?本發明涉及一種含分布式電源及微電網的主動配電網故障恢復方法，屬于電力系統信息化與自動化技術領域。本發明通過以下步驟實現：a評估微電網的對外供電能力;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，若存在轉入步驟d，若不存在轉入步驟e;d斷開分布式電源及微電網孤島形成所需的開關;e故障定位與隔離;f主動配電網網絡重構;g故障恢復：對所有孤島進行同期操作，再次并網，恢復到故障前的運行方式，本發明基于主動配電網的孤島劃分策略及網絡重構策略，考慮主動管理措施和分布式電源/微電網對故障恢復的作用，有效降低配電網故障停電損失。

申請人：國網山東省電力公司青島供電公司; 國家電網公司

發明人：張宏偉; 王華磊; 陳磊; 趙媛媛; 陳龍龍; 段波; 蓋午陽

技術領域

本發明涉及一種含分布式電源及微電網的主動配電網故障恢復方法，屬于電力系統信息化與自動化技術領域。

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

目前，就世界范圍來看，能源利用效率越高、環境保護越好的國家，對于發展分布式電源和微電網技術越熱衷。同時，發達國家也一直在探索大電網系統和分布式發電系統相結合的供電方式及故障恢復方式 ，以提高系統的供電可靠性。H .H .Zeineldin ，K .Bhattaya等在文獻《Impact of intentional islanding of distributed generation on electricity market prices》中，在傳統算法的基礎上研究了包含DG的配電網故障恢復步驟，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，采用分支定界算法進行求解。

在學習和借鑒國外先進經驗的基礎上，我國供電部門以及一些電力科研機構、大專院校先后開展配電網接線模式，考慮分布式電源接入的配電網故障恢復研究。南方電網科學研究院的董旭柱、黃邵遠等在《智能配電網自愈控制技術》中介紹了智能配電網自愈控制的目標、技術方案與實施條件。同時介紹了智能決策與網絡重構，故障特性與保護分析，智能配電網自愈控制技術面臨的問題與挑戰。燕山大學的盧志剛、董玉香在《含分布式電源的配電網故障恢復策略》中提出了“ 在按照傳統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故障恢復模型》中建立了含分布式電源的配電網故障恢復模型，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《基于區間潮流的含分布式電源配電網故障恢復算法》中引入區間數描述負荷容量和分布式電源出力的不確定性。以缺供電量、停電戶數和開關操作次數最小為目標函數，提出含分布式電源配電網的故障恢復快速算法。

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

發明內容

本發明的目的在于克服現有配電網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/微電網對故障恢復的作用的主動配電網故障恢復方法。

本發明是采用以下的技術方案實現的：

一種含分布式電源及微電網的主動配電網故障恢復方法，包括以下步驟：

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

b：形成可行計劃孤島：在故障發生前對主動配電網中的所有分布式電源及微電網進行分析處理，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，若存在轉入步驟d，若不存在轉入步驟e;

d：斷開分布式電源及微電網孤島形成所需的開關;

e：故障定位與隔離：尋找非故障停電區域可行的供電恢復路徑，確定可操作分段開關和聯絡開關數目;

f：主動配電網網絡重構：根據微電網的對外供電能力，采用改進粒子群算法執行供電恢復的主動配電網網絡重構;

g：故障恢復：對所有孤島進行同期操作，再次并網，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計算一定置信水平情況下的微電網對外供電能力。

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

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)利用深度優先搜索算法確定最優孤島劃分方案。

進一步地，所述孤島劃分模型以恢復系統內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度、電容器組無功補償、儲能優化運行。

進一步地，所述步驟d還包括計算孤島內功率是否能夠達到平衡的步驟，若平衡則孤島內無功功率就地補償，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操作次數的加權和最小為目標，重構模型考慮重構過程中的開關操作次數、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度、電容器組無功補償、儲能優化運行。

進一步地，完成所述步驟f的網絡重構后，還包括尋找系統中是否存在不能被恢復區域的步驟，若存在，則進行甩負荷處理。

本發明的有益效果是：

1、更合理的進行孤島劃分：(1)基于風險電量評估微電網的對外供電能力，確定微電網參與孤島劃分及故障恢復的出力;(2)考慮分布式電源調度、電容器組無功補償、儲能優化運行等主動管理，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先搜索算法確定最優孤島劃分方案;(4)考慮負荷的重要程度，以孤島內等效負荷最大為目標建立孤島劃分策略，同時考慮孤島內電力電量平衡。

