本科毕业设计_分布式电源接入配网后可靠性评估的研究

1、algorithm 目 录1 绪论11.1 课题研究背景及目的11.2 国内外配电网可靠性评估的发展和研究现状21.3 国内外含分布式电源配电网可靠性研究现状31.3.1 国内含分布式电源配电网可靠性研究现状31.3.2 国外含分布式电源配电网可靠性研究现状41.4 论文的主要研究工作42 分布式电源接入配网后可靠性分析方法72.1 概述72.2 配电网可靠性分析的基本指标72.3 配电网可靠性分析的主要故障分析指标82.3.1 串联系统主要故障分析指标82.3.2 并联系统主要故障分析指标82.3.3 与用户有关的配电系统可靠性指标102.3.4 与负荷和电量有关的指标122.4 配电系统可

2、靠性分析的解析法132.5 分布式发电技术132.5.1 分布式电源132.5.2 分布式电源的接入方式142.5.3 分布式电源的并网方式162.5.4 分布式电源的运行方式172.5.5 分布式电源孤岛运行方式183 基于MATLAB软件的介绍与分析193.1 MATLAB软件介绍193.1.1 MATLAB软件简介193.1.2 MATLAB系统主要包含的内容203.2 遗传算法简介213.2 改进遗传算法简介223.3 改进后遗传算法的选择操作234 分布式电源接入配网后的MATLAB遗传算法算例254.1 单电源配电网可靠性分析254.2 含分布式电源配电网可靠性分析315 结论与展

3、望355.1 分布式电源通过MATLAB的仿真结论355.2 展望36参考文献37致谢381 绪论1.1 课题研究背景及目的 长期以来，能源结构的不合理性以及能源利用效率的持续偏低带来了许多环境和社会问题。随着电力政策的放开，分布式电源DG（distributed generation)作为一种新兴的发电模式逐步被广泛关注。IEEE定义的DG是小容量的、可以在电力系统任意位置并网的发电机，容量范围小于10MW，并网电压等级通常连接到配电系统所属的各个电压等级。近年来，全球范围内的分布式电源技术发展迅速，在电力系统中发挥着越来越重要的作用1。分布式电源不仅能够提高能源的利用率，而且对于缓解电网峰

4、时缺电的矛盾具有积极意义。从可持续发展、国家能源战略、降低环境污染和建设和谐社会的观点来看，发展分布式电源技术是我国的必然选择。作为集中式发电的有益补充，DG的接入位置主要在配电网用户附近，这样不仅可以减少电力传输时功率的损耗以及由配网升级带来的费用，而且也为用户带来了较低的费用、较高的可靠性、较好的电能质量、较高的能源利用率和独立性。但是，DG接入中低压配电网，将使得传统的配网辐射状结构变为多电源结构，潮流的大小和方向都将发生改变，下级电网有可能会向上级电网送电，配电网本身的电压分布也将有所变化；同时，还会增大并网点附近的短路电流水平。DG的接入也将对并网点附近用户的供电可靠性有所提升，但由

5、于DG本身故障的概率性和出力的随机性，也将在一定程度上降低系统的供电可靠性。显然，DG接入对可靠性的影响结果尚待分析。此外，DG的并网和控制需要使用大量的电力电子器件，器件频繁的开通和关断易产生相应的谐波分量，以及由于短路电流的变化，原有的电网过电流保护也会受到影响。这些均将对配电网的管理产生一定的影响。随着分布式电源接入配电网，配电网供电可靠性的评估模型发生了变化。分布式电源与传统电源相比，其输出功率更具有随机性。另外，在传统的配电网可靠性评估中，考察的馈线由单一电源点供电，是辐射式供电方式，任何一条馈线上发生故障，都可能导致馈线后面的负荷全部停电，而分布式电源接入配电网后，网络变为一个多电

6、源与用户相连的网络，当馈线上发生故障时，配电网可能会出现含有分布式电源的孤岛运行方式，相应的可靠性评估模型和方法也将发生变化。配电网可靠性评估是研究配电网可靠性的一个重要组成部分。配电网可靠性评估是利用配网拓扑信息和元件可靠性参数，如元件故障率、平均修复时间、计划检修率等，采用解析法或模拟法计算配电网的各项可靠性指标。通过对配电网可靠性的评估分析，配电网规划和设计人员就可以对不同的增强性措施所带来的效益进行定量计算，以保证把有限的资金用于最大可能地增强配电网的可靠性。研究配电网可靠性可实现的目标有：1）研究配电网中元件和系统的可靠性计算模型，获得元件的可靠性参数，进而对系统可靠性水平进行定量评

