分布式发电条件下配电网孤岛运行方式的研究

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≥ 0,就将它们融合为新的源点单元 S p ,其功率属 性变为: PLm + PSp + PSq + …,端点属性变为:
TLm U TSp U TSq U…− TLm I TSp − TLm I TSq −…,然后 修改单元邻接表;
4) 继续执行 3),直到不再融合为止; 5) 对于执行 3)、4) 产生的新的源点单元,检 查它们是否满足 1) 中执行单元扩大操作的条件。 若有具备条件的源点单元则返回 1) 继续执行;若 无则算法进入第二阶段。 (2) 考虑第三类负荷单元,如果初步的孤岛方 案还有多余的供电能力向第三类负荷单元供电,则 将第三类负荷单元加入孤岛方案: 在执行完第一阶段以后形成的单元邻接表中, 考察所有的第三类负荷单元。如果某个第三类负荷 单元 Li ,存在相邻源点单元 S j ,满足 PSj + PLi ≥ 0 , 则将 Li 融合进 S j ,形成新的源点单元 S j ,并修改 其功率、端点属性和单元邻接表。 执行完以上算法,最终形成的源点单元就是配 电网故障后的孤岛方案,这些源点单元的端点就是 孤岛方案执行时需要跳开的节点。 孤岛生成算法根据孤岛生成原则对不同等级 的负荷单元进行有选择性地融合,融合的次序保证 了重要负荷优先供电。孤岛生成过程是在最大限度 地融合第一、二类负荷单元以后,才考虑将第三类 负荷单元补充进孤岛方案。因而,算法不保证第三 类负荷的供电可靠性,同时,第三类负荷单元的有 无也不会影响孤岛方案的整体性能。由于低频减载 的负荷单元都是第三类负荷单元,所以孤岛生成算 法可基本不受低频减载的影响。
i=1,2 … n
( X Sj−Lk = 1表示单元 S j 、 Lk 相邻,
X Sj−Lk = 0 表示单元 S j 、 Lk 不相邻)
∀L j ∈ H i , ∃Lk or St ∈ H i 使 X Lj−Lk
or X Lj−St = 1
i=1,2 … n
3) 集合不相交约束
∀i, j 1 ≤ i, j ≤ n i ≠ j , Hi I H j = φ
6 配电网故障后孤岛生成的数学模型
把最终生成的孤岛看成某些源点单元和负荷
单元的集合。这样孤岛生成的目标可以表述为:从
故障后所有非故障单元中组合出多个集合,在满足
一组约束条件的情况下,使所有集合中负荷单元的
负荷加权和最大。权值用来反映负荷的重要程度。
(1) 目标函数
n
∑ ∑ max
λLj PLj
i=1 L j ∈Hi
式中 n 表示集合总数,H i 表示第 i 个集合,L j
表示集合 Hi 中的负荷单元, PLj 表示负荷单元 Lj 的
功率属性。 λLj 是与 Lj 的负荷等级属性 RLj 相对应的
停电损失度参数,可根据实际情况整定,如本文中 第 1、2、3 类负荷单元对应的 λ 分别为 100、10、1。
停电损失度参数对不同等级的负荷单元区分度越
3 分布式发电条件下配电网简化模型
DG 接入配电网的电压等级一般是 10KV~
110KV。各电压等级配电网的接线方式不同,DG
的接入方式也有所差异,主要可分为通过变电站母
线接入(图 1(a))和通过馈线接入(图 1(b))。
S1 1 110KV 2
110/35/10KV
9 11
8
DG2
DG2
3
6
7
35KV
(b) DG 通过馈线接入
图 2 分布式发电条件下配电网简化模型
从图 2 看出,各种电压等级、不同 DG 接入方 式的配电网,可以用相似的简化模型来表示。
4 负荷单元和源点单元
目前,配电网中的测控点仍相对缺乏,暂时不 可能为所有的分支出线安装 RTU 或 FTU,所以无 法确切地知道每一条出线的负荷大小。我们只能根 据某几个测控点实测的潮流数据计算出某一区域 内供出的负荷总量,如在图 2(b)中,通过测量流过 节点 1、2、10 的潮流可以计算出由这 3 个节点相 连通区域内供出的负荷总量。为此,本文定义负荷 单元的概念,它是指由彼此相邻节点及它们之间的 边构成的最小连通区域。如果某节点引出一条末梢 支路,如图 2(b)中的节点 9、10 所引出的末梢支路, 则由该节点和末梢支路构成负荷单元。
-20 (11)
9 11
-30 (10) +30
