广东电网有限责任公司东莞供电局 广东东莞 523000
摘要：研究分布式电源接入的配电网发生故障时如何保证尽量减少失电负荷，并保证重要负荷供电，同时提高配电网的供电可靠性。
关键词：分布式电源；配电网；故障恢复；供电可靠性
0 引言
尽管我国分布式电源技术发展迅速，但是由于起步较晚，目前分布式电源接入容量仍然有限，渗透率不高。因此，当配电网中出现故障后，出于人身安全、电能质量方面的考虑，分布式电源都是严格遵循IEEE 929-2000标准，主动切断与主网以及负荷的联系，拒绝孤岛供电，这也是当前我国配电网中分布式电源黑启动研究较少的重要原因。
然而在不久的将来，分布式电源大量接入配电网是我国智能电网发展的必然趋势，随着分布电源的渗透率上升，主网供电能力的下降，如果仍然遵循IEEE 929标准，拒绝孤岛存在，单纯的靠主网供电已经不能满足负荷对供电可靠性的需求，甚至会造成重要负荷的不必要停电。而为了提高分布式电源接入后的系统供电可靠性，IEEE出台了IEEE1547-2003标准。在该标准中不再禁止有意识的孤岛存在，而是鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现孤岛运行，并在经济方面达成共识。
1 技术条件
1.1 分布式电源孤岛运行标准
IEEE 929-2000：该标准要求，在任何故障下，分布式电源必须切断与主网的连接，且尽量避免孤岛的出现。其理由主要集中在：a、对电网负载或人身安全的危害，用户或线路维修人员不一定意识到分布式供电系统的存在；b、供电质量问题，没有大电网的支持，分布式供电系统难以符合各方面的需求，如电压波动、频率波动及谐波等技术指标；c、电力公司对电网的管理要求。由于孤岛状态意味着脱离了电力管理部门的监控而独立运行，是不可控和高隐患的操作；d、系统安全运行问题。孤岛运行增加了系统保护和控制的难度。
IEEE 1547-2003：随着分布式电源的渗透率不断提高，为了充分利用分布电源提高配电网供电可靠性，该标准不再禁止有意识的孤岛存在，而是鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现孤岛运行，并在经济方面达成共识。
1.2 分布式电源低渗透率下的配电网故障恢复策略
针对目前配电网中分布电源接入容量不大，已有学者提出如下配电网恢复策略：
（1）故障定位隔离之后，搜索失电区域，对于失电区域内的分布式电源按照是否具有黑启动能力分为BDG和NBDG，按照是否具备与配电网调度中心的通信能力分为CDG和NCDG，按是否可在故障发生后保持与主网的连接分为SDG和NSDG。
（2）利用主网恢复失电负荷，按照传统的配电网故障恢复策略进行考虑，区别仅在于潮流计算中需要考虑与主网相连接的分布式电源（CDG）的影响；
（3）对于不能完全恢复的停电负荷；可利用剩余失电区域中具有黑启动能力的分布式电源对未恢复的负荷进行恢复。
该恢复策略的优点是步骤简单、易于实现，仅需要对传统的潮流计算做出计及分布式电源接入后的改进，其缺点在于将分布式电源的孤岛运行范围局限于主网未恢复的负荷之中，孤岛划分方法过于简单，有可能导致不必要的停电。因为在第一阶段的主网恢复失电负荷过程中，计及分布式电源的潮流计算后，按照传统恢复策略，其最优解出现在分布式电源的最大出力处，由此引起的后果是第二阶段剩余失电区域内分布电源数量较少，孤岛划分策略较少，导致负荷的不必要停电。
尽管该故障恢复策略仍有很多不足之处，但是其在分布式电源自启动特性分类、主网恢复与孤岛恢复配合原则等方面做出的创新，对本项目中分布式电源接入的配电网故障恢复策略研究具有指导性意义。
1.3计及分布式电源接入的配电网潮流算法
传统配电网潮流算法主要有牛顿法、前推回代法以及回路阻抗法等，尽管这些算法计算速度快、收敛性较好，但是要求节点类型为PQ节点，且是确定性潮流算法。随着配电网中分布式电源的大量接入，不同类型的分布式电源决定了接入节点类型的不同，且分布式电源功率出力的波动性将传统配电网中的确定性潮流变为不确定潮流。因此需要对传统配电网潮流算法做出以下改进：
