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摘要：随着IEEE1547—2003标准的出台,分布式发电(DG)孤岛运行成为关注的热点。针对系统故障后DG与系统解列形成的孤岛运行的特点,根据电力系统相关理论并采用PSCAD仿真方法,研究了短时间断供电及不间断供电2种孤岛运行的模式和DG形成孤岛需要满足的条件,以及不同容量的DG暂态失稳对孤岛运行的影响,提出了实现孤岛运行所要采取的与保护和控制相关的措施,据此得出短时间断供电形成的孤岛运行是目前可行的模式。
关键词：系统故障；分布式电源；孤岛运行
1 DG形成孤岛的模式
本文以图1所示的系统为例,对DG由并网运行转为孤岛运行的模式加以讨论。
这两种孤岛模式各有利弊,应结合电网的拓扑结构和DG的容量及调节能力加以选择。
2 DG形成孤岛的条件
2.1形成短时间断供电孤岛运行的条件
2.1.1分布式电源要具备一定的调节能力并要有适当的容量裕度,从而保证孤岛运行的静态稳定性。
2.1.2要根据DG容量所能承受扰动的能力和负荷的性质确定负荷投入的先后顺序。投入负荷时,尽可能先投入启动电流较大的负荷,再投入启动电流较小的负荷。对于启动电流较大且有可能超过DG调节能力范围的负荷,应加以闭锁。
2.1.3在满足分布式电源留有适当的调节容量的条件下,才能尽可能多地投入负荷。
2.2形成不间断供电孤岛运行的条件根据形成不间断孤岛运行模式的概念,DG要在系统故障后形成连续供电的孤岛,需要满足如下条件:
2.2.1DG在系统故障后经受扰动的时间即DG不失稳运行的时间要大于解列开关的动作时间,若为了确保形成孤岛时的暂态稳定需要,在解列开关动作的同时切除部分负载时,DG也能不失稳运行。
2.2.2当形成孤岛的过程中需要实时减载时,要能够根据DG的稳定性能和孤岛内的实际功率和负荷性质切除部分负载,减载后DG要有足够的备用容量保证孤岛的静态稳定性。
2.2.3孤岛稳定运行后,如DG的容量允许,就可以有选择地再投入部分负载,此时同样要留有一定的备用容量以便负荷变化时孤岛能够稳定运行。
2.2.4当孤岛内有多个DG时,为确保暂态稳定和静态稳定,最大容量的DG应具有较好的调节能力,最好采用汽轮发电机组。如果DG全是经电力电子逆变器并网发电系统,受其自身特性的限制,在有大扰动的情况下难以维持系统的稳定运行。
2.3仿真算例
以图1所示的DG并网系统为例,设变压器T2出现内部故障,QF6速断跳闸。利用PSCAD仿真软件对DG1能否实现不间断供电的孤岛运行模式进行了仿真。取系统参数为:电网侧容量500MVA,电压110kV,变压器T2容量40MVA,变比110kV/10kV;DG1机组容量40MW(包括1台20MW和2台10MW的旋转发电机);10kV母线处负载为10MW,并分别将静态负载和电机负载等效到2条馈线上。
2.3.1故障后DG机组的失稳仿真
故障后DG机组的失稳时间如表1所示。可知,DG机组无论以多大容量接入系统,当系统联络线进线发生故障时DG机组均在0.5s之前失稳,随着DG容量的减少,DG失稳越快。假定断路器QF6(解列点)动作时间为0.15s,则当DG的发电容量达到负荷容量的2倍时,DG的失稳时间大于断路器动作时间,因此有必要进一步研究实时快速减去部分负载后DG能否维持孤岛的稳定。
表1 故障后DG机组的失稳时间
从表2可知,DG容量为接入母线总负荷量的3倍时,即使切除75%的负载也难以维持孤岛的暂态稳定运行。
3 孤岛运行时的保护与控制
3.1孤岛运行时的保护DG进入孤岛运行后,岛内拓扑结构和潮流数据与并网运行时相比发生了变化,表征运行状态的功率、电压、电流等参数与DG并网运行前有较大的差别,保护的整定值需要重新设置。
孤岛内保护的整定可以牺牲(部分)选择性,原因在于不同容量、不同类型的DG向故障点提供短路电流的差异很大,短路电流的计算难以解决。
3.2孤岛运行时的控制
3.2.1间断性供电形成孤岛的控制
可采用手动和自动两种控制方式。
手动控制方式是指人工操作断开变电站系统进线开关和各路负荷开关后,重启DG并空载接入,再根据运行经验依次合闸带上相应的负荷。
自动控制则是利用自动化系统,在判断变电站系统进线开关和各路负荷开关均断开以后,将DG空载并入母线,再根据故障前母线处各线路的负荷功率值,按孤岛能够稳定运行的要求依次逐个带负荷运行。如果所形成的孤岛中含有多个分布式电源,则控制系统应按DG容量的大小依次将DG并入母线。
3.2.2不间断供电形成孤岛时的控制
DG的不间断供电形成连续孤岛的方式,其控制系统对电网的自动化水平要求较高。监测方面需要实时采集电网的潮流数据,实时监测联络线的稳态功率变化。
4 结束语
本文分析了系统故障后DG与系统解列所形成的孤岛运行的特点，介绍了现有的两种形成孤岛的模式，并讨论了DG形成孤岛需要满足的条件，分析了孤岛运行时对孤岛内原有保护与控制的影响，提出了实现孤岛运行所要采取的与保护和控制相关的措施。
通常情况下电力系统出现瞬时性故障的几率高于出现永久性故障的几率，通过本文的分析可知，短时停电形成孤岛的模式在系统联络线出现瞬时性故障时，可通过重合闸的方式恢复对全部负荷的供电且具有投入小、控制方式简单的优点，而不间断供电形成孤岛的模式不仅投入大、控制系统复杂，而且也不能完全保证不切负荷连续供电。据此可以得出短时间断供电形成的孤岛运行是目前可行的模式。
参考文献
[1]王鹤.含多种分布式电源的微电网运行控制研究[D].华北电力大学,2014.
[2]刘小海.含分布式电源的配电网主动解列[D].湖南大学,2014.
论文作者:尹兆磊,白雪松,王宏亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：孤岛论文; 负荷论文; 容量论文; 分布式论文; 负载论文; 模式论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第14期论文;