数据的设备时变可靠性模型,为实时监测和建模提供了有效手段。
可再生能源模型
可靠性建模应涵盖可再生能源的不确定性,这包括其随机性和间歇性带来的多维影响,关键在于精确模拟这些因素对设备状态的影响,以确保系统稳定运行。
(1)分布式光伏可再生能源多状态模型
分布式光伏发电系统的潜在出力特性取决于光照强度、太阳能光伏阵列的温度等因素,其中光照强度是光伏出力的主要因素,只考虑光照强度对光伏出力的影响,光伏发电系统的输出功率可用分段函数近似表示

为提高计算效率,可把光伏出力曲线简化为n个离散功率来表示,每个功率Pi代表光伏的一个出力状态。则光伏出力状态为Pi的概率为:

(2)分布式风电场可再生能源多状态模型
分布式风电厂出力受风速等自然因素影响,风电机组的输出功率与风速之间的表达式可近似表示为

与光伏多状态模型相类似,可把风电场出力简化为由n个离散功率来表示,每个功率代表风电场的一个出力状态,即n个出力状态。则风电场出力状态为Pi的概率为:

算法流程
考虑到配电网元件与可再生能源如风能和太阳能出力之间的状态不是相互独立的,而是通过状态转移矩阵按“时序”关系从一个状态转移到另一个状态,序贯蒙特卡洛方法利用这一关系进行精确的状态抽样,提供了一种评估结果更为准确且贴近实际的方法,从而使得可靠性分析能够更真实地反映系统的运行情况。

评估结果
通过8760小时连续仿真,对IES-134系统进行可靠性评估,结果如下:

IES-134系统负荷节点可靠性计算结果
IES-134系统总体可靠性评估

结果表明各负荷节点均满足可靠性要求,各子系统的可靠率(ASAI)均达到99.9%以上,符合能源系统的设计标准。