?本發(fā)明涉及一種含分布式電源及微電網(wǎng)的主動(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，屬于電力系統(tǒng)信息化與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：a評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力;b形成可行計(jì)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(kāi)分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開(kāi)關(guān);e故障定位與隔離;f主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);g故障恢復(fù)：對(duì)所有孤島進(jìn)行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復(fù)到故障前的運(yùn)行方式，本發(fā)明基于主動(dòng)配電網(wǎng)的孤島劃分策略及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略，考慮主動(dòng)管理措施和分布式電源/微電網(wǎng)對(duì)故障恢復(fù)的作用，有效降低配電網(wǎng)故障停電損失。

申請(qǐng)人：國(guó)網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司; 國(guó)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(yáng)

技術(shù)領(lǐng)域

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

表1為故障隔離及供電恢復(fù)后的失電及孤島供電情況

背景技術(shù)

目前，就世界范圍來(lái)看，能源利用效率越高、環(huán)境保護(hù)越好的國(guó)家，對(duì)于發(fā)展分布式電源和微電網(wǎng)技術(shù)越熱衷。同時(shí)，發(fā)達(dá)國(guó)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(fù)方式 ，以提高系統(tǒng)的供電可靠性。H .H .Zeineldin ，K .Bhattaya等在文獻(xiàn)《Impact of intentional islanding of distributed generation on electricity market prices》中，在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上研究了包含DG的配電網(wǎng)故障恢復(fù)步驟，但其效率較低。T.T.H.Pham，Y.Bésanger等在文獻(xiàn)《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(fù)時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)，采用分支定界算法進(jìn)行求解。

在學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)供電部門(mén)以及一些電力科研機(jī)構(gòu)、大專(zhuān)院校先后開(kāi)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(fù)研究。南方電網(wǎng)科學(xué)研究院的董旭柱、黃邵遠(yuǎn)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(biāo)、技術(shù)方案與實(shí)施條件。同時(shí)介紹了智能決策與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，故障特性與保護(hù)分析，智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。燕山大學(xué)的盧志剛、董玉香在《含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)策略》中提出了“ 在按照傳統(tǒng)的故障恢復(fù)策略不能完全恢復(fù)停電負(fù)荷之后，可利用失電區(qū)域中具有黑啟動(dòng)能力的分布式電源對(duì)未恢復(fù)的負(fù)荷進(jìn)行恢復(fù)”的思路，并給出了在不同恢復(fù)階段不同類(lèi)型的分布式電源的投切方案。華北電力大學(xué)的黃弦超在《含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)模型》中建立了含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)模型，并應(yīng)用NSGA-II算法對(duì)其進(jìn)行了求解。廣東省電力設(shè)計(jì)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(fù)算法》中引入?yún)^(qū)間數(shù)描述負(fù)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(kāi)關(guān)操作次數(shù)最小為目標(biāo)函數(shù)，提出含分布式電源配電網(wǎng)的故障恢復(fù)快速算法。

現(xiàn)有的故障恢復(fù)策略主要存在以下三個(gè)問(wèn)題：(1)沒(méi)有考慮配電網(wǎng)主動(dòng)管理策略對(duì)孤島劃分、故障恢復(fù)的影響;(2)缺乏微電網(wǎng)供電能力評(píng)估在故障恢復(fù)中的應(yīng)用;(3)缺乏系統(tǒng)性考慮分布式電源及微電網(wǎng)的主動(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)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(fù)存在的上述缺陷，提出了一種考慮主動(dòng)管理措施和分布式電源/微電網(wǎng)對(duì)故障恢復(fù)的作用的主動(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

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

a：評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力：基于風(fēng)險(xiǎn)電量評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復(fù)的出力;

b：形成可行計(jì)劃孤島：在故障發(fā)生前對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中的所有分布式電源及微電網(wǎng)進(jìn)行分析處理，形成可行計(jì)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(kāi)分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開(kāi)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(fù)路徑，確定可操作分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)數(shù)目;

f：主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：根據(jù)微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，采用改進(jìn)粒子群算法執(zhí)行供電恢復(fù)的主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);

g：故障恢復(fù)：對(duì)所有孤島進(jìn)行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復(fù)到故障前的運(yùn)行方式。

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

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

進(jìn)一步地，所述步驟b包括以下具體過(guò)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(jìn)一步地，所述孤島劃分模型以恢復(fù)系統(tǒng)內(nèi)等效負(fù)荷之和最大為目標(biāo)，劃分模型考慮主動(dòng)管理策略，所述主動(dòng)管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述步驟d還包括計(jì)算孤島內(nèi)功率是否能夠達(dá)到平衡的步驟，若平衡則孤島內(nèi)無(wú)功功率就地補(bǔ)償，若不平衡，則進(jìn)行甩負(fù)荷處理。

