一种反孤岛保护下的含分布式电源配电网故障恢复方法与流程

1.本发明涉及配电网故障恢复领域，特别是一种反孤岛保护下的含分布式电源配电网故障恢复方法。


背景技术：

2.配电网作为连接用户和发电部分的“最后一公里”，在电网运行过程中起着十分重要的作用。配电网供电中断会给人民生活带来不便，甚至还可能导致社会发生动乱。因此，研究快速有效的配电网故障恢复策略可以减少用户的停电时间，降低停电给国民生产带来的巨大损失，提高供电可靠性和配电网的运行效率。
3.为避免形成非计划孤岛，分布式电源(distributed generation，dg)一般配备反孤岛保护功能，即故障后必须解列故障区段所在馈线上的全部分布式电源，在控制分布式电源解列后，采用一定的策略将非故障停电区域转移到其他正常运行的联络馈线恢复其供电。对于联络馈线无法支撑全部失电负荷的供电的情况，一般采用甩掉部分非故障停电区域负荷的方法。
4.然而，被甩负荷在故障维修期间无法恢复供电，供电可靠性难以获得保障。同时，在非故障停电区域接入到其他馈线后，也没有考虑该区域内dg投入运行可以恢复部分被甩负荷，无法充分发挥分布式电源对本地负荷的支撑作用。


技术实现要素：

5.为克服上述现有故障恢复方法的不足，本发明提供一种反孤岛保护下的含分布式电源配电网故障恢复方法，非故障停电区域实现负荷转供后，利用解列的分布式电源重新并网出现的功率冗余更充分地实现配电网故障恢复，以最大化地发挥分布式电源对本地负荷的支撑作用，满足非故障停电区域快速可靠恢复的工程要求。
6.本发明采用的技术方案为：一种反孤岛保护下的含分布式电源配电网的故障恢复方法，其包括步骤：
7.1)配电网某馈线区域主干线发生永久性故障后，该馈线变压器出口断路器检测到过流并跳闸，在反孤岛保护要求下，故障区段所在馈线的分布式电源全部脱网；完成故障隔离后，变压器出口断路器重合闸实现故障区段上游失电区域的故障恢复，此时形成的非故障停电区域为故障区段下游失电区域，即故障区段的下游开关到该馈线区域联络开关之间的区域；根据故障前状态计算非故障停电区域的失电负荷总量，记为p
ld∑
；
8.2)从故障区段下游开关开始向下游搜索存在转供路径的联络馈线，计算各联络馈线的有功备用容量pm，将所有联络馈线按照pm值从大到小放入联络馈线集合cm中；
9.3)在集合cm中选取有功备用容量pm≥p
ld∑
的馈线，放入集合sm中，并按pm值由大到小排列；若sm不为空集，转步骤4)；若sm为空集，转步骤5)；
10.4)选取集合sm中第一条联络馈线，根据将非故障停电区域接入该联络馈线的供电路径，调用潮流计算程序进行电流约束校验和电压约束校验；
11.若校验通过，生成操作方案，转步骤10)；
12.若校验不通过，将该联络馈线从集合sm中删除，然后选取删除上述联络馈线后得到的集合sm中的第一条联络馈线，重复该步骤，直至集合sm为空集，转步骤5)；
13.5)非故障停电区域无法通过单条联络馈线完成恢复，使用两条联络馈线进行恢复；若集合cm只有一条联络馈线，转步骤9)，否则转步骤6)；
14.6)按集合cm内元素的顺序，依次从集合cm中选取两条满足p
m1
p
m2
≥p
ld∑
的馈线组合，若没有，转步骤9)，p
m1
为一条联络馈线的有功备用容量，p
m2
为另一条联络馈线的有功备用容量；
15.否则在两条联络馈线对应的联络开关之间选择一分段开关，该分段开关将非故障停电区域划分为两部分，并使这两部分的负荷量之比与这两条联络馈线的有功备用容量之比的差值绝对值最小；
16.根据非故障停电区域被该分段开关划分成的两部分分别接入对应联络馈线的供电路径，调用潮流计算程序分别进行电流校验和电压校验；若校验通过，生成恢复方案，转步骤10)；若两条馈线均校验不通过，转步骤8)；若只有一条馈线校验不通过，转步骤7)；
17.7)当前分段开关断开不能满足约束条件，然后沿着该分段开关往校验不满足条件的联络馈线方向搜索，选择其下游的第一个分段开关，根据断开该分段开关将非故障停电区域隔离为两部分，且两部分分别接入对应联络馈线的供电路径，再次进行潮流计算。若满足电压和电流的约束条件，生成恢复方案，转步骤10)；若校验不通过，重复该步骤，直至搜索至校验越限的联络开关，转步骤8)；
