?本發(fā)明涉及一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，屬于電力系統(tǒng)信息化與自動化技術(shù)領域。本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn)：a評估微電網(wǎng)的對外供電能力;b形成可行計劃孤島;c故障診斷，確定故障饋線中是否存在分布式電源或微電網(wǎng)，若存在轉(zhuǎn)入步驟d，若不存在轉(zhuǎn)入步驟e;d斷開分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開關(guān);e故障定位與隔離;f主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu);g故障恢復：對所有孤島進行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復到故障前的運行方式，本發(fā)明基于主動配電網(wǎng)的孤島劃分策略及網(wǎng)絡重構(gòu)策略，考慮主動管理措施和分布式電源/微電網(wǎng)對故障恢復的作用，有效降低配電網(wǎng)故障停電損失。

申請人：國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司; 國家電網(wǎng)公司

發(fā)明人：張宏偉; 王華磊; 陳磊; 趙媛媛; 陳龍龍; 段波; 蓋午陽

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，屬于電力系統(tǒng)信息化與自動化技術(shù)領域。

表1為故障隔離及供電恢復后的失電及孤島供電情況

背景技術(shù)

目前，就世界范圍來看，能源利用效率越高、環(huán)境保護越好的國家，對于發(fā)展分布式電源和微電網(wǎng)技術(shù)越熱衷。同時，發(fā)達國家也一直在探索大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的供電方式及故障恢復方式 ，以提高系統(tǒng)的供電可靠性。H .H .Zeineldin ，K .Bhattaya等在文獻《Impact of intentional islanding of distributed generation on electricity market prices》中，在傳統(tǒng)算法的基礎上研究了包含DG的配電網(wǎng)故障恢復步驟，但其效率較低。T.T.H.Pham，Y.Bésanger等在文獻《New challenges in power system restoration with large scale of dispersed generation ion》

中考慮大規(guī)模分布式電源接入，以缺供電量及故障恢復時間為目標函數(shù)，采用分支定界算法進行求解。

在學習和借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎上，我國供電部門以及一些電力科研機構(gòu)、大專院校先后開展配電網(wǎng)接線模式，考慮分布式電源接入的配電網(wǎng)故障恢復研究。南方電網(wǎng)科學研究院的董旭柱、黃邵遠等在《智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)》中介紹了智能配電網(wǎng)自愈控制的目標、技術(shù)方案與實施條件。同時介紹了智能決策與網(wǎng)絡重構(gòu)，故障特性與保護分析，智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)面臨的問題與挑戰(zhàn)。燕山大學的盧志剛、董玉香在《含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復策略》中提出了“ 在按照傳統(tǒng)的故障恢復策略不能完全恢復停電負荷之后，可利用失電區(qū)域中具有黑啟動能力的分布式電源對未恢復的負荷進行恢復”的思路，并給出了在不同恢復階段不同類型的分布式電源的投切方案。華北電力大學的黃弦超在《含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復模型》中建立了含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復模型，并應用NSGA-II算法對其進行了求解。廣東省電力設計研究院的李志鏗、王鋼等在《基于區(qū)間潮流的含分布式電源配電網(wǎng)故障恢復算法》中引入?yún)^(qū)間數(shù)描述負荷容量和分布式電源出力的不確定性。以缺供電量、停電戶數(shù)和開關(guān)操作次數(shù)最小為目標函數(shù)，提出含分布式電源配電網(wǎng)的故障恢復快速算法。

現(xiàn)有的故障恢復策略主要存在以下三個問題：(1)沒有考慮配電網(wǎng)主動管理策略對孤島劃分、故障恢復的影響;(2)缺乏微電網(wǎng)供電能力評估在故障恢復中的應用;(3)缺乏系統(tǒng)性考慮分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有配電網(wǎng)故障恢復存在的上述缺陷，提出了一種考慮主動管理措施和分布式電源/微電網(wǎng)對故障恢復的作用的主動配電網(wǎng)故障恢復方法。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，包括以下步驟：

a：評估微電網(wǎng)的對外供電能力：基于風險電量評估微電網(wǎng)的對外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復的出力;

b：形成可行計劃孤島：在故障發(fā)生前對主動配電網(wǎng)中的所有分布式電源及微電網(wǎng)進行分析處理，形成可行計劃孤島;

c：故障診斷，確定故障饋線中是否存在分布式電源或微電網(wǎng)，若存在轉(zhuǎn)入步驟d，若不存在轉(zhuǎn)入步驟e;

d：斷開分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開關(guān);

e：故障定位與隔離：尋找非故障停電區(qū)域可行的供電恢復路徑，確定可操作分段開關(guān)和聯(lián)絡開關(guān)數(shù)目;

f：主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu)：根據(jù)微電網(wǎng)的對外供電能力，采用改進粒子群算法執(zhí)行供電恢復的主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu);

g：故障恢復：對所有孤島進行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復到故障前的運行方式。

進一步地，所述步驟a采用蒙特卡羅模擬技術(shù)計算一定置信水平情況下的微電網(wǎng)對外供電能力。

進一步地，所述步驟b中可行計劃孤島邊界的分段開關(guān)采用具有檢同期合閘功能的開關(guān)。

進一步地，所述步驟b包括以下具體過程：(1)建立孤島劃分模型;(2)利用廣度優(yōu)先搜索算法形成功率圓，得到孤島劃分可行域;(3)利用深度優(yōu)先搜索算法確定最優(yōu)孤島劃分方案。