進(jìn)一步地，步驟f中所述的粒子群算法以失電負(fù)荷恢復(fù)量和開(kāi)關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標(biāo)，重構(gòu)模型考慮重構(gòu)過(guò)程中的開(kāi)關(guān)操作次數(shù)、等效負(fù)荷恢復(fù)量及主動(dòng)管理策略，所述主動(dòng)管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)行。

進(jìn)一步地，完成所述步驟f的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后，還包括尋找系統(tǒng)中是否存在不能被恢復(fù)區(qū)域的步驟，若存在，則進(jìn)行甩負(fù)荷處理。

本發(fā)明的有益效果是：

1、更合理的進(jìn)行孤島劃分：(1)基于風(fēng)險(xiǎn)電量評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復(fù)的出力;(2)考慮分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)行等主動(dòng)管理，保證孤島滿足更多負(fù)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(fù)荷的重要程度，以孤島內(nèi)等效負(fù)荷最大為目標(biāo)建立孤島劃分策略，同時(shí)考慮孤島內(nèi)電力電量平衡。

2、同時(shí)考慮分布式電源及微電網(wǎng)對(duì)故障恢復(fù)的作用確定主動(dòng)配電網(wǎng)的故障恢復(fù)策略提高配電網(wǎng)抗災(zāi)能力：根據(jù)微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，采用改進(jìn)粒子群算法執(zhí)行供電恢復(fù)的主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，以失電負(fù)荷恢復(fù)量和開(kāi)關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標(biāo)，模型考慮重構(gòu)過(guò)程中的開(kāi)關(guān)操作次數(shù)、等效負(fù)荷恢復(fù)量及分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)行等主動(dòng)管理策略。

發(fā)明專(zhuān)利要點(diǎn)簡(jiǎn)析：

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

a：評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力：基于風(fēng)險(xiǎn)電量評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復(fù)的出力;

b：形成可行計(jì)劃孤島：在故障發(fā)生前對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中的所有分布式電源及微電網(wǎng)進(jìn)行分析處理，形成可行計(jì)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(kāi)分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開(kāi)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(fù)路徑，確定可操作分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)數(shù)目;

f：主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：根據(jù)微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，采用改進(jìn)粒子群算法執(zhí)行供電恢復(fù)的主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);

g：故障恢復(fù)：對(duì)所有孤島進(jìn)行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復(fù)到故障前的運(yùn)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，其特征在于：所述步驟a采用蒙特卡羅模擬技術(shù)計(jì)算一定置信水平情況下的微電網(wǎng)對(duì)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，其特征在于：所述步驟b中可行計(jì)劃孤島邊界的分段開(kāi)關(guān)采用具有檢同期合閘功能的開(kāi)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，其特征在于：所述步驟b包括以下具體過(guò)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，其特征在于：所述孤島劃分模型以恢復(fù)系統(tǒng)內(nèi)等效負(fù)荷之和最大為目標(biāo)，劃分模型考慮主動(dòng)管理策略，所述主動(dòng)管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，其特征在于：所述步驟d還包括計(jì)算孤島內(nèi)功率是否能夠達(dá)到平衡的步驟，若平衡則孤島內(nèi)無(wú)功功率就地補(bǔ)償，若不平衡，則進(jìn)行甩負(fù)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，其特征在于：步驟f中所述的粒子群算法以失電負(fù)荷恢復(fù)量和開(kāi)關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標(biāo)，重構(gòu)模型考慮重構(gòu)過(guò)程中的開(kāi)關(guān)操作次數(shù)、等效負(fù)荷恢復(fù)量及主動(dòng)管理策略，所述主動(dòng)管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，其特征在于：完成所述步驟f的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后，還包括尋找系統(tǒng)中是否存在不能被恢復(fù)區(qū)域的步驟，若存在，則進(jìn)行甩負(fù)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(shí)施例一的主動(dòng)配電網(wǎng)的原始網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一的主動(dòng)配電網(wǎng)的功率圓劃分后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一的主動(dòng)配電網(wǎng)的孤島劃分后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例一的主動(dòng)配電網(wǎng)的某支路發(fā)生故障后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例一的主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行故障隔離后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例一的主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行故障重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，包括以下步驟：

