一種含分布式電源的配電網快速供電恢復方法
2023-10-17 05:44:44
專利名稱：一種含分布式電源的配電網快速供電恢復方法
技術領域：
本發明是一種用於智能配電網自愈控制系統中，利用配電網設計的冗餘度和併網的分布式電源進行動態供電孤島劃分，並通過分段開關和聯絡開關的協調操作，實現智能配電網在故障後對停電負荷快速恢復供電的技術方案，屬於電力系統安全可靠運行控制技術領域。
背景技術：
人類賴以生存的地球正遭遇環境和資源的嚴峻挑戰，如全球氣候變化、自然災害頻發、汙染嚴重、傳統能源日益短缺等，為了應對這些挑戰世界電力工業選擇了智能電網(Smart Grid)。智能配電網是智能電網的重要組成部分，其主要特徵有自愈、優化、協調、互動、分布及融合等，其中自愈是核心技術。配電網作為電力系統的末端直接與用戶相連，其自愈力的高低直接影響電網對用戶的供電質量，配電網故障恢復則是其中的關鍵環節。智能電網的另一個主要特徵是分布式電源的大量接入和充分利用。現行的分布式發電併網規程不允許孤島運行，要求擾動時將分布式電源迅速退出，這對處於故障區域內的分布式電源沒有得到充分利用，不利於提高配電網供電可靠性。如何有效利用故障區域內的分布式電源進行供電恢復對提高配電網的供電可靠性具有重要意義。配電網供電恢復是指配電網發生故障，在故障定位並隔離後對非故障的失電區域恢復供電的優化問題，其實質是配電網發生故障後的恢復重構問題。當配電網中饋線發生永久性故障引起停電時，在故障隔離後，對於輻射狀的配電饋線，非故障部分將分成兩部分與電源相連部分和故障區下遊部分(相對於電源點)。對於前者可以通過重合變電站相應的出線斷路器恢復供電，而後者則要通過與之相連的聯絡開關的操作恢復供電。因此配網故障後的恢復重構主要是考慮對故障區下遊的非故障失電區(健全失電區域)恢復供電。目前配電自動化系統不僅能夠得到開關的遙信和遙測信息，而且能夠控制開關的動作，同時還具備故障電流檢測能力。然而這種利用配電網網絡結構及配電設備(分段器、重合器等)自動化程度的故障恢復模式，一般只使用於網絡接線比較簡單的配電網，而當配電網中含有大量分布式電源時，如何對分布式電源進行充分利用，這種模式將不能滿足實際要求。本發明可以實現在含有分布式電源的配電網結構和運行模式下的快速供電恢復，且具有事故仿真和事故反演功能，便於調度員積累運行事故處理經驗和直觀的進行事故操作。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種對含分布式電源的配電網進行供電恢復的方法，基於啟發式規則，對分布式電源進行動態孤島劃分，同時利用聯絡開關保障配電網供電恢復方案能夠適應分布式電源的出力變化和重要用戶的持續供電，使得智能配電網能夠安全、可靠、經濟運行。技術方案配電網供電恢復是根據故障定位信息與故障前電網的運行狀態來確定電網的停電範圍。並通過故障區域內的分布式電源和與故障區域相連的聯絡開關配合，同時動作相應的分段開關，並保持配電網除分布式電源外的輻射狀運行。本發明的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法採用基於分布式電源的孤島劃分的基礎上，提出分布式電源的孤島轉移容量指標，配合聯絡開關進行供電恢復。不僅充分利用分布式電源提高了配電網的供電可靠性，同時大大縮小了搜索空間，減少最優策略搜索時間，適用於含分布式電源的配網供電恢復實時運行。具體步驟如下
第一步讀取故障定位信息和配電系統的網絡參數，包括線路的支路號、首端節點和末端節點編號、變壓器變比和支路阻抗。對配電網進行深度編碼並確定失電範圍；
第二步孤島恢復供電方案校驗計算失電負荷和失電範圍內的分布式電源總容量，比較兩者之間差值，若滿足孤島平衡條件，轉第九步，否則進入下一步； 第三步搜索與失電範圍有相連關係的聯絡開關，計算各聯絡開關備用容量並按其大小進行降序排序；