進一步地，所述孤島劃分模型以恢復系統(tǒng)內(nèi)等效負荷之和最大為目標，劃分模型考慮主動管理策略，所述主動管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行。

進一步地，所述步驟d還包括計算孤島內(nèi)功率是否能夠達到平衡的步驟，若平衡則孤島內(nèi)無功功率就地補償，若不平衡，則進行甩負荷處理。

進一步地，步驟f中所述的粒子群算法以失電負荷恢復量和開關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標，重構(gòu)模型考慮重構(gòu)過程中的開關(guān)操作次數(shù)、等效負荷恢復量及主動管理策略，所述主動管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行。

進一步地，完成所述步驟f的網(wǎng)絡重構(gòu)后，還包括尋找系統(tǒng)中是否存在不能被恢復區(qū)域的步驟，若存在，則進行甩負荷處理。

本發(fā)明的有益效果是：

1、更合理的進行孤島劃分：(1)基于風險電量評估微電網(wǎng)的對外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復的出力;(2)考慮分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行等主動管理，保證孤島滿足更多負荷的供電需求;(3)先利用廣度優(yōu)先搜索算法形成功率圓，得到孤島劃分可行域再利用深度優(yōu)先搜索算法確定最優(yōu)孤島劃分方案;(4)考慮負荷的重要程度，以孤島內(nèi)等效負荷最大為目標建立孤島劃分策略，同時考慮孤島內(nèi)電力電量平衡。

2、同時考慮分布式電源及微電網(wǎng)對故障恢復的作用確定主動配電網(wǎng)的故障恢復策略提高配電網(wǎng)抗災能力：根據(jù)微電網(wǎng)的對外供電能力，采用改進粒子群算法執(zhí)行供電恢復的主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu)，以失電負荷恢復量和開關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標，模型考慮重構(gòu)過程中的開關(guān)操作次數(shù)、等效負荷恢復量及分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行等主動管理策略。

發(fā)明專利要點簡析：

1 .一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于包括以下步驟：

a：評估微電網(wǎng)的對外供電能力：基于風險電量評估微電網(wǎng)的對外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復的出力;

b：形成可行計劃孤島：在故障發(fā)生前對主動配電網(wǎng)中的所有分布式電源及微電網(wǎng)進行分析處理，形成可行計劃孤島;

c：故障診斷，確定故障饋線中是否存在分布式電源或微電網(wǎng)，若存在轉(zhuǎn)入步驟d，若不存在轉(zhuǎn)入步驟e;

d：斷開分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開關(guān);

e：故障定位與隔離：尋找非故障停電區(qū)域可行的供電恢復路徑，確定可操作分段開關(guān)和聯(lián)絡開關(guān)數(shù)目;

f：主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu)：根據(jù)微電網(wǎng)的對外供電能力，采用改進粒子群算法執(zhí)行供電恢復的主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu);

g：故障恢復：對所有孤島進行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復到故障前的運行方式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于：所述步驟a采用蒙特卡羅模擬技術(shù)計算一定置信水平情況下的微電網(wǎng)對外供電能力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于：所述步驟b中可行計劃孤島邊界的分段開關(guān)采用具有檢同期合閘功能的開關(guān)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于：所述步驟b包括以下具體過程：(1)建立孤島劃分模型;(2)利用廣度優(yōu)先搜索算法形成功率圓，得到孤島劃分可行域;(3)利用深度優(yōu)先搜索算法確定最優(yōu)孤島劃分方案。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于：所述孤島劃分模型以恢復系統(tǒng)內(nèi)等效負荷之和最大為目標，劃分模型考慮主動管理策略，所述主動管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于：所述步驟d還包括計算孤島內(nèi)功率是否能夠達到平衡的步驟，若平衡則孤島內(nèi)無功功率就地補償，若不平衡，則進行甩負荷處理。

7 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于：步驟f中所述的粒子群算法以失電負荷恢復量和開關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標，重構(gòu)模型考慮重構(gòu)過程中的開關(guān)操作次數(shù)、等效負荷恢復量及主動管理策略，所述主動管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，其特征在于：完成所述步驟f的網(wǎng)絡重構(gòu)后，還包括尋找系統(tǒng)中是否存在不能被恢復區(qū)域的步驟，若存在，則進行甩負荷處理。