18.8)按顺序选取集合cm中下一对联络馈线组合，重复步骤6)，直至集合cm中所有满足容量条件的两馈线组合都选取完毕，若均无法满足约束校验则转步骤9)；
19.9)甩负荷，直至得到能通过校验的方案；
20.10)生成操作方案、输出开关操作以及甩负荷的方案，并按照该方案进行操作；此时，部分非故障停电区域已经接入电网中，调度中心发出指令将这部分非故障停电区域的分布式电源并网；若生成的操作方案中不涉及甩负荷，则故障恢复过程到此结束，非故障停电区域的全部失电负荷均已恢复供电；若执行了甩负荷的操作，则转步骤11)；
21.11)上传电流、电压和发电量信息；
22.根据步骤10)操作完成后形成的供电路径上增加待恢复负荷集hd中负荷的网络结构，调用潮流计算程序进行电流校验和电压校验；若满足则上述负荷可恢复；若不满足电压电流约束，则将待恢复负荷集hd中的元素从末位开始逐个删除，重复潮流计算进行电压电流校验，直到满足约束条件；最后待恢复负荷集hd中的负荷全部是分布式电源并网后可额外恢复的负荷，将这部分负荷投入运行，故障恢复过程结束。
23.由于目前我国配电网的网架结构依然以“手拉手”环网和多分段多联络形式为主，馈线之间的联系并不十分紧密，大多数区域的联络馈线数量非常有限，以1条或2条为主，所以在选择恢复方案时实际可考虑的联络馈线并不多。另一方面，出于调度运行安全性和运行方式管理的需要，事实上也不可能为了处理单一故障而进行大范围的倒供操作，因此本发明主要考虑依靠非故障停电区域的一条或两条联络馈线实现转供。
24.本发明在反孤岛保护下故障区段所在馈线dg全部脱网的前提下，首先逐步搜索可以支撑非故障停电区域的联络馈线，若所有可能方案均无法支撑全部失电负荷的供电，则
根据负荷的重要程度生成甩负荷方案；按照生成的开关操作和甩负荷方案执行后，将可以接入电网的分布式电源并网，此时供电路径中出现功率冗余，根据被甩负荷的重要程度将部分被甩负荷投入运行。
25.进一步地，联络馈线的有功备用容量pm计算方法如下：
26.计算某联络馈线的有功备用容量，则由该联络馈线对应的联络开关向该馈线的电源点搜索，记录联络开关到电源点的所有线路；设路径上有n段线路，则该联络馈线区域内各段线路在本区域正常运行的情况下所能额外允许的电流最小值im为：
[0027][0028]
式中，ii为第i段线路正常运行时的电流有效值，由各段线路具有“遥测”功能的开关实时测得；为第i段线路的载流量；
[0029]
将各段线路所能额外允许的电流最小值转化为功率，就是该联络馈线有功备用容量pm：
[0030][0031]
式中，un为额定电压；cosθ为该馈线区域的平均功率因数，由该馈线区域所连负荷决定。
[0032]
更进一步地，线路的载流量与导线的布置方式、环境温度及绝缘材料有关。
[0033]
进一步地，步骤4)中，电流约束校验需满足的条件为：
[0034][0035]
式中：ii为供电路径上线路i实际流过的电流有效值；为线路i的载流量。
[0036]
进一步地，步骤4)中，电压约束校验需满足的条件为：
[0037][0038]
式中：代表供电路径上各节点电压，u
imin
和u
imax
分别代表节点电压的下限和上限。
[0039]
进一步地，步骤9)的具体内容如下：将非故障停电区域的负荷，按照三级负荷、二级负荷、一级负荷的顺序，其中每一级负荷中按照功率从大到小的顺序依次切除，重新计算非故障停电区域的失电负荷总量p
ld∑
，然后转步骤3)，直至得到能通过校验的方案。
[0040]
进一步地，设步骤10)中m个分布式电源已并网，上传得到各分布式电源的发电量，但因分布式电源发电具有波动性，引入安全裕度系数m。
[0041]
更进一步地，所述的安全裕度系数m采用以下公式计算：
[0042][0043]
式中，p
l
表示并网分布式电源可额外支撑的最大负荷量，m
dgi
表示分布式电源dgi的安全裕度系数；p
dgi
表示故障前分布式电源dgi的出力。
[0044]
再进一步地，所述的安全裕度系数m取值遵循以下原则：设某馈线区域发生永久性故障，该馈线区域相同类型永久性故障的平均维修时间为h，此次故障发生时刻为t0；根据以往一天中t0～t0 h时间段内该馈线区域各分布式电源出力的波动曲线，m为波动曲线中最
低点出力与t0时刻出力的比值，m≤1。
[0045]
进一步地，步骤11)中，待恢复负荷集hd的形成过程如下：