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

發明專利要點簡析：

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

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

b：形成可行計劃孤島：在故障發生前對主動配電網中的所有分布式電源及微電網進行分析處理，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，若存在轉入步驟d，若不存在轉入步驟e;

d：斷開分布式電源及微電網孤島形成所需的開關;

e：故障定位與隔離：尋找非故障停電區域可行的供電恢復路徑，確定可操作分段開關和聯絡開關數目;

f：主動配電網網絡重構：根據微電網的對外供電能力，采用改進粒子群算法執行供電恢復的主動配電網網絡重構;

g：故障恢復：對所有孤島進行同期操作，再次并網，恢復到故障前的運行方式。

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

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

4.根據權利要求1所述的一種含分布式電源及微電網的主動配電網故障恢復方法，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)利用深度優先搜索算法確定最優孤島劃分方案。

5.根據權利要求4所述的一種含分布式電源及微電網的主動配電網故障恢復方法，其特征在于：所述孤島劃分模型以恢復系統內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度、電容器組無功補償、儲能優化運行。

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

7 .根據權利要求1所述的一種含分布式電源及微電網的主動配電網故障恢復方法，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操作次數的加權和最小為目標，重構模型考慮重構過程中的開關操作次數、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度、電容器組無功補償、儲能優化運行。

8.根據權利要求1所述的一種含分布式電源及微電網的主動配電網故障恢復方法，其特征在于：完成所述步驟f的網絡重構后，還包括尋找系統中是否存在不能被恢復區域的步驟，若存在，則進行甩負荷處理。

圖1是本發明的方法流程圖。

圖2是本發明的實施例一的主動配電網的原始網絡結構示意圖。

圖3是本發明的實施例一的主動配電網的功率圓劃分后網絡結構示意圖。

圖4是本發明的實施例一的主動配電網的孤島劃分后網絡結構示意圖。

圖5是本發明的實施例一的主動配電網的某支路發生故障后網絡結構示意圖。

圖6是本發明的實施例一的主動配電網進行故障隔離后的網絡結構示意圖。

圖7是本發明的實施例一的主動配電網進行故障重構后的網絡結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

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

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

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

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內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度、電容器組無功補償、儲能優化運行，所述等效負荷為負荷等級與負荷大小的乘積;(2)利用廣度優先搜索方法以各DG額定功率、微電網輸出功率之和為搜索半徑，遍歷各節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)利用深度優先搜索算法確定最優孤島，校驗直到電壓、分布式電源出力、儲能充放電滿足約束，形成最優孤島劃分方案。

步驟c：當永久性故障發生后，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，若存在轉入步驟d，若不存在轉入步驟e。

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

步驟e：進行故障定位與隔離，調整故障后配電網絡結構信息，尋找非故障停電區域可行的供電恢復路徑，確定可操作分段開關和聯絡開關數目，并進行分類。

步驟f：主動配電網網絡重構：根據微電網的對外供電能力，采用改進粒子群算法執行供電恢復的主動配電網網絡重構，所述的粒子群算法以失電負荷恢復量和開關操作次數的加權和最小為目標，重構模型考慮重構過程中的開關操作次數、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度、電容器組無功補償、儲能優化運行， 尋找系統中是否存在不能被恢復區域的步驟，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，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明的具體實施過程：一個77節點主動配電網的原始網絡結構如圖2所示，圖中實線為分段開關，虛線為聯絡開關;節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的對外供電能力，確定微電網參與孤島劃分及故障恢復的出力。通過模特卡羅模擬技術計算一定置信水平情況下(這里置信水平取0.95)的微電網對外供電能力。以恢復系統內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，利用廣度優先搜索算法遍歷各節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，所得功率圓劃分結果如圖3所示。

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

假設永久故障發生在支路68-77，如圖5所示。發生故障后，B站出線所接DG按計劃孤島快速斷開相應開關，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相應開關隔離故障。A站出線正常運行。

故障隔離后的網絡如圖6所示。可以看出負荷節點68～76成為孤立節點，無供電通道。供電恢復所需操作開關次數5次，故障重構后網絡結構如圖7所示。