基于潮流分布特性的含小水電配電網(wǎng)孤島就地劃分策略

陳志峰，畢浩然，曾德輝，梁海峰，黃玉琛

(1.廣州城市理工學(xué)院 電氣工程學(xué)院，廣東 廣州 510800；2.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510641；3.廣州嘉緣電力科技有限公司，廣東 廣州 510612；4.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局，廣東 韶關(guān) 512026)

近年來，小水電作為一種造價(jià)低廉、出力穩(wěn)定的分布式電源(distributed generation，DG)，在提高清潔能源利用率、增強(qiáng)供電可靠性和低成本滿足農(nóng)村地區(qū)負(fù)荷需求等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。小水電的集群接入將傳統(tǒng)的輻射型無源配電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為有源配電網(wǎng)[1]，使得系統(tǒng)故障發(fā)生后配電網(wǎng)中的失電部分能夠在小水電集群的支持下以孤島方式繼續(xù)運(yùn)行。孤島運(yùn)行方式是DG并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std 1547.4-2011[2]中定義的一種含DG配電網(wǎng)非常態(tài)運(yùn)行方式，它允許DG在與主網(wǎng)斷開的情況下與周圍負(fù)荷共同形成孤島系統(tǒng)，局部獨(dú)立地向負(fù)荷供電，以提高供電可靠性。由于解列后形成的孤島電網(wǎng)與主網(wǎng)相比規(guī)模較小且功率支撐不足，如何確保孤島系統(tǒng)的電能質(zhì)量和運(yùn)行穩(wěn)定性一直是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)性的課題。因此，研究含小水電集群配電網(wǎng)故障后孤島劃分策略，通過實(shí)現(xiàn)孤島內(nèi)電源與負(fù)荷的優(yōu)化配置來保證孤島電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行很有必要。

對(duì)于含DG配電網(wǎng)故障后孤島合理劃分的問題，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了諸多深入的研究。孤島劃分問題可以視為一個(gè)多約束、非線性的優(yōu)化求解問題[3]，根據(jù)求解模型的不同，可大致分為基于數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、基于人工智能優(yōu)化算法和基于啟發(fā)式搜索算法的3類孤島劃分方法。文獻(xiàn)[4]建立了基于樹背包理論的配電網(wǎng)故障恢復(fù)模型，使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法進(jìn)行求解。文獻(xiàn)[5-7]將含DG配電網(wǎng)孤島規(guī)劃問題簡(jiǎn)化為求解最小生成樹的問題，使用Kruskal算法、Prim算法、Sollin算法等圖論分析方法對(duì)最優(yōu)孤島進(jìn)行求解。以上基于數(shù)學(xué)優(yōu)化的孤島劃分方法雖然能較為合理地配置孤島，但由于其采用不完全解析性的建模方法，所形成的解不一定最優(yōu)[8]。文獻(xiàn)[9-11]分別使用遺傳算法、NSGA-Ⅱ算法和粒子群優(yōu)化算法等人工智能算法對(duì)配電網(wǎng)孤島劃分?jǐn)?shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，全局尋優(yōu)能力很強(qiáng)，且有較高的收斂性，但是容易陷入局部收斂。文獻(xiàn)[12]采用蟻群算法求解故障恢復(fù)模型，有效改善了文獻(xiàn)[9-11]中所用人工智能算法容易陷入局部收斂的缺點(diǎn)，但計(jì)算量較大，且需要集中計(jì)算，難以滿足實(shí)時(shí)性要求。基于啟發(fā)式搜索算法的劃分方法在孤島劃分領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，它以配電網(wǎng)中某一特定聯(lián)絡(luò)開關(guān)為起點(diǎn)，利用深度優(yōu)先或廣度優(yōu)先搜索算法逐層遍歷失電區(qū)域的各節(jié)點(diǎn)，形成待恢復(fù)樹，最后在約束條件下對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)[13-15]。但此類方法在節(jié)點(diǎn)搜索階段耗時(shí)較長(zhǎng)，且同樣為集中式計(jì)算，依賴于通信信道的可靠性。