[0046]
将被甩负荷按重要性从高到低和重要程度相同按负荷量从低到高排列放入恢复负荷集ld中，将该集合中的负荷从第一位开始累加，直到满足下式：
[0047][0048]
将恢复负荷集ld中1～α个负荷放入待恢复负荷集hd中；
[0049]
式中，p
l
为并网分布式电源可额外支撑的最大负荷量；p
ldj
表示负荷ldj故障前消耗的功率；α表示恢复负荷集ld中前α个负荷可放入待恢复负荷集hd。
[0050]
本发明具有的有益效果如下：
[0051]
1.能充分发挥分布式电源对本地负荷的支撑作用，最大程度地恢复失电负荷，提高含分布式电源配电网的供电可靠性。
[0052]
2.若不能满足全部失电负荷的供电恢复，优先保障重要负荷，符合实际工程需求。
[0053]
3.原理简单，联络馈线搜索时间短，操作方案生成效率高。
附图说明
[0054]
图1为本发明具体实施方式中含分布式电源配电网多馈线结构示意图(图中，cb为变电站出口断路器，fsw为分段开关，qsw为分支开关，lsw为联络开关，ksw为dg并网开关)；
[0055]
图2为本发明反孤岛保护下的含分布式电源配电网故障恢复方法流程图。
具体实施方式
[0056]
下面结合说明书附图和具体实施方式，来详细说明本发明的技术方案。
[0057]
本发明为一种反孤岛保护下的含分布式电源配电网的故障恢复方法，其步骤如下：
[0058]
(1)含分布式电源配电网多馈线结构如图1所示，每个馈线区域有1条或2条联络馈线，图中所有开关均具有“三遥”功能，除联络开关(lsw)外其余开关正常运行时均处于合闸状态，lsw1与lsw2处于分闸状态将该配网分为三个馈线区域。当某馈线区域发生故障，该馈线变压器出口断路器(cb)检测到过流无延时跳闸，在反孤岛保护要求下，故障区段所在馈线的分布式电源全部脱网。完成故障隔离后，变压器出口断路器重合闸实现故障区段上游失电区域的故障恢复，此时形成的非故障停电区域为故障区段下游失电区域，即故障区段的下游开关到该馈线区域联络开关之间的区域。根据故障前状态计算非故障停电区域的失电负荷总量，记为p
ld∑
。
[0059]
(2)从故障区段下游开关开始向下游搜索存在转供路径的联络馈线，计算各联络馈线的有功备用容量pm，将所有联络馈线按照pm值从大到小放入联络馈线集合cm中。
[0060]
联络馈线的有功备用容量pm计算方法如下：
[0061]
计算某联络馈线的有功备用容量，则由该联络馈线对应的联络开关向该馈线的电源点搜索，记录联络开关到电源点的所有线路。设路径上有n段线路，则该联络馈线区域内各段线路在本区域正常运行的情况下所能额外允许的电流最小值im为：
[0062][0063]
式中，ii为第i段线路正常运行时的电流有效值，由各段线路具有“遥测”功能的分段开关或变电站出口断路器实时测得；为第i段线路的载流量，与导线的布置方式、环境温度及绝缘材料等有关。
[0064]
将各段线路所能额外允许的电流最小值转化为功率，就是该联络馈线有功备用容量pm：
[0065][0066]
式中，配电网正常运行时各节点电压几乎等于额定电压，因此计算时电压取额定电压un；cosθ为该馈线区域的平均功率因数，由该区域所连负荷决定。
[0067]
(3)在集合cm中选取有功备用容量pm不小于非故障停电区域失电负荷总量p
ld∑
的馈线，放入集合sm中，并按pm值由大到小排列。若sm不为空集，转步骤(4)，若sm为空集，转步骤(5)。
[0068]
(4)选取集合sm中第一条联络馈线，根据将非故障停电区域接入该联络馈线的供电路径，调用潮流计算程序进行电流约束校验和电压约束校验，校验需满足的条件如下：
[0069]
a)电流约束：
[0070][0071]
式中：ii为线路i上实际流过的电流有效值；为线路i的载流量；
[0072]
b)电压约束：
[0073][0074]
式中：代表节点电压，u
imin
和u
imax
分别代表节点电压的下限和上限。根据gb/t12325-2008《电能质量供电电压允许偏差》的规定，35kv及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10％；20千伏及以下三相供电电压偏差为标称电压的
±
7％。
[0075]