（1）根据分布式电源类型以及接入方式，建立分布式电源模型，确定分布电源的节点类型：PQ、PQ（V）、PV，其中PQ和PQ（V）可直接参与潮流计算；
（2）对于PV节点类型的分布式电源，通过灵敏度补偿（△Q=X-1U△U），修正其无功功率，将其转化为PQ节点进行迭代；
（3）对于分布式电源接入带来的潮流不确定性，采用点估计法进行处理，已知对于n维向量X的边际概率密度，且Y=h(X)，用X的m×n个估计点来代替X的联合概率密度，从而获取Y的期望值和方差。在电力系统中Y=h(X)为功率平衡方程，Y为节点电压，X为分布式电源输出功率的概率密度函数。
1.4基于有根树的分布电源区域孤岛划分方法
配电网通常采用辐射状结构，即使采用环网或网格结构，也会开环运行。每一条供电途径，都可以看作是以系统侧电源点为根，以负荷和开关为叶点的树，整个配电网就是由这种树组成的森林。分布式电源的接入只是增加了部分具有电源性质的节点，并未改变原有的树形结构。
树的每一条边都是割边，删除任一条边都能得到2个子树。在实际系统中只有断开连接内点的边才能形成多用户孤岛，所以可将图3-1化简为以母线为节点的树T（V，E），如图1-1所示。其中V是节点集合，表示母线元件（或T接点）；E是边的集合，eij表示节点i和j之间的线路或变压器等元件。通过遍历树T所有边的组合就可以穷举子树，得到所有的孤岛集合。一个m节点的辐射型网，具有m-1条边，其孤岛划分的解空间的容量为2m-1，这是一个NP-Hard 问题。
图1-1 具有层次性和方向性的根树
为了减小搜索空问，简化计算，需要进一步处理。首先将从根点开始，向下依次将节点分层，并把支路划分到其起始节点，其次确定树的方向，从根点指向节点。确定根树模型后，分布式电源孤岛划分区域搜索转变为寻找根树满足机组出力约束、支路潮流约束以及节点电压约束问题。
加入层次和搜索方向等启发式信息后，解空间由2m-1缩小为m-1，搜索复杂度由指数级减小为线性。
2 故障恢复
考虑分布式电源接入的电网故障恢复技术主要包括分布式电源自启动特性、孤岛供电区域划分、主动配电网环境下分布式电源应急供电技术的研究以及配电网故障恢复策略评估体系的建立等。
2.1 分布式电源黑启动能力
分布式电源一般通过以下三种方式接入配电网：通过异步发电机直接接入；通过同步发电机直接接入；通过电力电子装置接入。励磁方式的不同以及并网方式的不同，决定了分布式电源是否具有自启动能力。
分布式电源直接接入配电网的用户侧，远离调度中心，并且由于分布式电源功率出力具有波动性和随机性，因此分布式电源除了必须具备自启动能力以外，还要保证该分布式电源可控，并且具备与调度中心通信的能力。
2.2 分布式电源孤岛供电区域划分的方法
依据当前用户对供电可靠性的要求越来越高以及可中断负荷大量参与市场运行等实际情况，制定分布式电源孤岛供电区域划分的多目标函数；研究孤岛供电区域划分中多目标多约束问题的求解方法；针对具体的算法，开发分布式电源接入配电网故障恢复问题的建模方法。
2.3 主动配电网环境下分布式电源应急供电的关键性技术
关键性技术主要包括主动配电网环境下“主网恢复”优先的故障恢复策略；主动配电网环境下“孤岛恢复”优先的故障恢复策略；“主网恢复”与分布式电源“孤岛恢复”的协调配合方法。
2.4 分布式电源接入的配电网故障恢复策略综合评估体系
研究分布式电源接入的配电网故障恢复策略评估指标选取方法及计算方法、评估指标权重求取方法及评估模型的建立方法；建立分布式电源接入的配电网故障恢复策略评估指标体系。
3 结论
分布式电源参与电网黑启动、恢复局部电网供电，可以提高电网恢复的速度及多种选择性，可为极端灾变、意外破坏等环境下电网供电提供新思路和新方法。目前，国内外研究机构对此研究很少，开展本项目研究具有前瞻性、创新点，未来应用潜力巨大。
作者简介：
黎锡泉（1981—），男，本科，广东东莞，工程师，主要从事变电运行工作，Email：49636890@qq.com
论文作者:黎锡泉
论文发表刊物:《电力技术》2016年第10期
论文发表时间:2017/1/9
标签：分布式论文; 电源论文; 孤岛论文; 配电网论文; 节点论文; 故障论文; 负荷论文; 《电力技术》2016年第10期论文;