以上介紹的大多數(shù)孤島劃分方法都采用集中式計(jì)算，即將配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的量測(cè)信息集中到控制主站的后臺(tái)進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)單而容易實(shí)現(xiàn)。但是此類方法對(duì)通信信道和控制主站可靠性的依賴度很高，并且當(dāng)配電網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)難以保證計(jì)算的實(shí)時(shí)性。隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化程度的逐漸加深，越來越多的變電站配備了饋線終端單元(feeder terminal unit，F(xiàn)TU)。基于FTU的分布式計(jì)算能力，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)孤島劃分和故障恢復(fù)的分散化、就地化，避免了對(duì)通信線路和控制主站的依賴和與之相伴的高建設(shè)成本，同時(shí)也能并行地運(yùn)行決策算法，提高孤島劃分的快速性和實(shí)時(shí)性。

綜上，本文首先對(duì)含小水電配電網(wǎng)的孤島劃分過程進(jìn)行建模，然后根據(jù)含小水電配電網(wǎng)各區(qū)段潮流分布特性和正時(shí)限特性曲線，提出一種不依賴通信的就地孤島劃分方案，并對(duì)孤島形成后的切機(jī)、切負(fù)荷方案進(jìn)行研究。最后，在PSCAD/EMTDC平臺(tái)上對(duì)所提出的就地孤島劃分策略進(jìn)行仿真與驗(yàn)證。

1 含小水電集群配電網(wǎng)孤島劃分模型

含小水電集群配電網(wǎng)的劃分問題，可以被等效為在盡量降低負(fù)荷切除數(shù)量和保障重要負(fù)荷供電的前提下，盡可能地將孤島系統(tǒng)的頻率、電壓等電氣量維持在額定值附近，以維持孤島系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止系統(tǒng)崩潰。為此，本節(jié)內(nèi)容對(duì)含小水電集群配電網(wǎng)的孤島劃分進(jìn)行建模。

1.1 饋線分段

配電網(wǎng)的孤島可控解列和恢復(fù)重構(gòu)都是以線路中的分段開關(guān)為基本操作單位實(shí)現(xiàn)的[16]，因此在研究含小水電集群配電網(wǎng)孤島劃分策略時(shí)，可以以分段開關(guān)為邊界，將配電網(wǎng)分成幾個(gè)區(qū)段，將孤島劃分問題簡(jiǎn)化為分段開關(guān)的優(yōu)化組合問題。簡(jiǎn)化后，第p個(gè)區(qū)段的負(fù)荷容量PLD,p與電源容量PG,p可分別表示為

(1)

(2)

式(1)、(2)中：PLoad,i為接入?yún)^(qū)段p的第i個(gè)負(fù)荷容量；Pgn,j、Pgs,j分別為接入?yún)^(qū)段p的第j個(gè)小水電集群的額定容量和備用容量；mp、np分別為接入?yún)^(qū)段p的負(fù)荷數(shù)和小水電集群數(shù)。

為了明確各饋線區(qū)段之間的功率平衡關(guān)系，定義饋線區(qū)段p的功率差額

ΔPsum,p=PLD,p-PG,p.

(3)

定義ΔPsum,p≤0的區(qū)段為電源區(qū)段，定義ΔPsum,p>0的區(qū)段為負(fù)荷區(qū)段。通過以分段開關(guān)為邊界劃分故障區(qū)段，可以將孤島劃分的基本單位由節(jié)點(diǎn)變?yōu)轲伨€區(qū)段，大大減少了運(yùn)算對(duì)象的數(shù)目，簡(jiǎn)化了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有利于加快孤島劃分速度。

1.2 劃分目標(biāo)

1.2.1 加權(quán)切除負(fù)荷容量最小目標(biāo)

含小水電集群配電網(wǎng)孤島劃分的主要目標(biāo)是盡可能減少負(fù)荷切除數(shù)量，在必須切除負(fù)荷時(shí)，優(yōu)先切除三級(jí)負(fù)荷，保留一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷。因此，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷重要程度不同為負(fù)荷配置相應(yīng)的權(quán)重。定義加權(quán)負(fù)荷容量

PKLoad=KwPLoad.