7、估。2）找出配电网中的薄弱环节，并研究提高系统可靠性的方案。3)进行可靠性的成本效益分析。分布式电源是一种相对于传统大容量集中式发电而言的一种分散的发电方式，其容量通常在几十kW到几十MW,它既可以独立于公共电网直接为少量用户提供电能，也可将其接入配电网与公共电网一起为用户提供电能。它是以资源和环境效益最大化，以能源利用效率最优化确定运行方式和容量的新型能源系统，具有节省投资、降低损耗、提高系统可靠性、效率高、能源种类多等优点2。但是，必须认识到，随着大量分布式电源接入配电网，将会给配电网带来诸如继电保护、能量质量、网损、运行与控制、稳定性、可靠性等问题。常规配电网的网络结构特点是“环网设计，

8、开环运行”，馈线上的负荷由单一电源点供电，任何一条馈线上发生故障，都有可能导致故障馈线下游的负荷全部停电。在保证系统稳定的情况下，对分布式电源接入配网后可靠性评估的研究，能让我们更加了解电力系统的运行可靠性，提高电力系统运行的经济性。1.2 国内外配电网可靠性评估的发展和研究现状 早在70年代, 分布式电源系统DPS ( Distributing Power System )概念就已出现, 最初应用于计算机供电系统和通信电源中。所谓分布式电源系统,即是由若干小容量的电源模块组合而成的一个大容量的电源系统。从理论上说, 分布式电源系统的构成可以有串联、并联、以及串联与并联混合等方式,不过实际应用

9、中通常只是对电源的输出电流要求很高, 应该是负载需要的电流越来越大, 并联供电优势就越明显, 并联电源系统得到了更广泛的应用。相对于传统集中式供电系统, 分布式电源系统是利用最新电源理论和技术做成相对较小的电源功率模块来组合成积木式、智能化的大功率电源系统。越来越多的电源系统采用模块并联技术, 多个开关电源模块灵活地并联组合成大功率分布式电源体系, 是目前实现开关电源大功率化的主要途径。近些年，分布式电源的应用越来越广泛但是把大量的分布式电源引入配电网，会对配电网的结构和运行产生很大的影响。1.3 国内外含分布式电源配电网可靠性研究现状 1.3.1 国内含分布式电源配电网可靠性研究现状对于国内

10、含分布式电源配电网可靠性研究现状，经历了一个漫长的过程，首先，我们必须分布式电源接入配电网的方式，建立等效电源的模式，以及配电网独立运行方式以及它们对配电网供电可靠性的影响。由于我国建国初期经济状况发展水平的限制，我国对含分布式电源配电网可靠性的研究相对较晚，但这并不阻碍我国对此课题研究的成果。有大量文献都展示了国内含分布式电源配电网可靠性的研究现状。从最初研究分散电源并网对配电网可靠性的影响，然后研究了含分布式电源的配电网发生故障后的故障恢复策略，再到运用蒙特卡罗模拟法对含多种分布式电源及不同运行方式下的配电网进行可靠性评估等等。包括研究配电网可靠性时进行孤岛划分，如何使用技术进行最优孤岛的

11、选择3。在我国，充足保证电力供应对经济的持续发展必将起到决定性作用，在已建中央电站及电网的基础上，大力发展分布式电源技术将是我国电力系统未来发展的必然趋势。目前我国对分布式能源系统的研究在国内已经开始启动，一些科研机构，大学已经投入人力、财力进行分布式能源系统的研究。我国近年来高度重视可再生能源的开发利用，把加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源作为“十一五”时期能源发展的一项重要战略。而对可再生能源利用的有效形式，就是大力发展分布式能源系统分布式电源。 1.3.2 国外含分布式电源配电网可靠性研究现状相对于国内对含分布式电源配电网可靠性研究来讲，国外对含分布式电源配电网可靠性的研究比较早

12、些。国外首先提出了提高分布式电源渗透率的混合网络结构，再到运用蒙特卡罗模拟法和解析法对含风能发电和太阳能发电的配电网进行可靠性评估，从而得出孤岛的不同运行方式及故障发生后孤岛形成成功的概率。近年来，分布式发电技术以其独有的环保性和经济性引起人们越来越多的关注。基于对分布式能源系统的这些认识，目前许多国家已经制定了宏伟的分布式能源系统研究发展计划，并进行了多方面的相关研究。英国纽卡斯尔大学正在研发一种综合的分布式能源系统评估软件，这种软件可将理论与工程项目结合在一起，用于微型燃气轮机、燃料电池和燃气内燃机驱动的分布式能源系统的设计、优化及监控。美国加州大学、ELCOM等机构针对分布式能源系统制定