若校验通过，生成操作方案，转步骤(10)；若校验不通过，将该联络馈线从集合sm中删除，然后选取新集合sm中的第一条联络馈线，重复该步骤，直至集合sm为空集，转步骤(5)。
[0076]
(5)非故障停电区域无法通过单条联络馈线完成恢复，考虑使用两条联络馈线进行恢复。若集合cm只有一条馈线，转步骤(9)，否则转步骤(6)。
[0077]
(6)按集合cm内元素的顺序，依次从集合cm中选取两条满足p
m1
p
m2
≥p
ld∑
的馈线组合，若没有，转步骤(9)；否则在两条馈线对应的联络开关之间选择一分段开关，该分段开关将非故障停电区域划分为两部分，并使这两部分的负荷量之比与这两条联络馈线的pm之比的差值绝对值最小。根据非故障停电区域被该分段开关划分成的两部分分别接入对应联络馈线的供电路径，调用潮流计算程序分别进行电流校验和电压校验。若校验通过，生成恢复方案，转步骤(10)；若两条馈线均校验不通过，转步骤(8)；若只有一条馈线校验不通过，转步骤(7)。
[0078]
(7)当前分段开关断开不能满足约束条件，然后沿着该开关往校验不满足条件的联络馈线方向搜索，选择其下游的第一个分段开关，根据断开该分段开关将非故障停电区
域隔离为两部分，且两部分分别接入对应联络馈线的供电路径，再次进行潮流计算。若满足电压和电流的约束条件，生成恢复方案，转步骤(10)；若校验不通过，重复该步骤，直至搜索至校验越限的联络开关，转步骤(8)。
[0079]
(8)按顺序选取集合cm中下一对联络馈线组合，重复步骤(6)，直至集合cm中所有满足容量条件的两馈线组合都考虑完毕，若均无法满足约束校验则转步骤(9)。
[0080]
(9)甩负荷。将非故障停电区域的负荷，按照三级负荷、二级负荷、一级负荷的顺序，其中每一级负荷中按照功率从大到小的顺序依次切除，重新计算非故障停电区域的失电负荷总量p
ld∑
，然后转步骤(3)，直至得到能通过校验的方案。
[0081]
(10)生成操作方案，输出开关操作以及甩负荷的方案，并按照该方案进行操作。此时，部分非故障停电区域已经接入电网中，该区域的分布式电源可以并网，调度中心发出指令将这部分分布式电源并网。若生成的操作方案中不涉及甩负荷，则故障恢复过程到此结束，非故障停电区域的全部失电负荷均已恢复供电；若执行了甩负荷的操作，则转步骤(11)。
[0082]
(11)根据gb/t33593-2017《分布式电源并网技术要求》，分布式电源调度自动化及电能量采集信息要求上传电流、电压和发电量信息。设步骤(10)中m个分布式电源已并网，上传得到各分布式电源的发电量，但因分布式电源发电具有波动性，因此引入安全裕度系数m：
[0083][0084]
式中，p
l
表示并网分布式电源可额外支撑的最大负荷量，m
dgi
表示分布式电源dgi的安全裕度系数，p
dgi
表示故障前分布式电源的出力，m为安全裕度系数，取值遵循以下原则：设某馈线区域发生某种永久性故障，该馈线区域相同类型永久性故障的平均维修时间为h，此次故障发生时刻为t0；根据以往一天中t0～t0 h时间段内该馈线区域各分布式电源出力的波动曲线，m为波动曲线中最低点出力与t0时刻出力的比值，m≤1。
[0085]
将被甩负荷按重要性从高到低，重要程度相同按负荷量从低到高排列放入恢复负荷集ld中，将该集合中的负荷从第一位开始累加，直到满足下式：
[0086][0087]
式中，p
l
为并网分布式电源可额外支撑的最大负荷量；p
ldj
表示负荷ldj故障前消耗的功率；α表示恢复负荷集ld中前α个负荷可放入待恢复负荷集hd。
[0088]
将恢复负荷集ld中1～α个负荷放入待恢复负荷集hd中。根据步骤(10)操作完成后形成的供电路径上增加hd中负荷的结构，调用潮流计算程序进行电流校验和电压校验。若满足则上述负荷可以恢复；若不满足电压电流约束，则将待恢复负荷集hd中的元素从末位开始逐个删除，重复潮流计算进行电压电流校验，直到满足约束条件。最后待恢复负荷集hd中的负荷是分布式电源并网后可以额外恢复的负荷，将这部分负荷投入运行，故障恢复过程结束。该方法完整的流程见图2。
[0089]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：对本
发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。