有源配電網(wǎng)孤島恢復(fù)供電及黑啟動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)，特別是涉及一種有源配電網(wǎng)孤島恢復(fù)供電及黑啟動(dòng)方 法的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)?shù)貐^(qū)電力系統(tǒng)因事故造成大面積停電時(shí)，電網(wǎng)處于全黑狀態(tài)，為了快速恢復(fù)負(fù) 荷供電，減少經(jīng)濟(jì)損失和保證社會(huì)穩(wěn)定，需要立即對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行黑啟動(dòng)。傳統(tǒng)黑啟動(dòng)方案針對(duì) 的對(duì)象是地區(qū)輸電網(wǎng)，選取地區(qū)內(nèi)具備黑啟動(dòng)能力的電廠充當(dāng)黑啟動(dòng)電源，給不能夠自啟 動(dòng)的大型機(jī)組供電，逐步恢復(fù)地區(qū)輸電網(wǎng)，最后恢復(fù)配電網(wǎng)。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，DG(分布 式電源）在配電網(wǎng)中的滲透率日益提高，利用DG的短時(shí)間支撐能力為配網(wǎng)中的重要負(fù)荷供 電，建立短時(shí)間的孤島，減少重要負(fù)荷的停電時(shí)間，可有效提高配電網(wǎng)的可靠性，具有重要 的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]目前孤島劃分的數(shù)學(xué)模型眾多，在目標(biāo)函數(shù)方面主要有開關(guān)轉(zhuǎn)換次數(shù)最小、恢復(fù) 停電負(fù)荷重要度值最大和有利于快速故障恢復(fù)等等，在約束條件方面主要有功率平衡約 束、電氣安全約束、MAX約束（孤島范圍盡可能大約束）、FAR約束（遠(yuǎn)離變電站的約束）等。 但是目前所提及的孤島劃分文獻(xiàn)僅限于提出數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證模型的可行性，無法清晰準(zhǔn)確 地反應(yīng)其孤島劃分策略最適合應(yīng)用的配電網(wǎng)場(chǎng)景。
[0004] 傳統(tǒng)配電網(wǎng)供電恢復(fù)是基于備用聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)供電，只需考慮在聯(lián)絡(luò)線容量之內(nèi)， 一般均可穩(wěn)定持續(xù)供電。而基于DG孤島運(yùn)行恢復(fù)供電時(shí)，孤島方案中含眾多的分布式電源 和負(fù)荷，其中以光伏和風(fēng)電等代表的不可控DG，極有可能因天氣因素使得功率發(fā)生變化，另 外孤島內(nèi)的負(fù)荷也有可能發(fā)生波動(dòng)，因此在常規(guī)孤島黑啟動(dòng)過程中，正因?yàn)檫@兩者的波動(dòng)， 可能會(huì)導(dǎo)致黑啟動(dòng)失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能清晰 準(zhǔn)確地反應(yīng)孤島劃分策略最適合應(yīng)用的配電網(wǎng)場(chǎng)景，能有效避免孤島黑啟動(dòng)操作失敗的有 源配電網(wǎng)孤島恢復(fù)供電及黑啟動(dòng)方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種有源配電網(wǎng)孤島恢復(fù)供電及黑啟動(dòng) 方法，其特征在于，具體步驟如下：
[0007] 1)根據(jù)四種情況對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行孤島劃分
[0008] 情況1 :如果配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)具有多重控制器，則將配電網(wǎng)停電區(qū)域設(shè)定為單 個(gè)孤島，并在該孤島內(nèi)實(shí)施以中央控制器為主的主從控制方式，即從控制器采集該孤島的 電壓、電流、功率，并將采集的數(shù)據(jù)上傳給該孤島內(nèi)的中央控制器，中央控制器根據(jù)從控制 器上傳的數(shù)據(jù)向從控制器下發(fā)相應(yīng)的指令，對(duì)從控制器所控制的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；
[0009] 情況2 :如果配電網(wǎng)停電區(qū)域不屬于情況1，且配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)的所有DG都?xì)w 屬于單一用戶，則將配電網(wǎng)停電區(qū)域設(shè)定為單個(gè)孤島，并在該孤島內(nèi)實(shí)施對(duì)等控制方式，BP 該孤島內(nèi)的各DG具有同等的地位，該孤島內(nèi)的各DG根據(jù)接入點(diǎn)的電壓和頻率實(shí)行就地控 制；