圖1是本發(fā)明的方法流程圖。

圖2是本發(fā)明的實施例一的主動配電網(wǎng)的原始網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的實施例一的主動配電網(wǎng)的功率圓劃分后網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的實施例一的主動配電網(wǎng)的孤島劃分后網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的實施例一的主動配電網(wǎng)的某支路發(fā)生故障后網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的實施例一的主動配電網(wǎng)進行故障隔離后的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明的實施例一的主動配電網(wǎng)進行故障重構(gòu)后的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明所述的含分布式電源及微電網(wǎng)的主動配電網(wǎng)故障恢復方法，包括以下步驟：

步驟a：評估微電網(wǎng)的對外供電能力：基于風險電量評估微電網(wǎng)的對外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復的出力，采用蒙特卡羅模擬技術(shù)計算一定置信水平情況下的微電網(wǎng)對外供電能力。

步驟b：形成可行計劃孤島：在故障發(fā)生前對主動配電網(wǎng)中的所有分布式電源及微電網(wǎng)進行分析處理，形成可行計劃孤島，并將可行計劃孤島邊界的分段開關(guān)采用具有檢同期合閘功能的開關(guān)，以便于故障修復后的孤島重新并網(wǎng)運行。

形成可行計劃孤島包括以下具體過程：(1)建立孤島劃分模型，所述孤島劃分模型以恢復系統(tǒng)內(nèi)等效負荷之和最大為目標，劃分模型考慮主動管理策略以提高孤島供電的等效負荷，所述主動管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行，所述等效負荷為負荷等級與負荷大小的乘積;(2)利用廣度優(yōu)先搜索方法以各DG額定功率、微電網(wǎng)輸出功率之和為搜索半徑，遍歷各節(jié)點負荷直到所有負荷綜合等效功率越限形成功率圓，得到孤島劃分可行域;(3)利用深度優(yōu)先搜索算法確定最優(yōu)孤島，校驗直到電壓、分布式電源出力、儲能充放電滿足約束，形成最優(yōu)孤島劃分方案。

步驟c：當永久性故障發(fā)生后，先按故障進行故障診斷，再確定故障饋線中是否存在分布式電源或微電網(wǎng)，若存在轉(zhuǎn)入步驟d，若不存在轉(zhuǎn)入步驟e。

步驟d：斷開分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開關(guān)，，計算孤島內(nèi)功率是否能夠達到平衡的步驟，若平衡則孤島內(nèi)無功功率就地補償，若不平衡，則進行甩負荷處理。

步驟e：進行故障定位與隔離，調(diào)整故障后配電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)信息，尋找非故障停電區(qū)域可行的供電恢復路徑，確定可操作分段開關(guān)和聯(lián)絡開關(guān)數(shù)目，并進行分類。

步驟f：主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu)：根據(jù)微電網(wǎng)的對外供電能力，采用改進粒子群算法執(zhí)行供電恢復的主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構(gòu)，所述的粒子群算法以失電負荷恢復量和開關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標，重構(gòu)模型考慮重構(gòu)過程中的開關(guān)操作次數(shù)、等效負荷恢復量及主動管理策略，所述主動管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無功補償、儲能優(yōu)化運行， 尋找系統(tǒng)中是否存在不能被恢復區(qū)域的步驟，若存在，則進行甩負荷處理。

步驟g：故障清除后，對所有孤島進行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復到故障前的運行方式。

下面給出一個具體的實施例來說明本發(fā)明的具體實施過程：一個77節(jié)點主動配電網(wǎng)的原始網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中實線為分段開關(guān)，虛線為聯(lián)絡開關(guān);節(jié)點及支路編號標于圖中，總負荷為12768kW+6191kvar，電壓等級為10kV。

基于風險電量評估微電網(wǎng)的對外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復的出力。通過模特卡羅模擬技術(shù)計算一定置信水平情況下(這里置信水平取0.95)的微電網(wǎng)對外供電能力。以恢復系統(tǒng)內(nèi)等效負荷之和最大為目標建立孤島劃分模型，等效負荷為負荷等級與負荷大小的乘積，利用廣度優(yōu)先搜索算法遍歷各節(jié)點負荷直到所有負荷綜合等效功率越限形成功率圓，得到孤島劃分可行域，所得功率圓劃分結(jié)果如圖3所示。

功率圓劃分完成后，在其中進行最優(yōu)孤島搜索，采用深度優(yōu)先搜索算法搜索孤島，孤島劃分結(jié)果如圖4所示。

假設永久故障發(fā)生在支路68-77，如圖5所示。發(fā)生故障后，B站出線所接DG按計劃孤島快速斷開相應開關(guān)，DG按計劃孤島運行;B站出線斷路器跳閘，檢測故障，并通過斷開支路67-68，68-69，68-72相應開關(guān)隔離故障。A站出線正常運行。

故障隔離后的網(wǎng)絡如圖6所示。可以看出負荷節(jié)點68～76成為孤立節(jié)點，無供電通道。供電恢復所需操作開關(guān)次數(shù)5次，故障重構(gòu)后網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖7所示。