13、了宏伟的研究规划。澳大利亚的研究机构正在纽卡斯尔建立能源中心，其目的就是提供能源方面最新的研究成果和开发设施，对100多个课题组提供技术支持，展示新能源技术的应用案例。国际能源机构（IEA）正在进行一个包括33个国家在内的国际性能源技术研发合作计划，进行能源生产、能源消费领域的技术发展与改进，当前已有40个研究项目在进行，包括化石燃料技术、分布式能源系统、终端用户的能效技术等等这些项目涉及400多家政府或私人的研究机构，年费用为$120000000。分布式能源系统的研究在西方先进国家己经取得了丰硕的研究成果，研究领域从单独运行的分布式能源系统，到刚兴起不久的分布式能源系统与大电网的联接，已有分

14、布式能源系统运行的丰富经验。1.4 论文的主要研究工作本文研究了分布式电源接入配电网后的可靠性评估模型，并与分布式电源接入配网后可靠性的模拟仿真相结合，利用MATLAB进行模拟仿真之后得出相应的数据，进行比对。然后根据供需平衡原则,提出配电网孤岛划分策略,在此基础上,建立了计及分布式电源影响的配电网供电可靠性分析计算模型,最后通过对一典型配电网的仿真计算，说明该分布式电源接入配电网的可靠性。同时，由于在计算时必不可少有误差，因此，本文针对分布式电源接入配电网计算的误差分析过程中，我们有必要将误差考虑进去。论文所做的研究工作主要有以下方面： 详细阐述了课题研究的目的和意义 通过总结国内外常规配电

15、网和含分布式电源配电网的可靠性评估研究现状，介绍了常规配电网可靠性评估的方法及其原理、来研究分布式电源接入配电网可靠性评估的研究。 研究分布式电源配电网的可靠性仿真模型 通过建立分布电源配电网的可靠性仿真模型，研究分布式电源接入配电网的可靠性评估指标。包括利用本文所提基于分层区域的复杂配电网可靠性评估算法，得出含分布式电源配电网可靠性评估的解析模型。 利用MATLAB进行仿真模型的分析与计算利用MATLAB进行仿真模型的分析与计算，得出的模型可以清晰方便的反映分布式电源接入配电网的可靠性。尽管在利用MATLAB进行仿真设计时需要深入研究MATLAB等相关软件，了解其基本用法，并与分布式电源接入

16、配网后可靠性的模拟仿真相结合，进行思考。这个过程是相当重要的4。 通过对接入分布式电源后的系统进行可靠性评估，计算出含分布式电源的配电网可靠性评价指标分布式电源的配电网可靠性评价指标包括：平均故障率 平均停运时间 平均故障修复时间。含 DG 配电网可靠性所采用的评估指标、评估模型和评估方法不同于传统配电网的可靠性指标，分布式电源的大量接入给配电网可靠性评估带来诸多挑战：（1）需要将整个含分布式电源的配电网视为一个整体从而对这个全新整体的可靠性进行评估，一方面药考虑到原有系统的可靠性影响因素，另一方面，又不能忽视分布式电源并给系统带来的相关变化。（2）在分布式电源并网时，由于不同的分布式电源的不

17、同并网方式，需要建立与之相应的可靠性模型才能对新系统做出正确的可靠性评估。（3）针对分布式电源功率的特点，探索能够对分布式电源并网后的复杂电网结构进行分析与计算，模拟法的概率抽样的特点使其能够非常适合的运用于对含分布式电源配电网可靠性评估中。（4）应针对分布式电源并入电网后面对系统整体拓扑结构造成的改变而选取适当的模型，并确定与之相应的算法。（5）分布式电源并网可靠性评估还应考虑相应的如接入过载所引发的二次动作。以及如何适当并入分布式电网来弥补电网的小范围内的功率缺额。2 分布式电源接入配网后可靠性分析方法2.1 概述分布式电源接入配电网可靠性研究，即是通过对配电系统可靠性进行历史数据的统计计

18、算、分析和评价，来确定现有系统存在的问题，并通过对过去的计算预测未来，对各种运行情况进行比较，从而可以选择可靠性较高并且经济合理的运行方式。因此，配电网可靠性的评价实际上就是对整个配电系统及其设备进行历史的和未来的技术经济综合评价。 （1）配电系统可靠性指标必须能够反映配电系统及其设备的结构、特性、运行状况以及对用户的影响，并能作为衡量各有关因素的尺度。 （2）配电系统可靠性指标应该并可以从配电系统运行的历史数据中计算出来。 （3）配电系统可靠性指标应该并可以应用配电系统可靠性计算技术，从元件数据中计算出来。2.2 配电网可靠性分析的基本指标配电网可靠性指标是用来判断配电网可靠性的主要依据。在

