一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法

本发明涉及一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，属于电力系统信息化与自动化技术领域。本发明通过以下步骤实现：a评估微电网的对外供电能力;b形成可行计划孤岛;c故障诊断，确定故障馈线中是否存在分布式电源或微电网，若存在转入步骤d，若不存在转入步骤e;d断开分布式电源及微电网孤岛形成所需的开关;e故障定位与隔离;f主动配电网网络重构;g故障恢复：对所有孤岛进行同期操作，再次并网，恢复到故障前的运行方式，本发明基于主动配电网的孤岛划分策略及网络重构策略，考虑主动管理措施和分布式电源/微电网对故障恢复的作用，有效降低配电网故障停电损失。

申请人：国网山东省电力公司青岛供电公司; 国家电网公司

发明人：张宏伟; 王华磊; 陈磊; 赵媛媛; 陈龙龙; 段波; 盖午阳

技术领域

本发明涉及一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，属于电力系统信息化与自动化技术领域。

表1为故障隔离及供电恢复后的失电及孤岛供电情况

背景技术

目前，就世界范围来看，能源利用效率越高、环境保护越好的国家，对于发展分布式电源和微电网技术越热衷。同时，发达国家也一直在探索大电网系统和分布式发电系统相结合的供电方式及故障恢复方式 ，以提高系统的供电可靠性。H .H .Zeineldin ，K .Bhattaya等在文献《Impact of intentional islanding of distributed generation on electricity market prices》中，在传统算法的基础上研究了包含DG的配电网故障恢复步骤，但其效率较低。T.T.H.Pham，Y.Bésanger等在文献《New challenges in power system restoration with large scale of dispersed generation ion》

中考虑大规模分布式电源接入，以缺供电量及故障恢复时间为目标函数，采用分支定界算法进行求解。

在学习和借鉴国外先进经验的基础上，我国供电部门以及一些电力科研机构、大专院校先后开展配电网接线模式，考虑分布式电源接入的配电网故障恢复研究。南方电网科学研究院的董旭柱、黄邵远等在《智能配电网自愈控制技术》中介绍了智能配电网自愈控制的目标、技术方案与实施条件。同时介绍了智能决策与网络重构，故障特性与保护分析，智能配电网自愈控制技术面临的问题与挑战。燕山大学的卢志刚、董玉香在《含分布式电源的配电网故障恢复策略》中提出了“ 在按照传统的故障恢复策略不能完全恢复停电负荷之后，可利用失电区域中具有黑启动能力的分布式电源对未恢复的负荷进行恢复”的思路，并给出了在不同恢复阶段不同类型的分布式电源的投切方案。华北电力大学的黄弦超在《含分布式电源的配电网故障恢复模型》中建立了含分布式电源的配电网故障恢复模型，并应用NSGA-II算法对其进行了求解。广东省电力设计研究院的李志铿、王钢等在《基于区间潮流的含分布式电源配电网故障恢复算法》中引入区间数描述负荷容量和分布式电源出力的不确定性。以缺供电量、停电户数和开关操作次数最小为目标函数，提出含分布式电源配电网的故障恢复快速算法。

现有的故障恢复策略主要存在以下三个问题：(1)没有考虑配电网主动管理策略对孤岛划分、故障恢复的影响;(2)缺乏微电网供电能力评估在故障恢复中的应用;(3)缺乏系统性考虑分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有配电网故障恢复存在的上述缺陷，提出了一种考虑主动管理措施和分布式电源/微电网对故障恢复的作用的主动配电网故障恢复方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，包括以下步骤：

a：评估微电网的对外供电能力：基于风险电量评估微电网的对外供电能力，确定微电网参与孤岛划分及故障恢复的出力;

b：形成可行计划孤岛：在故障发生前对主动配电网中的所有分布式电源及微电网进行分析处理，形成可行计划孤岛;

c：故障诊断，确定故障馈线中是否存在分布式电源或微电网，若存在转入步骤d，若不存在转入步骤e;

d：断开分布式电源及微电网孤岛形成所需的开关;

e：故障定位与隔离：寻找非故障停电区域可行的供电恢复路径，确定可操作分段开关和联络开关数目;

f：主动配电网网络重构：根据微电网的对外供电能力，采用改进粒子群算法执行供电恢复的主动配电网网络重构;

g：故障恢复：对所有孤岛进行同期操作，再次并网，恢复到故障前的运行方式。

进一步地，所述步骤a采用蒙特卡罗模拟技术计算一定置信水平情况下的微电网对外供电能力。

进一步地，所述步骤b中可行计划孤岛边界的分段开关采用具有检同期合闸功能的开关。

进一步地，所述步骤b包括以下具体过程：(1)建立孤岛划分模型;(2)利用广度优先搜索算法形成功率圆，得到孤岛划分可行域;(3)利用深度优先搜索算法确定最优孤岛划分方案。