第四步校驗閉合備用容量最大的聯絡開關供電恢復的方案，調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流，，校驗節點電壓和支路電流是否存在越限，當不存在越限，轉第九步，否則轉下一步；
第五步根據上一步方案的開關信息，更新網絡編碼信息，進行分布式電源孤島劃分，並根據孤島劃分結果按各孤島範圍內所帶負荷大小對其進行降序排序；
第六步根據第五步孤島劃分結果，校驗分布式電源孤島轉移負荷的方案，調用潮流計算程序計算主網和孤島的節點電壓和支路電流，校驗節點電壓和支路電流是否存在越限，當不存在越限，轉第九步，否則轉下一步；
第七步搜索可利用的聯絡開關，若無可利用的聯絡開關，保持第六步的方案，轉第八步；否則，根據網絡輻射狀運行條件篩選相應的分段開關，調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流，校驗節點電壓和支路電流是否存在越限，當不存在越限，轉第九步，否則轉第五步；
第八步讀取網絡中重要負荷信息，包括負荷大小和負荷接入點，根據重要負荷信息形成可行的切負荷方案，對方案進行校驗，計算失負荷量；
第九步輸出執行供電恢復方案。具體地，下面對本發明的技術方案每一步進行詳細說明
第一步對配電網進行深度編碼並確定失電範圍具體為
1)配電網故障發生後，讀取量測設備獲得故障檢測信息，經過故障識別、故障定位後將故障支路直接關聯的開關開斷，完成故障隔離；
2)故障隔離完成後，對於輻射型配電網故障點所在饋線的非故障部分將分成兩部分與電源相連部分和故障區下遊部分；對於前者通過重合變電站相應的出線斷路器恢復供電，而後者則要通過與之相連的聯絡開關的操作恢復供電；
3)讀取配電系統的網絡參數，包括線路的支路號、首端節點和末端節點編號、變壓器變比和支路阻抗。對配電網絡進行遍歷，即要求從饋線節點開始到末端節點或從末端節點到饋線節點搜索所有的節點、支路或分支線，對所在饋線進行二維深度編碼，形成一個數組
來表示一個輻射狀配電網絡，其中，Λ為節點X的父節點號，為節點號，< 為節點X的到根節點的深度，即層號；
4)停電範圍確定。根據所形成的二維深度編碼信息，由故障節點開始，搜索故障節點的子節點，將子節點放入停電節點集中，再尋找子節點的子節點，直至搜索到網絡末端為止。第二步孤島恢復供電方案校驗具體為
21)由第一步所得到的停電範圍，確定處於停電範圍內的分布式電源；
22)計算停電範圍內的總負荷大小，計算公式如下
權利要求
1.一種含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於該方法米用基於分布式電源的孤島劃分的基礎上，提出分布式電源的孤島轉移容量指標，配合聯絡開關進行供電恢復；所述方法包括下述步驟第一步讀取故障定位信息和配電系統的網絡參數，包括線路的支路號、首端節點和末端節點編號、變壓器變比和支路阻抗，對配電網進行深度編碼並確定失電範圍；第二步孤島恢復供電方案校驗計算失電負荷和失電範圍內的分布式電源總容量， 比較兩者之間差值，若滿足孤島平衡條件，轉第九步，否則進入下一步；第三步搜索與失電範圍有相連關係的聯絡開關，計算各聯絡開關備用容量並按其大小進行降序排序；第四步校驗閉合備用容量最大的聯絡開關供電恢復的方案，調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流，校驗節點電壓和支路電流是否存在越限，當不存在越限，轉第九步，否則轉下一步；第五步根據上一步方案的開關信息，更新網絡編碼信息，進行分布式電源孤島劃分， 並根據孤島劃分結果按各孤島範圍內所帶負荷大小對其進行降序排序；第六步根據第五步孤島劃分結果，校驗分布式電源孤島轉移負荷的方案，調用潮流計算程序計算主網和孤島的節點電壓和支路電流，校驗節點電壓和支路電流是否存在越限， 當不存在越限，轉第九步，否則轉下一步；第七步搜索可利用的聯絡開關，若無可利用的聯絡開關，保持第六步的方案，轉第八步；否則，根據網絡輻射狀運行條件篩選相應的分段開關，調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流，校驗節點電壓和支路電流是否存在越限，當不存在越限，轉第九步，否則轉第五步；第八步讀取網絡中重要負荷信息，包括負荷大小和負荷接入點，根據重要負荷信息形成可行的切負荷方案，對方案進行校驗，計算失負荷量；第九步輸出執行供電恢復方案。