DG
(4) -20 (12) 8
-20 (9)
10 1 +50 -20 S (1) (5)
7 2
-10
(6)
3 -20
(7)
6 +30 (3)
4 -30
(8)
DG
5 +50 (2) S
图 3 负荷单元和源点单元
5 配电网转变为孤岛运行方式的流程
(1) 配电网正常方式运行时,根据节点的位置 和相邻关系将配电网划分为多个源点单元和负荷 单元。对单元编号,形成反映各单元邻接关系的单 元邻接表。确定各单元的端点属性,根据各端点的 实测潮流信息,实时计算各单元的功率属性。对于 系统电源,在孤岛运行方式时,应考虑其最大出力, 这样可以维持尽可能多的负荷供电,所以其功率属 性固定设为其额定功率;
大,越能体现重要负荷在目标函数中的重要性,有
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能量管理系统及配电网自动化
利于重要负荷优先包含于故障后的孤岛方案。
(2) 约束条件
1) 集合内的功率约束
∑ ∑ PSj + PLk ≥ 0
S j ∈H i
Lk ∈H i
i=1,2 … n
2) 集合内单元连通性约束 ∀S j ∈ H i , ∃Lk ∈ H i 使 X Sj−Lk = 1
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能量管理系统及配电网自动化
分布式发电条件下配电网孤岛运行方式的研究
易 新,陆于平
(东南大学 电气工程系,江苏省 南京市,210096)
摘要:论述了孤岛运行是分布式发电条件下配电网的一种重 要的运行方式。提出了孤岛生成原则。在配电网简化模型的 基础上,定义了单元的概念。提出了通过组合单元实现孤岛 生成的数学模型和启发式算法。该算法在孤岛生成过程中保 证了约束条件得以满足,可以在短时间内得到可行的孤岛方 案,保证了配电网故障后运行方式转变的快速性。利用负荷 等级属性,增强了孤岛生成算法对负荷的选择性,既保证了 重要负荷优先供电又保证了算法与低频减载相兼容。
与负荷单元对应,建立源点单元,它反映各电 源向电网的注入功率。源点单元是由电源、电源的 接入节点及它们之间的连线构成的区域。
源点单元和负荷单元具有两个共同的属性:功 率属性和端点属性。源点单元的功率属性用 PSi 表 示,它是一个正实数,表示源点单元 Si 向电网输出 的功率;负荷单元的功率属性用 PLi 表示,它是一 个负实数,表示从负荷单元 Li 中供出的负荷功率。 源点单元和负荷单元的端点属性分别用 TSi 、TLi 表 示,它们是各单元包含的边界节点的集合。
(2) 故障发生时,由于单个故障必然存在于某 一单元中,多重故障必然存在于某几个单元中,这 些单元的端点对应的断路器动作,使故障隔离;
(3) 将故障所在单元从单元邻接表中去除,各 单元以故障发生前的功率属性值,执行孤岛生成算 法,得到最终的孤岛方案;
(4) 执行孤岛方案,将配电网转变为孤岛运行 方式。
电力系统及其自动化专业第二十一届学术年会论文集
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RTU 的断路器和馈线上安装 FTU 的断路器作为节
点,相邻节点之间的线路、变压器、母线作为边,
形成分布式发电条件下的配电网简化模型 (图 2)。
S
1 2
DG
9 11
DG
8
3
4
5
Leabharlann Baidu
DG
6
7
8
9
10
7
1
2
3
4
5
S
S
6
DG
(a) DG 通过母线接入
孤岛是引入分布式发电技术以后,配电网出现 的一种新的运行方式。它是指由 DG 独立向一部分 配电系统供电的运行状态。如果配电网发生故障以 后,在保证电力系统安全的前提下,尽可能维持 DG 正常供电,而将配电网转化为若干孤岛自治运 行,将可以减小停电面积,提高供电可靠性,对电 网公司、DG 发电商和用户都是有利的。
本文深入分析了分布式发电条件下配电网的
孤岛运行方式,提出了孤岛生成原则,利用配电网 简化模型,研究了配电网故障时,如何自动将其转 化为孤岛运行方式,以使配电网停电损失最小。
2 孤岛生成的原则
配电网故障后的孤岛方案是根据故障点的位 置和故障前配电网的实际运行情况动态生成的。在 确定孤岛方案时,考虑了以下两个方面的原则:
10KV
4
5
8
9
10KV
10
7
10KV
1
2
3
4
5
S1
6
S2
DG1
DG1
(a) DG 通过母线接入
(b) DG 通过馈线接入
图 1 配电网结构和 DG 接入方式
文献[3]研究了 10KV 配电系统的简化模型,以 馈线上安装 FTU 的分段断路器为节点,相邻节点之 间的元件为边形成了基于图论的配电网简化模型。 本文考虑多个电压等级的配电系统,以变电站安装
7 孤岛生成算法
孤岛生成是一个带有约束条件的组合优化问
题,本文提出一种启发式孤岛生成算法,孤岛生成
的过程保证了约束条件得以满足,可以在短时间内
得到可行的孤岛方案。
算法具体描述如下:
(1) 不考虑第三类负荷,由源点单元和第一、 二类负荷单元形成初步的孤岛方案:
1) 对每个源点单元,执行单元扩大操作。具体 方法是:对于某个源点单元 Si ,在单元邻接表中查 找其相邻的第一、二类负荷单元,并按负荷等级由
关键词:分布式发电;孤岛;配电网;配电自动化
1 引言
近年来,分布式发电(Distributed Generation, DG)技术得到了越来越广泛的应用。大量的 DG 接入使配电网的结构发生了很大的变化,原先的保 护控制体系越来越难以适应。目前,国内外现行的 DG 并网运行规程 [1,2] 大都是考虑了 DG 并网不影 响原有的配电网保护控制系统正常工作的原则提 出的,例如:要求 DG 不能主动参与调压;当配电 网发生故障时,DG 必须迅速退出配电网以保证配 电网继电保护正确动作等等。这种方式虽然最大限 度地保证了电力系统的安全性,却在一定程度上局 限甚至破坏了 DG 的正常运行,损害了 DG 发电商 的利益,不利于分布式发电技术的发展。因此,必 须深入研究分布式发电条件下全新的配电网保护 控制方式,充分发挥分布式发电的积极作用,尽量 避免分布式发电对电力系统稳定和安全的不利影 响,使电力系统更加高效、可靠地运行。
首先,考虑了孤岛内负荷容量与发电容量的匹 配关系,使孤岛既能充分发挥 DG 的供电能力,又 不会造成 DG 过负荷。因此,本文中的第一条孤岛 生成原则:在满足孤岛内总负荷不超过 DG 总发电 容量的前提下,使孤岛包含尽可能多的负荷。
其次,考虑了电力系统对各等级负荷供电可靠 性的不同要求,使孤岛方案能够保证重要负荷优先 供电。因此,本文中的第二条孤岛生成原则:孤岛 内应尽可能包含负荷等级更高的负荷。
2) 继续执行 1) ,使源点单元尽可能扩大,直 到所有的源点单元,其功率属性比与其相邻的任一
负荷单元的负荷都小;
3) 在执行完 2) 以后形成的单元邻接表中,按 负荷等级由高到低的顺序依次考察所有的第一、二 类负荷单元,只要找到某个负荷单元 Lm 与至少两个 源点单元 S p 、Sq … 相邻,且 PLm + PSp + PSq + …
此外,为了区分不同负荷的重要性,负荷单元 还具有负荷等级属性 RLi 。重要负荷的负荷等级属 性为 1,一般负荷为 2,次要负荷为 3。
图 3 是根据图 2(b)的配电网结构形成的单元划 分,图中圆圈内的区域表示单元,圆圈内用正负数 值表示单元的功率属性,括号内的数值表示单元的 序号,圆周上的节点表示单元的端点属性。
高到低的顺序依次考察,只要找到某个相邻的负荷 单元 L j ,满足 PSi + PLj ≥ 0 ,就将 L j 融合进 Si , 形成新的源点单元 Si 。新单元 Si 的范围包括了融 合 前 单 元 Si 和 Lj 两 块 区 域 , 其 功 率 属 性 变 为 PSi + PLj ,端点属性变为 TSi U TLj − TSi I TLj 。根据 单元融合前后的变化情况修改单元邻接表:融合前 所有与单元 Si 、 L j 相邻的单元(不包括 Si 、 L j 本 身)成为融合后与新的源点单元 Si 相邻的单元;被 融合的单元 L j 从单元邻接表中去除。如果扩大后的 源点单元 Si 与另一个源点单元 Sk 相邻,则立即将两 个源点单元融合,形成新的源点单元 Si ,其功率 属 性 变 为 PSi + PSk , 端 点 属 性 变 为 TSi U TSk − TSi I TSk ,然后根据单元融合前后的变化情况修改 单元邻接表;
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