高滲透率分布式電源配電網(wǎng)下基于發(fā)電功率的孤島劃分策略

朱俊瑞 馮凱濱 余勇

摘 要：高滲透率分布式電源下配電網(wǎng)發(fā)生故障后，孤島運(yùn)行可以保證非故障區(qū)失電負(fù)荷的可靠供電，制定合理有效的孤島劃分方案是實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行的關(guān)鍵。對(duì)僅包含風(fēng)、光等間歇性電源和儲(chǔ)能裝置的配電網(wǎng)，在故障發(fā)生后，通過(guò)計(jì)算故障停電時(shí)間中各個(gè)時(shí)間段的多個(gè)電能參數(shù)，考慮儲(chǔ)能約束的劃分準(zhǔn)則，尋找重要負(fù)荷和一般負(fù)荷，通過(guò)對(duì)負(fù)荷的控制保證整個(gè)孤島的功率動(dòng)態(tài)平衡，提出了高滲透率分布式電源配電網(wǎng)下基于發(fā)電功率預(yù)測(cè)的孤島劃分策略，該策略既能保證故障期間重要負(fù)荷的持續(xù)穩(wěn)定供電，又能更多的恢復(fù)其它負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電收益最大。

關(guān)鍵詞：高滲透率;分布式電源;孤島運(yùn)行

中圖分類(lèi)號(hào)：TM611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著風(fēng)力、光伏等分布式發(fā)電技術(shù)的日益成熟和電網(wǎng)的大力發(fā)展，大量分布式電源（distributed generator，DG）接入了配電網(wǎng)中[1]。由于DG具有獨(dú)立的供電能力，在配電網(wǎng)故障發(fā)生后，可以以孤島運(yùn)行為非故障區(qū)域負(fù)荷進(jìn)行供電[2-3]。

如何高效、準(zhǔn)確的進(jìn)行孤島劃分，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有深入研究。文獻(xiàn)[4]基于圖論中的樹(shù)背包問(wèn)題，建立了基于二進(jìn)制編碼和分支定界的算法，提出以“搜索+調(diào)整”的兩步策略求解孤島區(qū)域。文獻(xiàn)[2]在考慮了DG及負(fù)荷需求不確定性下實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)孤島劃分，是基于樹(shù)背包理論的隨機(jī)最優(yōu)劃分，并采用隨機(jī)最優(yōu)潮流二次調(diào)整。文獻(xiàn)[5]提出一種基于分光荷功率曲線，考慮孤島控制方式以及多時(shí)間段的動(dòng)態(tài)有源配電網(wǎng)孤島劃分策略。

對(duì)高滲透率分布式電源下的配電網(wǎng)，本文以保證重要負(fù)荷的持續(xù)穩(wěn)定供電的基礎(chǔ)下，更多的恢復(fù)一般負(fù)荷為目標(biāo)，綜合考慮了各時(shí)段下DG的發(fā)電功率、儲(chǔ)能的最大儲(chǔ)能功率、儲(chǔ)能的最大輸出功率以及儲(chǔ)能的最大輸入功率等相關(guān)因素，提出了一種高滲透率分布式電源配電網(wǎng)下基于發(fā)電功率預(yù)測(cè)的孤島劃分策略。在故障發(fā)生后，通過(guò)計(jì)算故障停電時(shí)間中各個(gè)時(shí)間段的多個(gè)電能參數(shù)，考慮儲(chǔ)能約束的劃分準(zhǔn)則，尋找重要負(fù)荷和一般負(fù)荷，通過(guò)對(duì)負(fù)荷的控制保證整個(gè)孤島的功率動(dòng)態(tài)平衡，該策略既能保證故障期間重要負(fù)荷的持續(xù)穩(wěn)定供電，又能更多的恢復(fù)其它負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電收益最大。

1 孤島劃分準(zhǔn)則

為實(shí)現(xiàn)故障期間重要負(fù)荷的持續(xù)穩(wěn)定供電，同時(shí)還能更多的恢復(fù)其它負(fù)荷的目標(biāo)，應(yīng)滿足以下準(zhǔn)則。

1.1 重要負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定準(zhǔn)則

在故障期間，需要保證重要負(fù)荷能夠持續(xù)穩(wěn)定的供電，不受分布式電源出力隨機(jī)性的影響。

1.2 最小準(zhǔn)則

在故障期間應(yīng)盡可能少的棄電，盡可能通過(guò)調(diào)節(jié)一般負(fù)荷去實(shí)現(xiàn)功率的動(dòng)態(tài)平衡。

1.3 零準(zhǔn)則

在故障結(jié)束后儲(chǔ)能中的剩余電量應(yīng)為零，實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行恢復(fù)供電收益最大。

2 孤島劃分策略

2.1 孤島劃分條件

分布式電源的出力具有隨機(jī)性，儲(chǔ)能也受到容量和最大輸入、輸出功率限制，需要通過(guò)接入/斷開(kāi)一般負(fù)荷去實(shí)現(xiàn)功率的動(dòng)態(tài)平衡。

設(shè)配電網(wǎng)故障總時(shí)間為T(mén)，劃分為n個(gè)時(shí)間段，分別為t1，t2，t3…tn，分布式電源在各個(gè)時(shí)間段的出力為p1，p2，p3，…pn，儲(chǔ)能的最大儲(chǔ)存電量為Wmax，故障時(shí)刻的儲(chǔ)存電量為Wc，儲(chǔ)能的最大輸入功率為Pin，最大輸出功率為Pout。孤島運(yùn)行時(shí)的接入重要負(fù)荷為Pmax，各時(shí)段下接入的一般負(fù)荷為Pb1，Pb2，Pb3，…Pbn。

