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在動態和瞬態操作下評估微電網的電池儲 能和太陽能發電源的可靠度

為了解決fuse計算方法的問題，作者範氏庄 這樣論述：

微電網主要是提供本地負載供電，其中包含分佈式發電機和儲能係統。分佈式發電機主要來源為可再生能源，例如太陽能發電系統、風力渦輪機發電系統。聚合電池儲能系統為具有多個電池儲能裝置的聚合系統，為常被使用以提高微電網中可再生能源供電的可靠度。聚合電池儲能系統用於控制源負載功率平衡，使微電網能夠以高穩定性和可靠度操作，為不同的客戶供電。為了展示聚合電池儲能系統在微電網中的重要性，本研究的第一個貢獻是分析在微電網不同動態操作情況下聚合電池儲能系統的可靠度性能。具體而言，本研究利用馬可夫模型的分析方法以評估整個聚合電池儲能系統的操作可靠性。除聚合電池儲能系統外，關鍵組件的使用時間相關故障率、電壓波動和功率

損耗相關故障率 (VF-PL DFR) 諸如雙向直流/交流，直流/直流轉換器、直流/交流逆變器、開關和保護裝置、電池模塊和電池充電器/控制器等也被制定並納入可靠度評估。根據聚合電池儲能系統和光伏 (PV) 發電系統的微電網的不同動態操作情況，聚合電池儲能系統的功率損耗相關故障率可能會受到不同的影響。本研究分析了微電網隨機動態操作場景，包括：負載功率變化、光伏電源間歇不穩定運行、微電網並網和離網操作模式、聚合電池儲能系統的充放電狀態。模擬測試結果被提出和討論，以驗證微電網中 聚合電池儲能系統 的操作可靠度在很大程度上取決於其不同的動態操作策略以及施加的電壓過應力。另一方面，直流（直流）微電網是一

種新興技術，可有效利用光伏發電系統和電池儲能係統等直流電源。在直流微電網的離網（或孤島）模式下，可再生能源的操作，例如 光伏發電系統和儲能係統應得到更多關注，使直流微電網能夠滿足各種負載需求的供電連續性，調度可再生能源的間歇輸出功率，並應對故障類型。這些可能會導致 可再生能源和能源儲存系統的性能可靠性降低。因此，本文的第二個貢獻是在動態和瞬態操作考慮下對孤島直流微電網的光伏發電系統進行可靠度分析。目的是闡明離網直流微電網中光伏發電系統的動態電壓變化故障率和故障電流變化故障率的計算。動態電壓變化故障率主要取決於動態操作條件，例如光伏功率波動和負載功率變化，而 故障電流變化故障率 表示由於直流微電

網的瞬態操作條件（例如極對極和極對接地故障。然後綜合考慮使用的時變故障率、功率損耗和溫度相關故障率、動態電壓變化故障率 和故障電流變化故障率 來評估孤島直流微電網中光伏發電源的系統級和組件級可靠性。馬爾可夫狀態轉移圖和察普曼－科莫高洛夫方程式被推導出並應用於光伏系統可靠度評估。實驗結果表明，光伏發電系統直流-直流功率變換器的可靠度指標受孤島直流微電網的動態和暫態操作影響最大。此外，光伏系統的 動態電壓變化故障率 大多小於其 故障電流變化故障率，但由於這些情況在孤島直流微電網中更頻繁地重複出現，光伏發電機組的系統級可靠度會因動態情況而顯著降低。此外，由於直流 微電網 的動態和瞬態操作，光伏發電系

統的平均故障時間和平均故障間隔時間可能會顯著降低。基於光伏電池的直流微電網通常在農村/當地能源社區中以離網/孤島模式操作。對於這種離網操作模式，直流微電網頻繁重複的動態操作場景會降低光伏系統和電池儲能係統中功率轉換器的可靠度如光伏系統的間歇輸出功率，負載功率的隨機波動。事實上，離網直流微電網光伏發電系統和負載系統的動態操作會導致電池能源儲存系統雙向功率變換器的可靠度有所下降，因為電池儲能電源承受不同的充電/放電水平 提供適當的源負載功率平衡。此外，離網直流微電網的瞬態操作場景會顯著影響光伏系統和 電池能源儲存系統 功率轉換器的可靠性。為了使上述假設更清楚，本論文的第三個貢獻是在當地能源社區動態

和瞬態操作考慮下，對基於離網光伏電池的直流微電網中的總功率轉換單元進行了可靠度分析。總功率轉換單元 包含光伏發電系統的升壓轉換器、電池能源儲存系統 的雙向轉換器和直流負載系統的降壓轉換器。主要目的是提供解釋在離網直流微電網中分別從動態和瞬態操作條件計算 總功率轉換單元 的動態電壓相關故障率和故障電流相關故障率。然後，結合有用時間相關故障率、動態電壓變化故障率和故障電流相關故障率 來評估直流微電網中 總功率轉換單元 的系統級和組件級可靠度。馬爾可夫狀態轉移圖應用於 總功率轉換單元 的可靠性評估。實驗結果表明，與 總功率轉換單元 中的升壓或降壓轉換器相比，雙向功率轉換器的可靠度受動態和瞬態操作的影

響更大。此外，總功率轉換單元 的 動態電壓變化故障率 幾乎小於其 故障電流相關故障率，但是由於在孤島直流微電網中更頻繁地重複這些情況，動態功率變化情況可能會顯著降低 總功率轉換單元 的系統級可靠度。總功率轉換單元的平均失效前時間和平均失效間隔時間 值可能會因離網直流微電網的動態和瞬態操作而顯著降低。