(4)

式中：PLoad為負(fù)荷容量；Kw為負(fù)荷重要程度系數(shù)。為了優(yōu)先保證重要負(fù)荷的供電，根據(jù)文獻(xiàn)[17]所述，一般將一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)負(fù)荷的重要程度系數(shù)分別設(shè)為100、10和1。

因此，可定義含小水電集群配電網(wǎng)加權(quán)切除負(fù)荷容量最小目標(biāo)函數(shù)

(5)

式中：Pout為系統(tǒng)總加權(quán)切除負(fù)荷容量；mc為切除負(fù)荷總數(shù)；PKLoad,i為切除的第i個(gè)負(fù)荷的加權(quán)負(fù)荷容量。

1.2.2 頻率偏移不越限目標(biāo)

由于小水電集群大多分布于負(fù)荷較輕的偏遠(yuǎn)山區(qū)，小水電發(fā)出的有功功率難以就地消納，在正常運(yùn)行時(shí)一般通過聯(lián)絡(luò)線將盈余功率饋送到主網(wǎng)[18]。但是，當(dāng)小水電孤島運(yùn)行時(shí)，由于盈余的有功功率無法向外饋送，孤島系統(tǒng)頻率偏移問題比較突出。因此，在進(jìn)行孤島劃分時(shí)應(yīng)保證系統(tǒng)頻率偏移不越限。

(6)

式中：Δf為系統(tǒng)頻率偏差值；mf為孤島系統(tǒng)內(nèi)包含的饋線區(qū)段數(shù)量；Ks為孤島系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)；Δfmax為頻率偏差的最大值，GB/T 15945—2008《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》規(guī)定，孤島系統(tǒng)允許的最大頻率偏差為0.5 Hz，因此一般取Δfmax=0.5 Hz。

2 基于潮流分布特性的含小水電集群配電網(wǎng)就地孤島劃分方法

2.1 反時(shí)限特性曲線

就地型的電力系統(tǒng)保護(hù)裝置和安全自動(dòng)裝置不依賴于通信系統(tǒng)，而是基于本地量測(cè)信息，通過設(shè)置時(shí)間級(jí)差等方式與其他裝置配合，其中最常使用的動(dòng)作配合方式就是基于反時(shí)限特性的動(dòng)作方式。反時(shí)限動(dòng)作的含義是：當(dāng)保護(hù)裝置測(cè)量到的故障量較小時(shí)，保護(hù)延時(shí)動(dòng)作；當(dāng)保護(hù)裝置測(cè)量到的故障量較大時(shí)，保護(hù)加速動(dòng)作。通過這種動(dòng)作方式，可以在嚴(yán)重故障發(fā)生時(shí)更迅速地切除故障區(qū)段，防止故障擴(kuò)大。一種典型的反時(shí)限特性方程[19]為

(7)

式中：t為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；K為反時(shí)限動(dòng)作系數(shù)；x為反時(shí)限特征量；xop為一恒定的啟動(dòng)系數(shù)；α為反時(shí)限曲線形狀系數(shù)；β為反時(shí)限曲線橫向平移系數(shù)；top為反時(shí)限曲線動(dòng)作延時(shí)時(shí)間。

通過選取不同的反時(shí)限特征量x，可以實(shí)現(xiàn)不同的就地保護(hù)策略和就地安全自動(dòng)裝置動(dòng)作策略。

2.2 基于潮流-時(shí)間正時(shí)限特性的開關(guān)動(dòng)作策略

如1.2.2節(jié)所述，為了達(dá)成孤島內(nèi)頻率不越限的劃分目標(biāo)，必須保證孤島系統(tǒng)內(nèi)部有功功率盡可能保持平衡。為了分析系統(tǒng)內(nèi)的功率平衡關(guān)系，需要對(duì)含小水電集群配電網(wǎng)的潮流分布進(jìn)行研究。由于孤島劃分以分段開關(guān)作為最基本的操作單元，為了減少計(jì)算量，可利用1.1節(jié)所述方法對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行分段，將對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析轉(zhuǎn)換為對(duì)饋線區(qū)段之間的潮流分析。

小水電機(jī)組往往采用T接方式直接接入配電網(wǎng)，將饋線分割為許多短線路或超短線路[20]，所以相鄰饋線區(qū)段之間的連接線(即分段開關(guān)所在線路)電氣距離很短，可近似忽略其功率損耗。因此，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)分段開關(guān)的電流近似等于分段開關(guān)下游所有負(fù)荷吸收電流與小水電集群輸出電流之和，取從主網(wǎng)側(cè)到配電網(wǎng)末端作為電流正方向，流經(jīng)分段開關(guān)的電流可近似表示為

(8)