2.2 故障期間接入重要負(fù)荷計(jì)算方法

通過(guò)下式計(jì)算最理想狀態(tài)下的重要負(fù)荷功率Pmax：

Pmax=（Wc+∑pt）/T

其中，t為所述劃分的某一時(shí)間段，p為該時(shí)段下分布式電源的預(yù)測(cè)發(fā)電功率。判斷最理想狀態(tài)下的輸出功率Pmax是否大于0，若不大于0則在整個(gè)停電期間不能夠接入重要負(fù)荷，只能根據(jù)分布式電源各時(shí)段下分布式電源發(fā)電預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)的接入一般負(fù)荷。

在各時(shí)段下校驗(yàn)是否滿足以下約束條件：

Pout+p>=Pmax，和Wc-（Pmax-p）*t>=0

其中，每過(guò)一個(gè)時(shí)間段需要重新計(jì)算Wc。

若不滿足所述約束條件，則將所述最理想狀態(tài)下的輸出功率Pmax減去一定的步長(zhǎng)，重復(fù)進(jìn)行上述判斷，直到所有的時(shí)間段都滿足約束條件，此時(shí)所述最理想狀態(tài)下的輸出功率Pmax即為故障期間重要負(fù)荷的功率。

2.3 各時(shí)段接入一般負(fù)荷計(jì)算方法

算出故障期間接入的重要負(fù)荷后，可基于以下步驟計(jì)算出各時(shí)段接入的一般負(fù)荷，步驟如下：

1）由重要負(fù)荷功率Pmax和各時(shí)段下預(yù)測(cè)的發(fā)電功率Pi，計(jì)算出各時(shí)段下儲(chǔ)能功率輸出：Pd=Pmax-Pi;2）如果Pd>0，則該時(shí)段的儲(chǔ)能剩余電量為Wc=Wc-Pd*ti，儲(chǔ)能輸出功率為Pd，一般負(fù)荷功率Pb為0。

如果Pd<=0，則進(jìn)行以下分析：

（a）如果|Pd|>Pin，此時(shí)先記一般負(fù)荷功率Pb=|Pd|-Pin，儲(chǔ)能輸出功率為Pd=-Pin;（b）如果|Pd|≤Pin，則先記一般負(fù)荷功率Pb=0，儲(chǔ)能輸出功率為Pd=Pd;（c）判斷儲(chǔ)能上一階段的剩余電量減去這一階段的輸出電量（即儲(chǔ)能輸出功率*時(shí)間）是否大于儲(chǔ)能最大容量;（d）如果大于儲(chǔ)能最大容量，則該時(shí)段的儲(chǔ)能剩余電量為Wmax，儲(chǔ)能輸出功率為Pd，一般負(fù)荷功率輸出為Pb=（Wcf-Pd*ti-Wmax）/ti+Pd;（e）如果小于等于儲(chǔ)能最大容量，則該時(shí)段的儲(chǔ)能剩余電量為Wc=Wc-Pd*ti，儲(chǔ)能輸出功率為Pd，一般負(fù)荷功率輸出為Pb。

為滿足盡可能多的接入負(fù)荷約束條件，儲(chǔ)能最終剩余電量應(yīng)為0。如果儲(chǔ)能剩余電量大于0，可按時(shí)間段從后到前順序依次進(jìn)行儲(chǔ)能放電，直至儲(chǔ)能剩余電量為0，此時(shí)可獲取到所述各個(gè)時(shí)間段下可恢復(fù)供電的最大一般負(fù)荷，獲取各個(gè)時(shí)間段下可恢復(fù)供電的最大一般負(fù)荷的具體步驟如下：

1）如果儲(chǔ)能剩余儲(chǔ)存電量Wc>0，假設(shè)讓W(xué)c在該時(shí)段內(nèi)全部釋放完，計(jì)算儲(chǔ)能輸出功率為Pd+Wc/t;2）如果所述儲(chǔ)能輸出功率大于Pout，則該時(shí)段下的一般負(fù)荷功率為Pb=Pb+Pout-Pd，儲(chǔ)能剩余電量為Wc=Wc-（Pout-Pd）*t;3）如果不大于Pout，則儲(chǔ)能剩余電量在該時(shí)段釋放完畢，該時(shí)段下一般負(fù)荷功率為Pb=Pb+Wc/t，儲(chǔ)能剩余電量為0;4）重復(fù)進(jìn)行以上步驟即可。

2.4 孤島劃分方法

以分布式電源為根節(jié)點(diǎn)，按由近及遠(yuǎn)原則尋找重要負(fù)荷，直到功率總和為Pmax作為基礎(chǔ)負(fù)荷用分布式電源持續(xù)供電，尋找一般負(fù)荷作為調(diào)節(jié)負(fù)荷，一般負(fù)荷總功率不得大于各時(shí)段下Pb中最大值，其中，所述Pb為所述各時(shí)間段除去所述最理想狀態(tài)下的輸出功率Pmax后的剩余功率。

根據(jù)每個(gè)時(shí)段的Pb進(jìn)行接入/斷開(kāi)一般負(fù)荷，保證整個(gè)孤島的功率動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)即形成了每個(gè)所述時(shí)間段內(nèi)的孤島。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于故障期間重要負(fù)荷的持續(xù)穩(wěn)定供電，同時(shí)還能更多的恢復(fù)其它負(fù)荷的目標(biāo)，提出了高滲透率分布式電源配電網(wǎng)下基于發(fā)電功率的孤島劃分策略，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電收益最大。但是，本策略對(duì)故障期間分布式電源各時(shí)段下發(fā)電功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性要求較高，下一步需對(duì)分布式電源的各時(shí)段下的發(fā)電功率預(yù)測(cè)方法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

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