进一步地，所述孤岛划分模型以恢复系统内等效负荷之和最大为目标，划分模型考虑主动管理策略，所述主动管理策略包括分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行。

进一步地，所述步骤d还包括计算孤岛内功率是否能够达到平衡的步骤，若平衡则孤岛内无功功率就地补偿，若不平衡，则进行甩负荷处理。

进一步地，步骤f中所述的粒子群算法以失电负荷恢复量和开关操作次数的加权和最小为目标，重构模型考虑重构过程中的开关操作次数、等效负荷恢复量及主动管理策略，所述主动管理策略包括分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行。

进一步地，完成所述步骤f的网络重构后，还包括寻找系统中是否存在不能被恢复区域的步骤，若存在，则进行甩负荷处理。

本发明的有益效果是：

1、更合理的进行孤岛划分：(1)基于风险电量评估微电网的对外供电能力，确定微电网参与孤岛划分及故障恢复的出力;(2)考虑分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行等主动管理，保证孤岛满足更多负荷的供电需求;(3)先利用广度优先搜索算法形成功率圆，得到孤岛划分可行域再利用深度优先搜索算法确定最优孤岛划分方案;(4)考虑负荷的重要程度，以孤岛内等效负荷最大为目标建立孤岛划分策略，同时考虑孤岛内电力电量平衡。

2、同时考虑分布式电源及微电网对故障恢复的作用确定主动配电网的故障恢复策略提高配电网抗灾能力：根据微电网的对外供电能力，采用改进粒子群算法执行供电恢复的主动配电网网络重构，以失电负荷恢复量和开关操作次数的加权和最小为目标，模型考虑重构过程中的开关操作次数、等效负荷恢复量及分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行等主动管理策略。

发明专利要点简析：

1 .一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于包括以下步骤：

a：评估微电网的对外供电能力：基于风险电量评估微电网的对外供电能力，确定微电网参与孤岛划分及故障恢复的出力;

b：形成可行计划孤岛：在故障发生前对主动配电网中的所有分布式电源及微电网进行分析处理，形成可行计划孤岛;

c：故障诊断，确定故障馈线中是否存在分布式电源或微电网，若存在转入步骤d，若不存在转入步骤e;

d：断开分布式电源及微电网孤岛形成所需的开关;

e：故障定位与隔离：寻找非故障停电区域可行的供电恢复路径，确定可操作分段开关和联络开关数目;

f：主动配电网网络重构：根据微电网的对外供电能力，采用改进粒子群算法执行供电恢复的主动配电网网络重构;

g：故障恢复：对所有孤岛进行同期操作，再次并网，恢复到故障前的运行方式。

2.根据权利要求1所述的一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述步骤a采用蒙特卡罗模拟技术计算一定置信水平情况下的微电网对外供电能力。

3.根据权利要求1所述的一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述步骤b中可行计划孤岛边界的分段开关采用具有检同期合闸功能的开关。

4.根据权利要求1所述的一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述步骤b包括以下具体过程：(1)建立孤岛划分模型;(2)利用广度优先搜索算法形成功率圆，得到孤岛划分可行域;(3)利用深度优先搜索算法确定最优孤岛划分方案。

5.根据权利要求4所述的一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述孤岛划分模型以恢复系统内等效负荷之和最大为目标，划分模型考虑主动管理策略，所述主动管理策略包括分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行。

6.根据权利要求1所述的一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述步骤d还包括计算孤岛内功率是否能够达到平衡的步骤，若平衡则孤岛内无功功率就地补偿，若不平衡，则进行甩负荷处理。

7 .根据权利要求1所述的一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：步骤f中所述的粒子群算法以失电负荷恢复量和开关操作次数的加权和最小为目标，重构模型考虑重构过程中的开关操作次数、等效负荷恢复量及主动管理策略，所述主动管理策略包括分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行。

8.根据权利要求1所述的一种含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：完成所述步骤f的网络重构后，还包括寻找系统中是否存在不能被恢复区域的步骤，若存在，则进行甩负荷处理。