19、对于配电网的可靠性评估中，可以通过获取其可靠性指标来对配电网可靠性进行定量分析。通常情况下，可以采用多种指标数据从多个方面来对系统可靠性进行整体的评估。配电网供电可靠性指标一般分为负荷点可靠性指标和系统可靠性指标。配电系统可靠性的评价标准是多方面的。用户的供电质量往往是受到停电频率、停电持续时间以及其它因素的影响5。因此，至少可以从两个方面来分析配电系统的可靠性。（1）对用户而言任何一个用户均希望对它能充分保证供电，不受到停电的影响。因此，用户感兴趣的可靠性指标是供电服务的质量。（2）对供电部门而言感兴趣的指标则是对系统所有用户的平均服务质量或最差供电指标。2.3 配电网可靠性分析的主要故障分

20、析指标 2.3.1 串联系统主要故障分析指标 所谓串联系统（图2.1),就是由两个或两个以上元件组成的系统，若其中一个元件故障，系统就算故障，即只有所有元件同时完好，系统才算完好。 图2.1 n个元件串联系统 对于串联系统，根据马尔可夫过程理论，可以推导出实用于工程计算的公式 ：等效故障率（或平均故障率） (次/年） （2-1）等效修复时间(或平均停电持续时间) （小时/次） （2-2）系统不可用率（或负荷点年平均停电时间） （小时/年） （2-3)其中,s表示系统，i 表示系统的第 i 个元件；表示元件i的故障率；表示元件 i 的故障修复时间（或故障停电时间）。2.3.2 并联系统主要故障分

21、析指标所谓并联系统（图 2.2），就是由两个或两个以上元件组成的系统，必须所有元件同时故障，系统才算故障，即只要其中一个元件正常工作，系统就处于工作状态。 图2.2 n个元件并联系统（1）两元件并联的计算公式等效故障率（或平均故障率） （次/年 ） (2-4)等效修复时间(或平均停电持续时间) (小时/次) （2-5）系统不可用率(或负荷点年平均停电时间) （小时/年） (2-6)(2) 三元件并联的计算公式等效故障率(或平均故障率) (次/年） （2-7）等效修复时间(或平均停电持续时间) （小时/次 ） （2-8）系统不可用率(或负荷点年平均停电时间) （小时/年） （2-9）其中,p 表

22、示系统；、分别为1、2、3的故障率；、分别为元件1、2、3的故障修复时间（或称故障停电时间）。使用式（2-1）-（2-9）时应注意：a） 应用公式前应先建立系统模型； b）公式只给出参数的平均期望值，此外，即使元件寿命服从指数分布，但元件串联后形成的系统一般并不服从指数分布； c）公式虽根据马尔可夫过程理论推导出来，并假定元件寿命及修复时间服从指数分布，但公式仍可用于计算服从其他分布的平稳状态平均值。分布式电源接入配电网系统一般采用环形网络开环运行，形成辐射型网络结构，从供电点到负荷点的供电路径可以看成是几个元件的串联，因而在配电系统可靠性计算中多采用串联元件的计算公式。当然并联元件的公式也广

23、泛应用于配电网络的化简中。在本文采用的可靠性测试系统RBTS-BTS2 中由于不涉及并联元件的化简工作，所以还是采用串联元件的计算公式6。 2.3.3 与用户有关的配电系统可靠性指标 (1) 系统平均停电频率指标SAIFI（System average interruption frequency index） （次/用户.年 ） （2-10）其中，SAIFI系统中运行的用户在一年时间内的平均停电次数；负荷点 i 的故障率；负荷点 i 的用户数。 (2) 用户平均停电频率指标 CAIFI（Customer average interruption frequencyindex） （次/停电用户

24、.年）（2-11） 其中,CAIFI每个受停电影响的用户在一年时间内经受的平均停电次数；负荷点 i 的受停电影响的用户数。受停电影响的总用户数的统计方法是受停电影响的用户一年内不管被停电的次数有多少，每户只按一次计算。 (3) 系统平均停电持续时间指标 SAIDI（System average interruption duration index） （小时/用户.年） （2-12）其中，SAIDI系统中运行的用户在一年时间内经受的平均停电持续时间；负荷点 i 的年停电时间。 (4) 用户平均停电持续时间指标 CAIDI（Customer average interruptionduratio

25、n index） （小时/停电用户.年）（2-13）其中，CAIDI 一年中被停电的用户经受的平均停电持续时间。(5) 平均供电可用率指标 ASAI（Average service availability index） (2-14) 其中，ASAI 一年中用户的可用小时数与总的要求供电的小时数之比； 8760 一年的小时数。(6) 平均供电不可用率指标 ASUI(Average service unavailability index) (2-15) 其中，ASUI 一年中用户累积停电小时数与总的要求供电的小时数之比。2.3.4 与负荷和电量有关的指标(1) 平均负荷停电指标 ALLI (2