[0010] 情況3 :預(yù)先設(shè)定一個(gè)分布密度閾值，如果配電網(wǎng)停電區(qū)域不屬于情況1，也不屬 于情況2,且配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)DG的分布密度大于分布密度閾值，則判定配電網(wǎng)停電區(qū)域 內(nèi)DG處于密集分布狀態(tài)，則將所有DG劃入單個(gè)孤島；
[0011] 情況4 :如果配電網(wǎng)停電區(qū)域不屬于情況1，也不屬于情況2、情況3，則將配電網(wǎng)停 電區(qū)域中的DG劃分為兩類，其中的一類為主電源，另一類為從電源；并將配電網(wǎng)停電區(qū)域 劃成多個(gè)孤島，每個(gè)孤島均采用以主電源為主的主從控制方式，且每個(gè)孤島內(nèi)包含有一個(gè) 主電源及至少一個(gè)從電源，每個(gè)孤島內(nèi)的主電源用于穩(wěn)定該孤島內(nèi)的電壓、頻率，每個(gè)孤島 內(nèi)的從電源用于輸出有功功率、無功功率；
[0012] 2)將配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)的各個(gè)負(fù)荷按照重要性分為3類，并按照重要性為各個(gè)負(fù) 荷各賦予一個(gè)重要等級(jí)指標(biāo)值；
[0013] 3)建立孤島恢復(fù)負(fù)荷數(shù)學(xué)模型，具體模型公式為：
[0016] 式中：max F為模型的最大目標(biāo)，？1為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)負(fù)荷的重要度值， ^為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)負(fù)荷的入選值，如果配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)負(fù)荷被選入孤 島，則X 1= 1，反之則Xl=〇, η為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷數(shù)目，S#配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第 i個(gè)負(fù)荷的重要等級(jí)指標(biāo)值，L1S配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)負(fù)荷的負(fù)荷值，Lniax為配電網(wǎng)停 電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)負(fù)荷所屬類的最大負(fù)荷值；
[0017] 孤島恢復(fù)負(fù)荷數(shù)學(xué)模型的約束條件為：
[0021] 式中：G為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合，^為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)DG的容 量值，U 1S配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓值，^ιη為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)節(jié)點(diǎn) 的電壓下限值，^ 9x為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓上限值，Stl為配電網(wǎng)停電區(qū)域 內(nèi)第i個(gè)DG的實(shí)際輸出功率，Sff為配電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)DG最小輸出功率，％Γ為配 電網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)第i個(gè)DG的最大輸出功率；
[0022] 4)對(duì)于每一個(gè)孤島，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解該孤島的恢復(fù)負(fù)荷方案，具體求解步驟 如下：
[0023] 4. 1)令 i = 1 ;
[0024] 4. 2)求解孤島恢復(fù)負(fù)荷，求解公式為：
[0026] 式中：M為孤島內(nèi)DG容量，c [i] [Μ]是孤島內(nèi)的i個(gè)負(fù)荷在孤島內(nèi)DG容量為M時(shí) 能實(shí)現(xiàn)的最大負(fù)荷重要度值，c [i-1] [M]是孤島內(nèi)的i-Ι個(gè)負(fù)荷在孤島內(nèi)DG容量為M時(shí) 能實(shí)現(xiàn)的最大負(fù)荷重要度值，c[i-l] [M-L(i)]是孤島內(nèi)的i-Ι個(gè)負(fù)荷在孤島內(nèi)DG容量為 M-L(i)時(shí)能實(shí)現(xiàn)的最大負(fù)荷重要度值，L(i)是孤島內(nèi)第i個(gè)負(fù)荷的負(fù)荷值，p(i)是孤島內(nèi) 第i個(gè)負(fù)荷的重要度值，c[0] [M] = 0 ;
[0027] 4. 3)如果i = N，則轉(zhuǎn)至步驟4. 5)，反之則轉(zhuǎn)至步驟4. 4)，N為孤島內(nèi)的負(fù)荷總數(shù)；
[0028] 4. 4)令 i = i+Ι，再轉(zhuǎn)至步驟 4. 2);
[0029] 4. 5)將c [N] [M]作為孤島的最優(yōu)恢復(fù)負(fù)荷方案；
[0030] 5)定義兩個(gè)孤島狀態(tài)指標(biāo)
其中的.