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的实施例一的主动配电网的原始网络结构示意图。

图3是本发明的实施例一的主动配电网的功率圆划分后网络结构示意图。

图4是本发明的实施例一的主动配电网的孤岛划分后网络结构示意图。

图5是本发明的实施例一的主动配电网的某支路发生故障后网络结构示意图。

图6是本发明的实施例一的主动配电网进行故障隔离后的网络结构示意图。

图7是本发明的实施例一的主动配电网进行故障重构后的网络结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的含分布式电源及微电网的主动配电网故障恢复方法，包括以下步骤：

步骤a：评估微电网的对外供电能力：基于风险电量评估微电网的对外供电能力，确定微电网参与孤岛划分及故障恢复的出力，采用蒙特卡罗模拟技术计算一定置信水平情况下的微电网对外供电能力。

步骤b：形成可行计划孤岛：在故障发生前对主动配电网中的所有分布式电源及微电网进行分析处理，形成可行计划孤岛，并将可行计划孤岛边界的分段开关采用具有检同期合闸功能的开关，以便于故障修复后的孤岛重新并网运行。

形成可行计划孤岛包括以下具体过程：(1)建立孤岛划分模型，所述孤岛划分模型以恢复系统内等效负荷之和最大为目标，划分模型考虑主动管理策略以提高孤岛供电的等效负荷，所述主动管理策略包括分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行，所述等效负荷为负荷等级与负荷大小的乘积;(2)利用广度优先搜索方法以各DG额定功率、微电网输出功率之和为搜索半径，遍历各节点负荷直到所有负荷综合等效功率越限形成功率圆，得到孤岛划分可行域;(3)利用深度优先搜索算法确定最优孤岛，校验直到电压、分布式电源出力、储能充放电满足约束，形成最优孤岛划分方案。

步骤c：当永久性故障发生后，先按故障进行故障诊断，再确定故障馈线中是否存在分布式电源或微电网，若存在转入步骤d，若不存在转入步骤e。

步骤d：断开分布式电源及微电网孤岛形成所需的开关，，计算孤岛内功率是否能够达到平衡的步骤，若平衡则孤岛内无功功率就地补偿，若不平衡，则进行甩负荷处理。

步骤e：进行故障定位与隔离，调整故障后配电网络结构信息，寻找非故障停电区域可行的供电恢复路径，确定可操作分段开关和联络开关数目，并进行分类。

步骤f：主动配电网网络重构：根据微电网的对外供电能力，采用改进粒子群算法执行供电恢复的主动配电网网络重构，所述的粒子群算法以失电负荷恢复量和开关操作次数的加权和最小为目标，重构模型考虑重构过程中的开关操作次数、等效负荷恢复量及主动管理策略，所述主动管理策略包括分布式电源调度、电容器组无功补偿、储能优化运行， 寻找系统中是否存在不能被恢复区域的步骤，若存在，则进行甩负荷处理。

步骤g：故障清除后，对所有孤岛进行同期操作，再次并网，恢复到故障前的运行方式。

下面给出一个具体的实施例来说明本发明的具体实施过程：一个77节点主动配电网的原始网络结构如图2所示，图中实线为分段开关，虚线为联络开关;节点及支路编号标于图中，总负荷为12768kW+6191kvar，电压等级为10kV。

基于风险电量评估微电网的对外供电能力，确定微电网参与孤岛划分及故障恢复的出力。通过模特卡罗模拟技术计算一定置信水平情况下(这里置信水平取0.95)的微电网对外供电能力。以恢复系统内等效负荷之和最大为目标建立孤岛划分模型，等效负荷为负荷等级与负荷大小的乘积，利用广度优先搜索算法遍历各节点负荷直到所有负荷综合等效功率越限形成功率圆，得到孤岛划分可行域，所得功率圆划分结果如图3所示。

功率圆划分完成后，在其中进行最优孤岛搜索，采用深度优先搜索算法搜索孤岛，孤岛划分结果如图4所示。

假设永久故障发生在支路68-77，如图5所示。发生故障后，B站出线所接DG按计划孤岛快速断开相应开关，DG按计划孤岛运行;B站出线断路器跳闸，检测故障，并通过断开支路67-68，68-69，68-72相应开关隔离故障。A站出线正常运行。

故障隔离后的网络如图6所示。可以看出负荷节点68～76成为孤立节点，无供电通道。供电恢复所需操作开关次数5次，故障重构后网络结构如图7所示。