26、-16)(2) 平均系统缺电指标 ASCI（kVA.h/用户 或 kW.h/用户)(2-17)(3) 平均用户缺电指标 ACCI （kVA.h/受影响用户 或 kW.h/受影响用户） (2-18) （4）总电量不足 ENS 式（2-17）、式（ 2-18）中的总电量不足 ENS 为 （kW.h/年) （2-19） (2-20)其中，ENS系统在一年中因停电而造成用户总的电量损失；连接在每个负荷点 i 上的平均负荷；负荷点 i 的年平均停电时间；负荷点 i 的峰荷；负荷系数。(5) 用户平均停电电量 AENS （kW.h/用户.年） (2-21)其中,AENS系统一年中总的停电电量损失平均到系统

27、内每个由系统供电的用户的平均电量；负荷点 i 的用户数。上述式（2-10）到（2-21）表示与用户有关的及负荷和电量有关的配电系统可靠性指标，既可用于现有配电系统可靠性的统计分析（即评估过去），又可用于对配电系统未来的可靠性进行预测7。2.4 配电系统可靠性分析的解析法解析法采用故障枚举法进行状态选择，用解析的方法计算可靠性指标。解析法基于马尔可夫模型，用数学方法从数学模型中估计可靠性指标。在实际工作中这种方法使用的最多，因为大多数的系统和子系统都可用数学模型描述，可以用来估计大规模系统的可靠性指标。解析法一般用于估计负荷点和系统可靠性指标的平均值或期望值，平均值在配电系统可靠性估计中是系统的

28、基本指标，但在指标变化性上不提供任何信息。这种方法描述了存在于实际系统中的因果关系，在给定的假设条件下，一般可求得准确的结果。当系统复杂时数学方程式会变得十分复杂，因而需要进一步地简化或近似，许多近似技术因此而发展起来，得到近似结果。在配电系统可靠性估计中，解析法发展得已经比较成熟了。解析法在美 、加、英等国的应用比较广泛。解析法中最常用的方法是故障模式后果分析法（FMEA），还可以把网络法、近似法、状态空间法等方法作为工具来简化故障模式后果分析法。在配电系统可靠性研究的几十年中，国内外专家结合配电系统的特点，提出了许多基于减少计算量的改进算法。本文把这些方法规类为：故障模式后果分析法、网络简

29、化法（在FMEA 的基础上化简系统网络）、区间算法和智能算法等。2.5 分布式发电技术 2.5.1 分布式电源分布式发电一般指距离用户很近的50MW以下的小型发电系统，它既可以独立于公共电网直接为少量用户提供电能，也可将其接入配电网与公共电网一起为用户提供电能。它是以资源和环境效益最大化，以能源利用效率最优化确定运行方式和容量的新型能源系统。分布式发电有助于促进能源的可持续发展、改善环境并提高绿色能源的竞争力。常见的分布式电源及其特点如下：（1） 光伏发电：光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电的总转换效率大约为25%，投资成本高，功率输出具有很强的随机

30、性和间歇性，夜晚功率输出为零，稳定性和可控性差。（2） 风力发电：风力发电是一种将风能转换成电能的发电方式。风力发电的总转换效率大约为30%，功率输出也具有很强的随机性和间歇性，稳定性和可控性差，经济指标逐渐接近情结煤发电。（3） 微型燃汽轮机：微型燃汽轮机是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型汽轮机。微型燃汽轮机的发电效率可达30%，功率输出较恒定且可调，具有很好的稳定性和可控性。（4） 燃料电池：燃料电池的工作原理是含氢的燃料与空气中的氧气结合生成水，氢氧离子定向移动在外电路形成电流，将化学能转换成电能。燃料电池的转换效率可达80%-95%,综合利用效率可达60%-80%，跟踪负荷变化

31、的速度很快，适应负荷变化的能力很强，稳定性和可控性很好。除了上面介绍的4种分布式发电外，还有储能电池、小水电站、生物质能发电、海洋潮汐发电、垃圾发电等。2.5.2 分布式电源的接入方式分布式电源接入配电网的电压等级一般是10kV-110kV,不同电压等级的配电网的接线方式不同，分布式电源的接入方式也不同，通常可将分布式电源集中接入变电站母线和分散接入馈线，如图2.3所示。从提高配电网供电可靠性的角度来看，分布式电源的分散接入馈线方式能提高配电网的可靠性，集中接入母线的方式则等同于主电源，对配电网的可靠性没有改善作用。由于DG的不同接入模式将对DG的接入容量产生较大影响，因此本文首先介绍DG的几