2.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第一步對配電網進行深度編碼並確定失電範圍具體為.1)配電網故障發生後，讀取量測設備獲得故障檢測信息，經過故障識別、故障定位後將故障支路直接關聯的開關開斷，完成故障隔離；.2)故障隔離完成後，對於輻射型配電網故障點所在饋線的非故障部分將分成兩部分 與電源相連部分和故障區下遊部分；對於前者通過重合變電站相應的出線斷路器恢復供電，而後者則要通過與之相連的聯絡開關的操作恢復供電；.3)讀取配電系統的網絡參數，包括線路的支路號、首端節點和末端節點編號、變壓器變比和支路阻抗；對配電網絡進行遍歷，即要求從饋線節點開始到末端節點或從末端節點到饋線節點搜索所有的節點、支路或分支線，對所在饋線進行二維深度編碼，形成一個數組
3.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第二步孤島恢復供電方案校驗具體為21)由第一步所得到的停電範圍，確定處於停電範圍內的分布式電源；22)計算停電範圍內的總負荷大小，計算公式如下
4.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第三步搜索候選的聯絡開關，並進行降序排序具體為31)根據第一步所得到的停電範圍，選擇與停電範圍相連的聯絡開關作為候選聯絡開關，32)計算各候選聯絡開關的備用容量Zm，計算公式如下
5.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第四步校驗閉合備用容量最大的聯絡開關供電恢復的方案具體為41)執行閉合步驟33)結果中備用容量最大的聯絡開關操作；42)調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流，檢驗是否存在節點電壓或支路電流越限，若存在，則轉第五步，若無越限現象則供電恢復方案搜索結束，轉第九步。
6.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第五步進行分布式電源孤島劃分，並根據孤島劃分結果按各孤島範圍內所帶負荷大小對其進行降序排序具體為；51)根據開關操作信息對網絡的深度編碼表進行修正；52)對分布式電源進行排序由步驟51)中所得的深度編碼表中取各分布式電源的接入點的層號，並對分布式電源按其層號大小進行升序排序，即節點深度最小的排最前面，得到分布式電源排序結果；53)取步驟52)所得排序結果中的分布式電源，讀取其接入系統節點號，並將該節點作為孤島的解列節點；54)求取解列節點下遊區域由解列節點開始，搜索其子節點，然後再搜索子節點的子節點，直至搜索到網絡的末端為止，該區域作為分布式電源孤島供電範圍；55)計算步驟54)中分布式電源孤島供電範圍內的總負荷大小，計算公式如下