式中：Iij為連接饋線區(qū)段i、j的分段開關(guān)處流過的電流；θ為分段開關(guān)下游負(fù)荷總數(shù)；Iload,p、Pload,p和Uload,p分別為分段開關(guān)下游第p個(gè)負(fù)荷吸收的負(fù)荷電流、負(fù)荷吸收功率和負(fù)荷接入點(diǎn)電壓；σ為分段開關(guān)下游小水電機(jī)組總數(shù)；IGout,q、PGout,q和UGout,q分別為分段開關(guān)下游第q個(gè)小水電的輸出電流、額定功率和公共連接點(diǎn)(point of common coupling，PCC)電壓。

小水電機(jī)組的分布式接入可以為含小水電集群配電網(wǎng)提供電壓支撐，配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓偏移較小，可近似認(rèn)為與額定電壓相等。因此，流經(jīng)分段開關(guān)的電流與分段開關(guān)下游系統(tǒng)的總功率差額近似成正比，即

(9)

式中mu為分段開關(guān)下游饋線區(qū)段總數(shù)。

根據(jù)故障發(fā)生前流經(jīng)分段開關(guān)的電流大小，可以判斷出分段開關(guān)下游系統(tǒng)的功率缺額情況。以故障發(fā)生前流過電流最小的分段開關(guān)作為孤島劃分的解列點(diǎn)，可以保證劃分出的孤島功率缺額最小，從而最大限度減少孤島系統(tǒng)遭遇安全穩(wěn)定性問題的可能。為了在不依賴通信的前提下保證系統(tǒng)在潮流最小的分段開關(guān)處解列，可將式(7)中的反時(shí)限特征量x設(shè)定為Iop/Iij(Iop為啟動(dòng)電流，是常量)，將式(9)轉(zhuǎn)化為正時(shí)限動(dòng)作特性方程

(10)

式中：tI為分段開關(guān)動(dòng)作時(shí)間；KI為潮流-時(shí)間正時(shí)限特性系數(shù)；αI為潮流-時(shí)間正時(shí)限特性曲線形狀系數(shù)；βI為潮流-時(shí)間正時(shí)限特性曲線平移系數(shù)；topI為潮流-時(shí)間正時(shí)限特性曲線動(dòng)作延時(shí)時(shí)間。

為分析動(dòng)作時(shí)間與區(qū)段間潮流的關(guān)系，設(shè)KI=2 s，Iop=1 A，βI=-1，topI=0.02 s，則αI取不同值時(shí)，基于潮流-時(shí)間關(guān)系的正時(shí)限動(dòng)作特性曲線如圖1所示。

圖1 基于潮流-時(shí)間關(guān)系的正時(shí)限動(dòng)作特性曲線

由圖1可以看出：無論形狀系數(shù)αI為何值，流經(jīng)分段開關(guān)潮流的數(shù)值越小，分段開關(guān)動(dòng)作時(shí)間越短；相反，流經(jīng)分段開關(guān)潮流的數(shù)值越大，分段開關(guān)動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。因此，可根據(jù)以上特性設(shè)計(jì)含小水電集群配電網(wǎng)各分段開關(guān)的動(dòng)作流程：

a)當(dāng)分段開關(guān)處的FTU檢測(cè)到由故障點(diǎn)產(chǎn)生的故障信號(hào)量時(shí)，開始進(jìn)入孤島劃分模式。

b)FTU根據(jù)記錄的故障前流經(jīng)分段開關(guān)的潮流值，根據(jù)式(10)所示正時(shí)限動(dòng)作特性，按照潮流從小到大的順序依次控制分段開關(guān)動(dòng)作。

c)當(dāng)FTU檢測(cè)不到故障信號(hào)量時(shí)，判斷故障點(diǎn)已和孤島系統(tǒng)隔離，退出孤島劃分模式，進(jìn)入頻率穩(wěn)定控制模式；若FTU仍然能檢測(cè)到故障信號(hào)量，則繼續(xù)執(zhí)行孤島劃分，直至檢測(cè)不出故障信號(hào)量為止。

2.3 基于頻率變化率的孤島穩(wěn)定性控制方法

2.2節(jié)所述孤島劃分策略可保證生成的孤島系統(tǒng)功率差額盡可能小。為了進(jìn)一步控制孤島頻率穩(wěn)定，應(yīng)在滿足1.2.1節(jié)所述加權(quán)切除負(fù)荷容量最小的劃分目標(biāo)的前提下，對(duì)孤島系統(tǒng)進(jìn)行切機(jī)、切負(fù)荷。