步驟a：評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力：基于風(fēng)險(xiǎn)電量評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復(fù)的出力，采用蒙特卡羅模擬技術(shù)計(jì)算一定置信水平情況下的微電網(wǎng)對(duì)外供電能力。

步驟b：形成可行計(jì)劃孤島：在故障發(fā)生前對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中的所有分布式電源及微電網(wǎng)進(jìn)行分析處理，形成可行計(jì)劃孤島，并將可行計(jì)劃孤島邊界的分段開(kāi)關(guān)采用具有檢同期合閘功能的開(kāi)關(guān)，以便于故障修復(fù)后的孤島重新并網(wǎng)運(yùn)行。

形成可行計(jì)劃孤島包括以下具體過(guò)程：(1)建立孤島劃分模型，所述孤島劃分模型以恢復(fù)系統(tǒng)內(nèi)等效負(fù)荷之和最大為目標(biāo)，劃分模型考慮主動(dòng)管理策略以提高孤島供電的等效負(fù)荷，所述主動(dòng)管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)行，所述等效負(fù)荷為負(fù)荷等級(jí)與負(fù)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(diǎn)負(fù)荷直到所有負(fù)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(yàn)直到電壓、分布式電源出力、儲(chǔ)能充放電滿足約束，形成最優(yōu)孤島劃分方案。

步驟c：當(dāng)永久性故障發(fā)生后，先按故障進(jìn)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(kāi)分布式電源及微電網(wǎng)孤島形成所需的開(kāi)關(guān)，，計(jì)算孤島內(nèi)功率是否能夠達(dá)到平衡的步驟，若平衡則孤島內(nèi)無(wú)功功率就地補(bǔ)償，若不平衡，則進(jìn)行甩負(fù)荷處理。

步驟e：進(jìn)行故障定位與隔離，調(diào)整故障后配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息，尋找非故障停電區(qū)域可行的供電恢復(fù)路徑，確定可操作分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)數(shù)目，并進(jìn)行分類(lèi)。

步驟f：主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：根據(jù)微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，采用改進(jìn)粒子群算法執(zhí)行供電恢復(fù)的主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，所述的粒子群算法以失電負(fù)荷恢復(fù)量和開(kāi)關(guān)操作次數(shù)的加權(quán)和最小為目標(biāo)，重構(gòu)模型考慮重構(gòu)過(guò)程中的開(kāi)關(guān)操作次數(shù)、等效負(fù)荷恢復(fù)量及主動(dòng)管理策略，所述主動(dòng)管理策略包括分布式電源調(diào)度、電容器組無(wú)功補(bǔ)償、儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)行， 尋找系統(tǒng)中是否存在不能被恢復(fù)區(qū)域的步驟，若存在，則進(jìn)行甩負(fù)荷處理。

步驟g：故障清除后，對(duì)所有孤島進(jìn)行同期操作，再次并網(wǎng)，恢復(fù)到故障前的運(yùn)行方式。

下面給出一個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程：一個(gè)77節(jié)點(diǎn)主動(dòng)配電網(wǎng)的原始網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中實(shí)線為分段開(kāi)關(guān)，虛線為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān);節(jié)點(diǎn)及支路編號(hào)標(biāo)于圖中，總負(fù)荷為12768kW+6191kvar，電壓等級(jí)為10kV。

基于風(fēng)險(xiǎn)電量評(píng)估微電網(wǎng)的對(duì)外供電能力，確定微電網(wǎng)參與孤島劃分及故障恢復(fù)的出力。通過(guò)模特卡羅模擬技術(shù)計(jì)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(duì)外供電能力。以恢復(fù)系統(tǒng)內(nèi)等效負(fù)荷之和最大為目標(biāo)建立孤島劃分模型，等效負(fù)荷為負(fù)荷等級(jí)與負(fù)荷大小的乘積，利用廣度優(yōu)先搜索算法遍歷各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷直到所有負(fù)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(jìn)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(shè)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(jì)劃孤島快速斷開(kāi)相應(yīng)開(kāi)關(guān)，DG按計(jì)劃孤島運(yùn)行;B站出線斷路器跳閘，檢測(cè)故障，并通過(guò)斷開(kāi)支路67-68，68-69，68-72相應(yīng)開(kāi)關(guān)隔離故障。A站出線正常運(yùn)行。

故障隔離后的網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。可以看出負(fù)荷節(jié)點(diǎn)68～76成為孤立節(jié)點(diǎn)，無(wú)供電通道。供電恢復(fù)所需操作開(kāi)關(guān)次數(shù)5次，故障重構(gòu)后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7所示。