7.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第六步校驗分布式電源孤島轉移負荷的方案具體為61)判斷第四步中越限的類型，若僅存在的為電壓越限，則轉步驟62);其他越限類型轉步驟63)；62)根據各孤島內分布式電源離越限電壓之間的電氣距離對第五步形成的孤島進行排序，其中電氣距離的計算公式為其中士代表為分布式電源與電壓越限節點之間的所有節點集合；Ujl代表為分布式電源出口處電壓幅值；h為節點所帶的負荷值；63)對第五步所形成的孤島按其所帶負荷大小進行降序排序；64)根據步驟62)和63)的排序結果確定所需要形成的孤島，斷開解列點所在的開關形成排序結果中的第一個孤島，利用孤島轉移負荷，並調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流；若越限消除，供電恢復方案搜索結束，轉第九步；否則轉步驟65)；65)根據步驟62)和63)的排序結果確定所需要形成的孤島，形成下一個孤島，斷開解列點所在的開關轉移負荷，直到無越限存在為止，轉第九步；若無法消除越限情況則轉第七止 /J/ O
8.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第七步搜索可利用的聯絡開關並根據網絡輻射狀運行條件篩選相應的分段開關，校驗該供電恢復方案具體為71)判定是否有可操作的候選聯絡開關，若不存在可操作的候選聯絡開關，則轉第八I K少；72)取消第六步中的孤島操作；73)判斷第四步中的越限類型，若僅有電壓越限，則轉步驟74);其他越限類型轉步驟75)；74)根據各聯絡開關離越限電壓之間的電氣距離對候選聯絡開關進行排序，其中電氣距離的計算公式為其中Cp代表為聯絡開關與產生電壓越限的節點之間間的所有節點集；Uh為聯絡開關出口處電壓幅值；h為節點所帶的負荷值；75)閉合第三步所形成的排序結果中的後一個聯絡開關，計算位於該聯絡開關與第四步所閉合的聯絡開關之間路徑上的各候選分段開關的可轉移負荷大小，並對其按降序排序;76)斷開步驟75)所形成排序結果中可轉移負荷最大的分段開關；調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流，若不存在節點電壓或支路電流越限，供電恢復方案搜索結束，則轉第九步，否則轉第五步。
9.根據權利要求1所述的含分布式電源的配電網快速供電恢復方法，其特徵在於所述的第八步根據重要負荷信息形成可行的切負荷方案具體為按照上述步驟完成搜索若存在越限或存在重要負荷不能恢復供電，則需採取切負荷措施，具體步驟如下81)讀取網絡中的重要負荷信息，包括接入節點和負荷大小；82)取重要負荷的接入節點，搜索處於接入節點的下遊區域；83)判定所求下遊區域是否包含重要負荷，若包含，則取下一個負荷，轉步驟82)，否則轉步驟84)；84)計算下遊區域的總負荷大小，其計算方法與步驟55)相同； 85)對步驟84)所求的結果按其大小降序排序；85)打開步驟85)中下遊負荷最大對應的分段開關，並調用潮流計算程序計算網絡的節點電壓和支路電流，若不存在節點電壓或支路電流越限，供電恢復方案搜索結束；轉第九步，否則繼續斷開下一個分段開關進行轉移負荷，直到無越限存在或無可選擇操作的開關為止。
全文摘要
本發明是一種對含分布式電源的配電網進行供電恢復的方法，基於啟發式規則，對分布式電源進行動態孤島劃分，同時利用聯絡開關保障配電網供電恢復方案能夠適應分布式電源的出力變化和重要用戶的持續供電，使得智能配電網能夠安全、可靠、經濟運行。配電網供電恢復是根據故障定位信息與故障前電網的運行狀態來確定電網的停電範圍。並通過故障區域內的分布式電源和與故障區域相連的聯絡開關配合，同時動作相應的分段開關，並保持配電網除分布式電源外的輻射狀運行。不僅充分利用分布式電源提高了配電網的供電可靠性，同時大大縮小了搜索空間，減少最優策略搜索時間，適用於含分布式電源的配網供電恢復實時運行。
文檔編號H02J3/00GK103001216SQ201210474639
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年3月28日
發明者陳星鶯, 陳旦, 劉健, 陳楷, 廖迎晨, 餘昆 申請人:河海大學, 南京河海科技有限公司, 陝西電力科學研究院, 江蘇省電力公司南京供電公司, 國家電網公司, 江蘇省電力公司