32、种主要接入模式。(1) 低压分散接入模式:是一种基于用户的接入模式，主要是将小容量DG接入中压配电变压器低压侧。(2) 中压分散接入模式:是指将容量中等的DG接入中压配电线路支线的方式。(3) 专线接入模式：DG容量较大时，为避免对用户电能质量产生影响，宜考虑以专线形式接入高压变电站的中、低压侧母线。受容量所限，采用此模式的 DG所接入的电压等级通常也为中压。无论DG采用何种方式接入配电网，都应当满足的重要原则是不能向上一电压等级送电，这主要是原本用来降压的中压配电变压器在升压过程中不仅允许通过容量有所下降，而且传输功率的损耗也将大幅提升8。因此，低压接入的DG的最大出力必须限制在配变最小负荷

33、之内，故可将低压接入的DG与配变原来负荷整体等效为一个负荷，此负荷与其他用户负荷均具有类似的波动性和不确定性，对配电网运行无特殊影响。(a) DG通过母线接入(b)DG通过馈线接入图2.3分布式电源的接入方式 2.5.3 分布式电源的并网方式分布式电源并网方式一般有两种，一种是直接与主电网并联，另一种是通过联络开关的切换操纵实现并网，如图2.4所示。分布式电源直接与主电网并联的方式，分布式电源和主电源共同为负荷供电，当主电源和分布式电源中的一个电源发生故障时，另一个电源继续为负荷点供电，负荷点将得到连续不断的供电，但是这种并网方式中，分布式电源和主电源都需要配置保护装置，以防止短路电流损坏主电

34、源和分布式电源。分布式电源通过联络开关的切换操作与主电网并网的方式中，分布式电源和主电源互为备用电源，当主电源和分布式电源中的一个电源发生故障时，通过联络开关的切换操作，另外一个电源启动并继续为负荷点提供电力，负荷点需经过联络开关倒闸操作时间的停运。 （a)并联并网 （b)切换并网图2.4分布式电源的并网方式2.5.4 分布式电源的运行方式分布式电源的运行方式主要有三种类型，即分布式电源作为主电网的备用电源、主电网作为分布式电源的后备电源和分布式电源与主电网并网运行。分布式电源作为主电网的备用电源运行方式中，分布式电源在主网正常运行时处于停机闲置状态，当主网发生故障时，分布式电源启动，通过并网

35、开关的操作实现分布式电源对部分负荷点的供电，从而提高了系统的供电可靠性。但该种运行方式由于分布式电源的投资大，而只是为了故障情况下少量甩负荷，不能刺激投资，但可作为重要负荷的备用电源。主电网作为分布式电源的后备电源运行方式中，分布式电源独立运行，有强大的主电网作为支撑，电能质量可以得到保证。当分布式电源发电量不足时，缺额部分由主电网提供；当分布式电源发电量充裕时，多余电量注入主电网。因此，该种运行方式可使分布式电源在比较经济的工况下运行，能够刺激投资，但该种运行方式不能提高系统的可靠性。分布式电源与主电网并网运行中，在主电网发生故障时，电网中将会出现孤岛运行。该种运行方式对系统可靠性的影响，既

36、有积极的一面也有消极的一面，如果能与保护控制装置良好配合，则可以提高系统的可靠性，反之，则会使系统可靠性变差，该种运行方式能够很好地实现可靠性与经济性间平衡9。2.5.5 分布式电源孤岛运行方式 随着对分布式发电的逐步发展、分布式电源发电容量的稳定增长以及分布式电源通过并网对系统容量的提升，为了更好的通过运用分布式电源，使改善系统的供电可靠性得到改善，IEEE新颁布了的一套解决孤岛问题的标准：IEEE1547-200337。新标准中允许有意识的孤岛存在，并且鼓励供电方和电力用户通过技术手段主动地构成分布式电源的孤岛运行。通常，分布式电源孤岛运行分短时间断供电及不间断供电两种孤岛运行两种模式。3

37、 基于MATLAB软件的介绍与分析3.1 MATLAB软件介绍 本文所用到的仿真软件是 MATLAB 软件。由于 MATLAB 可信度高、灵活性好、使用方便、人机界面直观、输出结果可视化，因而在世界范围内被科学工作者、工程师和大学生们广泛应用。MATLAB 带有一些强大的具有特殊功能的工具箱，而且随着近年来它的版本不断升级，所含的“工具箱”功能越来越丰富，工具越来越多，应用范围越来越广，涵盖了当今几乎所有的工业、电子、医疗、建筑等各个领域，已经成为国际上最流行的软件之一。 3.1.1 MATLAB软件简介MATLAB 的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory），它的名字是由MAT

38、rix 和LABoratory两个词的前3个字母组合而成的。MATLAB自问世以来，就是以数值计算见长。MATLAB具有很强的数值计算功能，在MATLAB环境中，有超过500种数学、统计、科学及工程方面的函数可使用。经过十多年的完善和扩充，MATLAB现已成为线性代数课的标准工具。由于它不须定义数组的维数，并给出了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、搞笑、方便，这是其他高级语言所无法比拟的。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可