當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電機(jī)輸出有功功率和負(fù)荷吸收有功功率之間存在差值時(shí)，全系統(tǒng)各點(diǎn)的頻率會(huì)同步發(fā)生變化。根據(jù)這一特性，可以設(shè)計(jì)出基于頻率偏差值的孤島系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性控制方法。文獻(xiàn)[21]提出了一種基于系統(tǒng)頻率變化率的切機(jī)方案：當(dāng)系統(tǒng)頻率與整定頻率存在偏差，且系統(tǒng)頻率變化率df/dt>2 Hz/s，執(zhí)行第1輪切機(jī)；當(dāng)df/dt>3 Hz/s時(shí)，執(zhí)行第2輪切機(jī)。因此，可以以孤島頻率變化率|df/dt|>2 Hz/s作為頻率穩(wěn)定性控制的啟動(dòng)條件。

當(dāng)孤島內(nèi)頻率變化率df/dt<-2 Hz/s時(shí)，執(zhí)行切負(fù)荷策略，切負(fù)荷原則應(yīng)按照式(5)所示，首先切除容量較低、重要程度較小的負(fù)荷，盡量避免切除一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷。為了在無通信條件下實(shí)現(xiàn)以上控制目標(biāo)，可將式(9)中的反時(shí)限特征量設(shè)定為故障前加權(quán)負(fù)荷容量的倒數(shù)1/PKLoad，將式(7)轉(zhuǎn)化為加權(quán)負(fù)荷容量-時(shí)間正時(shí)限特性方程

(11)

式中：tL為負(fù)荷切除時(shí)間；KL為加權(quán)負(fù)荷容量-時(shí)間正時(shí)限特性系數(shù)；αL為加權(quán)負(fù)荷容量-時(shí)間正時(shí)限特性曲線形狀系數(shù)；βL為加權(quán)負(fù)荷容量-時(shí)間正時(shí)限特性曲線平移系數(shù)。

當(dāng)孤島內(nèi)頻率變化率df/dt>2 Hz時(shí)，執(zhí)行切機(jī)策略，為了避免切除容量過大使系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力減弱，應(yīng)按照容量從小到大的順序依次切除小水電機(jī)組。為了在無通信條件下實(shí)現(xiàn)以上控制目標(biāo)，可將式(7)中的反時(shí)限特征量設(shè)定為故障前小水電輸出功率的倒數(shù)1/PG，將式(7)轉(zhuǎn)化正時(shí)限特性方程

(12)

式中：tG為小水電機(jī)組切除時(shí)間；KG為小水電容量-時(shí)間正時(shí)限特性系數(shù)；αG為小水電容量-時(shí)間正時(shí)限特性曲線形狀系數(shù)；βG為小水電容量-時(shí)間正時(shí)限特性曲線平移系數(shù)。

基于潮流分布特性的含小水電集群配電網(wǎng)就地孤島劃分流程如圖2所示。

圖2 基于潮流分布特性的含小水電集群配電網(wǎng)就地孤島劃分流程

3 算例分析

為了分析本文所述孤島劃分策略的有效性，在PSCAD/EMTDC平臺(tái)上搭建如圖3所示含小水電集群的IEEE 14節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)模型。系統(tǒng)的線路參數(shù)見文獻(xiàn)[22]，負(fù)荷參數(shù)見表1，在節(jié)點(diǎn)2、5、8、11處接入小水電，接入小水電的容量見表2。設(shè)配電網(wǎng)與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上的點(diǎn)f處發(fā)生三相故障，運(yùn)用本文所述策略對(duì)故障點(diǎn)下游的系統(tǒng)進(jìn)行孤島劃分。

表1 含小水電集群的IEEE 14節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)負(fù)荷參數(shù)

表2 小水電參數(shù)及接入位置

圖3 含小水電集群的IEEE 14節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)模型

故障發(fā)生前，系統(tǒng)中6個(gè)分段開關(guān)中流過電流的有效值見表3。

表3 流經(jīng)分段開關(guān)電流有效值

三相故障發(fā)生后，各分段開關(guān)處FTU根據(jù)式(10)所示正時(shí)限特性控制分段開關(guān)斷開。饋線1上，分段開關(guān)K2-4首先動(dòng)作，分段開關(guān)K1-2隨后動(dòng)作；饋線2上，分段開關(guān)K6-8首先動(dòng)作，分段開關(guān)K1-6隨后動(dòng)作，兩開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)6與節(jié)點(diǎn)7上負(fù)荷因失去供電而被切除；饋線3上，分段開關(guān)K1-11首先動(dòng)作，分段開關(guān)K11-13因檢測(cè)不到故障信號(hào)而退出孤島劃分。通過以上分段開關(guān)動(dòng)作策略，配電網(wǎng)可被劃分為如圖4所示的4個(gè)孤島。

