多微網(wǎng)配電系統(tǒng)的分層孤島運行及保護(hù)控制.pdf

1、地球資源的日漸衰竭、人們對環(huán)境的廣泛關(guān)注、大電網(wǎng)自身存在的種種缺陷以及全球范圍內(nèi)正在進(jìn)行的電力市場化改革，使得分布式發(fā)電(Distributed Generation，DG)技術(shù)得到迅速發(fā)展。隨著分布式電源在配電網(wǎng)中所占的比重越來越高，現(xiàn)有的防孤島保護(hù)暴露出一些不足，如不能充分利用DG的發(fā)電能力、易引起共模跳閘、增加對系統(tǒng)備用的要求等。微網(wǎng)和自啟動孤島等計劃孤島作為一種可以充分利用DG發(fā)電能力、提高系統(tǒng)供電可靠性的重要運行方式，得到了人

2、們越來越多的關(guān)注。 本文的主要研究對象是包含高比重分布式電源的配電網(wǎng)，即包含多個分布式發(fā)電孤島的多微網(wǎng)配電系統(tǒng)。系統(tǒng)中接入了大量的DG和微網(wǎng)后，就可以不再局限于只利用單用戶孤島的效能，還可將多個DG、負(fù)荷及微網(wǎng)組合成多用戶孤島，從而將這種有益的孤島效應(yīng)進(jìn)一步擴大，充分發(fā)掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價值和效益。由于孤島的組合具有不確定性、多樣化的特點，在這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)中，不僅要考慮單個微網(wǎng)的運行方式，還要研究如何確定組合孤

3、島的范圍、孤島的運行方式、多分布式電源和多微網(wǎng)的共同作用及相互影響?，F(xiàn)有的配電網(wǎng)保護(hù)和控制方式應(yīng)當(dāng)予以改進(jìn)，來適應(yīng)多分布式電源的并網(wǎng)和孤島運行，從而充分發(fā)揮分布式電源的積極作用，提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量和安全可靠性。 首先對分布式發(fā)電的各種并網(wǎng)運行方式進(jìn)行了可靠性評估。推導(dǎo)出用于評估DG并網(wǎng)運行方式對供電可靠性影響的數(shù)學(xué)模型和SAIFI-Island曲線，計算并對比了DG在重合閘、防孤島保護(hù)、孤島運行等不同運行方式下的供電可靠性指標(biāo)。

4、分析結(jié)果表明，與重合閘相結(jié)合的計劃孤島模式能較好地改善供電可靠性。在供電可靠性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)功率平衡原則、產(chǎn)權(quán)關(guān)系和電氣分布，定義了單元孤島和組合孤島，提出了多微網(wǎng)配電系統(tǒng)分層孤島運行的概念。分層孤島運行主要指兩個層次的孤島運行，解列時，先解列為組合孤島，若無法形成組合孤島或組合孤島無法穩(wěn)定運行，則進(jìn)一步解列為單元孤島，并利用重合閘恢復(fù)失電負(fù)荷；恢復(fù)時，先在組合孤島解列點處檢同期并網(wǎng)，若無法同期，則進(jìn)一步解列為單元孤島，利用重合閘恢

5、復(fù)失電負(fù)荷，然后在單元孤島的解列點處檢同期并網(wǎng)。分層孤島運行的優(yōu)點在于：(1)采用解列形成孤島的形式，孤島外的負(fù)荷利用重合閘恢復(fù)，實現(xiàn)孤島模式與并網(wǎng)模式間的無縫轉(zhuǎn)換。(2)在運行過程中，綜合利用孤島運行和重合閘來提高孤島內(nèi)負(fù)荷的供電可靠性，其效果不依賴于孤島運行的成功率。(3)形成的組合孤島是最大范圍的孤島運行，充分利用了DG的發(fā)電能力。單元孤島的劃分比較簡單，而組合孤島則具有多樣性和不確定性，其劃分的策略空間隨著系統(tǒng)的規(guī)模指數(shù)級增長，

6、求解極其困難。根據(jù)配電網(wǎng)輻射狀結(jié)構(gòu)及自上而下進(jìn)行故障恢復(fù)的特點，在組合孤島的搜索問題中加入了在配電網(wǎng)末端形成孤島的約束，提出利用具有層次特性的根樹對組合孤島劃分問題建模。利用根樹自上而下的層次結(jié)構(gòu)模擬輻射狀配電網(wǎng)故障恢復(fù)的順序，也可以模擬斷路器從系統(tǒng)側(cè)依次斷開、尋找功率平衡區(qū)域的過程。在規(guī)劃階段和在線決策時，分別利用節(jié)點賦權(quán)根樹和邊賦權(quán)根樹進(jìn)行深度優(yōu)先搜索，確定多用戶孤島的范圍。加入了層次和搜索方向等啟發(fā)式信息后，搜索的復(fù)雜度由指數(shù)級減