39、以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。 3.1.2 MATLAB系统主要包含的内容尽管MATLAB 开始并不是为控制理论与控制系统的设计者们编写的，但以它的“语言”化的数值计算，强大的矩阵处理及绘图功能，以及灵活的

40、可扩充性和产业化的开发思路，很快就成为自动控制界研究人员所瞩目。目前，在自动控制、图像处理、语言处理、信号分析、震动理论、优化设计、时序分析和系统建模等领域，由著名专家与学者以MATLAB为基础开发的使用工具箱极大的丰富了MATLAB的内容。 常见的MATLAB工具箱有以下几种： （1） Communications Toolbox（通信工具箱） （2） Control Systems Toolbox（控制系统工具箱）（3） Data Acquisition Toolbox（数据获取工具箱） （4） Database Toolbox（数据库工具箱） （5） Filter Design Tool

41、box（滤波器设计工具箱）（6） Fuzzy Logic Toolbox（模糊逻辑工具箱）（7） Image Processing Toolbox（图像处理工具箱） （8） Neural Network Toolbox（神经网络工具箱） （9） Model Predictive Control Toolbox（模型预测控制工具箱） （10） Optimization Toolbox（优化工具箱） （11） Robust Control Toolbox（鲁棒控制工具箱）（12） Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱） （13） Statistics Toolbox（

42、统计学工具箱） （14） System Identification Toolbox（系统识别工具箱） （15） Wavelet Toolbox（小波分析工具箱） （16） Partial Differential Equation Toolbox（偏微分方程工具箱）（17） High-order Spectral Analysis Toolbox（高阶谱分析工具箱）（18） Spline Toolbox（样条工具箱） （19） Fixed-Point Blockset （定点预算模块集） 另外，模型输入与仿真环境Simulink更使 MATLAB为控制系统的仿真与 CAD中的应用开辟了崭新的

43、局面，使MATLAB成为目前国际上最流行的控制系统计算机辅助设计的软件工具。MATLAB不仅流行于控制界，在生物医学工程、语言处理、图像信号处理、雷达工程、信号分析以及计算机技术行业中也都有广泛的应用。 3.2 遗传算法简介 标准遗传算法是一种基于生物自然选择和基因遗传学原理的优化搜索方法。遗传算法是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型。即根据生物界适者生存的原理进行优化。算法以一个群体中的所有个体为对象，并利用随机化技术指导对一个被编码的参数空间进行高效搜索。其中，选择、交叉和变异构成了遗传算法的遗传操作；参数编码、初始群体的设定、适应度函数的设计、遗传操作设计、控制参数设

44、定五个要素组成了遗传算法的核心内容。遗传算法模拟了自然选择和遗传中发生的选择、交叉和变异等现象。 遗传算法的优点为：（1) 遗传算法处理的是参数的编码而不是参数本身，也就是说其操作是在给定的字符串中进行的。这种对决策变量的编码处理方式，使得在优化计算中能充分借鉴生物学中染色体和基因概念，模仿自然界中的生物遗传和进化机制，方便的运用各种遗传算子；（2) 遗传算法的本质并行性。遗传算法按照并行方式搜索种群中所包含的所有点，而不是单点。它的并行性表现在两个方面，一是遗传算法的内在并行性，即遗传算法本身非常适合大规模并行计算。二是遗传算法的内含并行性，它采用种群的方式组织搜索，同时搜索解空间内的多个区

45、域，并相互交流信息；（3） 遗传算法只需要影响搜索方向的目标函数本身，而不需要目标函数的导数或其他辅助信息，因而具有广泛的适应性；（4）遗传算法使用概率规则而不是确定性规则指导搜索，能处理病态、离散型的优化问题；（5） 遗传算法强调概率转换规则，而不是确定的转换规则。 遗传算法的缺点为：（1) 由于基本遗传算法的各代方案都直接遗传，所以各代产生的较好结果有可能在遗传过程中丢失，最后得到的结果仅仅是最后一次迭代的结果，有可能失去比该结果更好的解，即不能够得到全局最优解；（2) 遗传算法仿效生物进化和遗传的过程，从随机生成的初始可行解出发，通过选择操作、交叉操作和变异操作等遗传操作过程，遵循优胜劣