圖4 含小水電集群配電網(wǎng)的孤島劃分結(jié)果

孤島形成后，孤島系統(tǒng)1、2、3、4內(nèi)的初始頻率變化率分別為0.5 Hz/s、1.7 Hz/s、-3.9 Hz/s、-6.4 Hz/s，因此孤島3與孤島4啟動(dòng)孤島頻率穩(wěn)定性控制策略。孤島3中節(jié)點(diǎn)10所接負(fù)荷因加權(quán)負(fù)荷容量最小首先被切除，孤島3內(nèi)頻率變化率降為-0.3 Hz/s，其絕對(duì)值小于2 Hz/s，孤島3退出切機(jī)、切負(fù)荷策略；孤島4中節(jié)點(diǎn)13所接負(fù)荷因加權(quán)負(fù)荷容量最小首先被切除，孤島4內(nèi)頻率變化率變?yōu)?3.9 Hz/s，其絕對(duì)值仍大于2 Hz/s，隨后切除節(jié)點(diǎn)12所接負(fù)荷，孤島4內(nèi)頻率變化率變?yōu)?.1 Hz/s，其絕對(duì)值小于2 Hz/s，孤島4退出切機(jī)、切負(fù)荷策略。最終使用本文所述策略得到的配電網(wǎng)孤島的切除負(fù)荷情況見表4，其中加權(quán)負(fù)荷切除率是切除的加權(quán)負(fù)荷容量與孤島系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)加權(quán)負(fù)荷容量的比值。

表4 各孤島系統(tǒng)的負(fù)荷情況

綜上所述，本次孤島劃分共切除負(fù)荷節(jié)點(diǎn)5個(gè)，切除的加權(quán)負(fù)荷總量為9.3 MW，全系統(tǒng)總加權(quán)負(fù)荷切除率為1.39%。由此可知，本文所述含小水電集群配電網(wǎng)就地孤島劃分策略可以在不依賴通信的前提下，在兼顧負(fù)荷重要性的同時(shí)盡可能減少切除負(fù)荷容量，從而減小配電網(wǎng)故障引發(fā)的停電范圍和經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)束語

小水電集群接入可以為配電網(wǎng)提供一定的有功支撐，配電網(wǎng)故障發(fā)生后，故障點(diǎn)下游線路通過進(jìn)入孤島運(yùn)行的方式減少負(fù)荷切除容量，縮小停電范圍。本文采用一種基于FTU本地信息和正時(shí)限動(dòng)作特性的就地劃分策略，進(jìn)行含小水電集群配電網(wǎng)的孤島劃分。首先，以分段開關(guān)為邊界將小水電微電網(wǎng)分成數(shù)個(gè)饋線區(qū)段，并設(shè)定了加權(quán)切除負(fù)荷容量最小和頻率偏移不越限的劃分目標(biāo)；其次，以各區(qū)段間潮流分布特性為依據(jù)，構(gòu)建了基于正時(shí)限動(dòng)作特性的分段開關(guān)動(dòng)作策略，并根據(jù)頻率變化率構(gòu)建了劃分后孤島微電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性控制策略；最后，在PSCAD/EMTDC上對(duì)本文所述劃分策略進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果證明了所述策略的有效性。

本文所述孤島劃分策略的優(yōu)勢(shì)在于：①孤島劃分所需信息全部來自于本地，利用正時(shí)限特性自主實(shí)現(xiàn)各自動(dòng)裝置的配合，不依賴于通信系統(tǒng)，適用于通常為弱通信的含小水電集群配電網(wǎng)；②以分段開關(guān)為邊界將配電網(wǎng)劃分為饋線區(qū)段，根據(jù)流經(jīng)分段開關(guān)電流判斷饋線區(qū)段功率缺額程度，簡(jiǎn)化了計(jì)算步驟，加快劃分速度；③以孤島內(nèi)頻率變化率作為切機(jī)、切負(fù)荷判斷依據(jù)，確保劃分得到的孤島系統(tǒng)具有較高的頻率穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)頻率崩潰和電壓崩潰。綜上所述，本文所述含小水電配電網(wǎng)孤島劃分策略具有較高的應(yīng)用價(jià)值。