7、小為線性級，DG孤島搜索從NP_hard問題轉(zhuǎn)化成P類問題?；谟懈鶚涞姆植际桨l(fā)電孤島搜索方法的主要特點有：(1)在配電網(wǎng)末端形成孤島，可與重合閘結(jié)合使用，提高供電可靠性，也便于故障恢復(fù)。(2)在非故障區(qū)域內(nèi)形成最大范圍的孤島運行，減小停電面積。(3)算法具有線性復(fù)雜度，適用于實時決策。 多微網(wǎng)配電系統(tǒng)的保護(hù)策略需要適應(yīng)并網(wǎng)運行、組合孤島運行、單元孤島運行等不同模式，涵蓋孤島內(nèi)外的各種電氣元件。為此，將擴展縱聯(lián)比較原理和MAS結(jié)

8、構(gòu)應(yīng)用于多微網(wǎng)配電系統(tǒng)，提出了三層次的多微網(wǎng)配電系統(tǒng)保護(hù)策略。第一個層次即本地保護(hù)，保護(hù)Agent完全基于本地信息量，完成傳統(tǒng)保護(hù)功能。第二個層次即區(qū)域保護(hù)，局部范圍內(nèi)的保護(hù)Agent采用完全分布式的模式交換信息，在快速主保護(hù)和后備保護(hù)區(qū)域內(nèi)應(yīng)用方向縱聯(lián)比較原理?？焖僦鞅Ｗo(hù)中，保護(hù)Agent只與其相鄰的保護(hù)Agent交換信息，完成自身所在元件的主保護(hù)。區(qū)域后備保護(hù)在快速主保護(hù)無法判斷故障區(qū)域時啟動，范圍覆蓋相鄰Agent所在的元件，其選

9、擇性依靠廣域信息來保證，可以較好地解決信息缺失和弱饋側(cè)保護(hù)的問題。第三個層次，由中心單元收集各保護(hù)Agent的動作信息，來完成集中式的全局后備保護(hù)。三層次保護(hù)策略的特點主要包括：(1)保護(hù)定值和保護(hù)特性均與配電網(wǎng)運行方式、被保護(hù)元件在孤島內(nèi)外、孤島并網(wǎng)與否無關(guān)，能很好地適應(yīng)并網(wǎng)模式和孤島模式下配電網(wǎng)線路、母線和變壓器等元件的保護(hù)，實現(xiàn)并網(wǎng)模式與孤島模式間的無縫轉(zhuǎn)換。(2)可以較好地解決DG側(cè)的弱饋保護(hù)問題。(3)具有退化功能、本地后備和

10、全局后備，可以較好地解決信息缺失和IED故障問題。提出了一種實現(xiàn)分層孤島運行的分層分布式控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的層次對應(yīng)于孤島運行的層次，第一層是cell層，包括DG和負(fù)荷控制單元及單元孤島控制單元CMGA；第二層是組合孤島控制單元AICA；第三層為配電網(wǎng)調(diào)度中心DNO。CMGA控制單元微網(wǎng)的運行，AICA控制組合孤島的運行，DNO則管理下級所有的CMGA和AICA單元。各控制Agent通過高速通信系統(tǒng)交換信息，完成如下功能：(1)分層孤島

11、解列。(2)實時減載。充分利用配電網(wǎng)中DG孤島的特點，通過監(jiān)測并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)態(tài)功率變化計算孤島內(nèi)的功率不平衡，實現(xiàn)實時減載，使孤島盡快達(dá)到穩(wěn)定運行。(3)再同步與重合閘等功能。將再同步與重合閘相結(jié)合，實現(xiàn)失電負(fù)荷的快速自動恢復(fù)。為了保證控制系統(tǒng)的可靠性，上述功能均采用兩種模式實現(xiàn)。一種是集中式?jīng)Q策，由中央控制單元DNO綜合全局信息做出判斷，并下發(fā)各本地控制Agent執(zhí)行；另一種是就地決策，即孤島的控制單元CMGA和AICA根據(jù)本地的信息

12、量做出判斷，并上報中央控制單元DNO，若延時等待得不到DNO的反饋時，根據(jù)就地決策的結(jié)果采取措施。 開發(fā)了分布式發(fā)電并網(wǎng)評估專家系統(tǒng)——“分散電源并網(wǎng)輔助決策系統(tǒng)DSSDP”。DSSDP基于實際系統(tǒng)的仿真結(jié)果，將分布式電源并網(wǎng)的各項指標(biāo)量化，在統(tǒng)一的仿真數(shù)據(jù)庫及決策數(shù)據(jù)庫平臺上，對DG并網(wǎng)對系統(tǒng)的各種影響進(jìn)行分析評估，實現(xiàn)并網(wǎng)點選擇、設(shè)備校驗、保護(hù)選配等功能。DSSDP采用了專家系統(tǒng)的設(shè)計思想，利用規(guī)則推理和事例推理來完成保護(hù)整