46、汰的原则，不断循环执行，逐渐逼近全局最优解。遗传算法的交叉概率和变异概率对算法的收敛性和种群中个体的多样性有重大的影响，基本遗传算法的交叉概率和变异概率都是根据具体问题静态设置的，这种参数选择方法具有一定的盲目性，不能够随着问题的变化而变化，导致遗传算法很容易陷入局部最优，发生早熟现象10。3.2 改进遗传算法简介 标准的遗传算法在选择的过程中，常常采用轮盘赌的形式进行选择，具有高适应度的个体容易被选择，这样就会导致使用度高的个体在种群中急剧增多，甚至支配整个种群的进化方向。一旦发生这种情况，即使存在交叉和变异操作，但也很难跳出，从而导致搜索停止在局部很小的范围，特别容易导致过早收敛的现象。基

47、于精英策略的改进遗传算法，从理论说来说可以改善算法的全局收敛的效果，但是由于精英策略只是不断保留上代的最优个体，有可能把包含最优解信息的适应度比较低的个体替换了，导致只可能一直保留局部的最优解11。 在常规选择操作的改进之上。Cavichio 在 1970 年提出了基于预选择机制的选择策略，其基本做法是：当新产生的子代个体的适应度超过其父代个体的适应度时，所产生的子代才能代替其父代而遗传到下一代群体中去，否则父代个体仍保留在下一代群体中。由于子代个体和父代个体之间编码结构的相似性，所以替换掉的只是一些编码结构相似的个体，故它能够有效的维持群体的多样性12。 共享函数（Sharing Funct

48、ion）是表示群体中两个个体之间密切关系程度的一个函数，可记为S（d）其中表示个体i和j之间的关系。例如，个体基因型之间的海明距离就可以为一种共享函数。这里，个体之间的密切程度主要体现为个体基因型的相似性或个体表现型的相似性上。当个体之间比较相似时，其共享函数值就比较大；反之，当个体之间不太相似时，其共享函数值比较小。共享度是某个个体在群体中共享程度的一中度量，它定义为该个体与群体内其它各个个体之间的共享函数值之和，用S表示：S =（i=1，M）。3.3 改进后遗传算法的选择操作 进化初期采用小生境的共享函数进行选择，这样可以确保选择的多样性，在进化的后期，引进精英策略，保留每代中的最佳个体，

49、以概率1收敛到全局最优解。共享函数采用基因型的海明距离。两个码字的对应比特取值不同的比特数称为这两个码字的海明距离。 共享度是某个个体在群体中共享程度的度量，它定义为此个体与群体内其他各个个体之间的共享函数之和： （i=1,2,.N) (3-1)式中为两个个体之间的海明距离的倒数，N 为个体数目。通过计算出群体中各个个体的共享度之后，依照下面的公式来调整个体的适应度。 （i=1,2,.N) （3-2） 进化的后期，通过对个体进行交叉、变异等遗传操作而不断的产生出新的个体。虽然随着种群的进化过程会产生越来越多的优良个体，但是由于选择、交叉和变异等操作的随机性，它们有可能破坏当前种群中适应度最好的

50、个体。这是我们不希望发生的，因为这样会降低种群的平均适应度，对算法朝优化方向进化有着不利的影响。因此，我们希望能够将每一代种群中产生的最优秀的个体保存下来，进而进入到下一代的遗传操作中去，为了达到这个目的，可以将当前最优秀的个体不参加交叉、变异等遗传操作，而是用它来替换当前群体中经过交叉、变异等遗传操作后适应度函数值最低的个体13。精英选择策略的具体操作过程如下: （1）找出当前群体中适应度最高的个体和适应度最低的个体。 （2）若当前群体中最佳个体的适应度比目前的最佳个体的适应度还要好，则用当前群体中的最佳个体作为迄今为止最好的个体。 （3）若当前群体中最佳个体的适应度小于目前最佳个体的适应度

51、，则用最佳个体去替换群体中适应度最低的个体。理论已经证明精英选择策略在进化代数足够多时，可以以概率1收敛到全局最优解。 自适应交叉、变异操作遗传算法中交叉概率 cP 和变异概率 mP 的选择直接影响算法的收敛性。交叉概率和变异概率太小使系统陷入局部最优解而无法脱离，若太大虽然能脱离局部最优解，却会因变异和交叉次数过于频繁而造成系统不易稳定和收敛14。为了改进基本遗传算法的这一不足本文在文献的基础上提出了一种新的自适应交叉、变异概率计算公式如下： 当 时； 当 时， 当 时， 当 时， 式中：为群体中最大的适应度值，为每代群体的平均适应值，为要交叉的两个个体中较大的适应度值，为要变异个体的适应度值。 4 分布式电源接入配网后的MATLAB遗传算法算例4.1 单电源配电网可靠性分析 如图系统共有37条支路，具体网络参数如下：4-1 算例系统参数支路首节点末节点电阻（）电抗（）有功（Kw)无功（Kw)1120.09220.047100602230.4930.251190403340.3660.1864120804450.38110.194160305560.8190.70760207780.7