[论文解读] Reliability assessment of microgrid with renewable generation and prioritized loads

Osama Aslam Ansari, N. Safar+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2017

Power System Reliability and Maintenance参考文献 12被引用 5

一句话总结

本文提出一种混合解析-仿真方法，用于评估集成可再生能源（RES）和优先级负荷的微电网的可靠性。通过结合解析建模与蒙特卡洛仿真以处理可再生能源的波动性，研究结果表明，微电网的集成显著提升了系统可靠性，尤其对高优先级负荷而言，孤岛运行条件下观察到可靠性指标的提升。

ABSTRACT

With the increase in awareness about the climate change, there has been a tremendous shift towards utilizing renewable energy sources (RES). In this regard, smart grid technologies have been presented to facilitate higher penetration of RES. Microgrids are the key components of the smart grids. Microgrids allow integration of various distributed energy resources (DER) such as the distributed generation (DGs) and energy storage systems (ESSs) into the distribution system and hence remove or delay the need for distribution expansion. One of the crucial requirements for utilities is to ensure that the system reliability is maintained with the inclusion of microgrid topology. Therefore, this paper evaluates the reliability of a microgrid containing prioritized loads and distributed RES through a hybrid analytical-simulation method. The stochasticity of RES introduces complexity to the reliability evaluation. The method takes into account the variability of RES through Monte- Carlo state sampling simulation. The results indicate the reliability enhancement of the overall system in the presence of the microgrid topology. In particular, the highest priority load has the largest improvement in the reliability indices. Furthermore, sensitivity analysis is performed to understand the effects of the failure of microgrid islanding in the case of a fault in the upstream network.

研究动机与目标

• 评估集成分布式可再生能源（RES）和优先级负荷的微电网的可靠性。
• 通过稳健的基于仿真的方法，解决可再生能源波动性在可靠性评估中的挑战。
• 量化在上游电网故障下，微电网孤岛运行对系统可靠性的影响。
• 识别负荷优先级在可再生能源接入配电网中对可靠性指标的影响。

提出的方法

• 开发一种混合解析-仿真方法，用于评估微电网可靠性，结合了解析建模与随机仿真。
• 采用蒙特卡洛状态采样方法，以模拟可再生能源（RES）的随机行为与波动性。
• 通过为不同类型的负荷分配不同的可靠性等级，实现负荷优先级的建模。
• 利用标准可靠性指标（如SAIDI和SAIFI）评估系统可靠性，结果来自多次仿真运行。
• 通过模拟故障场景并分析孤岛运行期间的系统性能，考虑微电网的孤岛运行能力。
• 进行敏感性分析，以评估微电网孤岛运行失败对整体系统可靠性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 集成含可再生能源发电的微电网如何影响整体系统可靠性？
• RQ2 在可再生能源波动的微电网中，负荷优先级对可靠性指标有何影响？
• RQ3 微电网孤岛运行能力如何影响上游电网故障期间的可靠性？
• RQ4 可再生能源波动在多大程度上影响配电网可靠性评估结果？

主要发现

• 集成含可再生能源发电的微电网显著提升了整体系统可靠性，尤其在高优先级负荷条件下。
• 最高优先级负荷的可靠性指标获得最大提升，证明了在关键场景中优先级策略的有效性。
• 微电网孤岛运行能力对可靠性有积极贡献，尤其在上游电网故障期间。
• 敏感性分析表明，微电网孤岛运行失败会导致可靠性显著下降，凸显其重要性。
• 混合仿真-解析方法能有效捕捉可再生能源的随机特性，并提供准确的可靠性评估。
• 结果证实，具备优先级负荷和可再生能源的微电网可延迟或消除配电网扩容需求。