為孤島在保持穩(wěn) 定狀態(tài)下的負(fù)荷可增加裕度，
為孤島在保持穩(wěn)定下的負(fù)荷可減小裕度；
[0031] 兩個(gè)孤島狀態(tài)指標(biāo)的約束條件為：
[0032] 6)定義孤島穩(wěn)定裕度Kp為：
[0034] 7)對(duì)于每一個(gè)孤島，采用以下步驟進(jìn)行黑啟動(dòng)操作；
[0035] 7. 1)設(shè)孤島的恢復(fù)負(fù)荷方案內(nèi)包括m個(gè)DG和η個(gè)負(fù)荷，總計(jì)（m+n)個(gè)元件；
[0036] 如果孤島采用的是以主電源為主的主從控制方式，則首先啟動(dòng)主電源并入孤島， 并計(jì)算孤島的
反之則啟動(dòng)一個(gè)具有黑啟動(dòng)能力的DG，并計(jì)算孤島
[0037] 7. 2)將孤島的恢復(fù)負(fù)荷方案中的剩余元件--嘗試加入孤島，并在嘗試加入的同 時(shí)計(jì)算孤島的
并在得到的所有Kp中選出最大值，將該K p值所對(duì)應(yīng) 的元件加入孤島；
[0038] 如果Kp最大值的數(shù)量有多個(gè)，則從中選出絕對(duì)值最大的孤島狀態(tài)指標(biāo)，將該孤島 狀態(tài)指標(biāo)值所對(duì)應(yīng)的元件加入孤島；
[0039] 如果Kp最大值的數(shù)量有多個(gè)，且絕對(duì)值最大的孤島狀態(tài)指標(biāo)的數(shù)量也有多個(gè)，則 優(yōu)先選擇
_最大的元件，并將該元件加入孤島；
[0040] 7. 3)如果步驟7. 2)中所選中元件的孤島指標(biāo)滿足兩個(gè)孤島狀態(tài)指標(biāo)的約束條 件，則轉(zhuǎn)至步驟7. 4)，反之則判定孤島失穩(wěn)，黑啟動(dòng)失敗，黑啟動(dòng)操作隨即結(jié)束；
[0041] 7. 4)如果孤島的恢復(fù)負(fù)荷方案中還有剩余元件，則轉(zhuǎn)至步驟7. 2)，反之則輸出最 終黑啟動(dòng)順序，黑啟動(dòng)操作隨即結(jié)束。
[0042] 本發(fā)明提供的有源配電網(wǎng)孤島恢復(fù)供電及黑啟動(dòng)方法，首先綜合考慮供電恢復(fù)區(qū) 域的DG功率特性、配電網(wǎng)調(diào)度控制能力、孤島控制方式、DG的產(chǎn)權(quán)關(guān)系、電氣分布及地理位 置等因素，因地制宜地選擇孤島劃分策略，然后采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法優(yōu)化選擇每個(gè)孤島內(nèi)的重 要負(fù)荷，使之與內(nèi)部DG容量相匹配，能清晰準(zhǔn)確地反應(yīng)孤島劃分策略最適合應(yīng)用的配電網(wǎng) 場(chǎng)景，并且綜合考慮了出力和負(fù)荷的雙重不確定性，提出了孤島穩(wěn)定裕度指標(biāo)，通過孤島穩(wěn) 定裕度指標(biāo)可以盡可能的合理安排黑啟動(dòng)操作步驟，逐步建立孤島并保證穩(wěn)定性，從而完 成孤島黑啟動(dòng)操作，通過孤島穩(wěn)定裕度指標(biāo)，能有效避免孤島黑啟動(dòng)操作失敗。
【附圖說明】
[0043] 圖1是應(yīng)用實(shí)例一的含有DG的典型配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 圖2是應(yīng)用實(shí)例一的含有DG的典型配電網(wǎng)發(fā)生故障后的孤島方案不意圖；
[0045] 圖3是應(yīng)用實(shí)例二的含有DG的典型配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖4是應(yīng)用實(shí)例二的含有DG的典型配電網(wǎng)發(fā)生故障后的孤島方案示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 以下結(jié)合【附圖說明】對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限 制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明 中的頓號(hào)均表示