（中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

隨著電力需求及電網(wǎng)穩(wěn)定要求逐年提升，分布式電源（DG）接入系統(tǒng)比例也隨之增高，DG孤島運(yùn)行作為一種特殊模式給中壓配電網(wǎng)帶來新的挑戰(zhàn)。對于已有DG的中壓配電網(wǎng)，在故障發(fā)生時通過合理利用孤島有效地減少停電范圍，以提高系統(tǒng)的可靠性[1]。而如何合理地劃分孤島范圍，使恢復(fù)供電效益最大，則是提高故障情況下系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵問題。

1 孤島劃分概念

孤島運(yùn)行相對于主系統(tǒng)供電而言是一種獨(dú)立供電方式，但孤島不等于孤島運(yùn)行。從運(yùn)行模式上來可分為非計(jì)劃孤島運(yùn)行和計(jì)劃孤島運(yùn)行，非計(jì)劃孤島運(yùn)行因是非規(guī)劃運(yùn)行方式，本身存在眾多未知因素，出現(xiàn)影響系統(tǒng)電能質(zhì)量、威脅運(yùn)行操作人員的安全、系統(tǒng)安全性等，因此鼓勵用戶和供電方通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)計(jì)劃孤島運(yùn)行，以達(dá)到故障修復(fù)期內(nèi)最大限度利用分布式電源減少停電損失的目的，提高系統(tǒng)供電可靠性。

2 孤島劃分策略

將輻射狀配電網(wǎng)各供電路徑看成是以電源點(diǎn)為根，以負(fù)荷點(diǎn)、開關(guān)為葉的一個樹模型，整個網(wǎng)絡(luò)則可以看成由這些樹構(gòu)成的森林，而孤島劃分問題可以看成是一個建立在樹形結(jié)構(gòu)上的類背包問題[2]。但每個放入“背包”的物品之間不是相對獨(dú)立的，是需要滿足連通約束，即當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)融入到連通樹中則該節(jié)點(diǎn)至根節(jié)點(diǎn)上所有節(jié)點(diǎn)都將被融入樹中。

孤島劃分最優(yōu)問題就是滿足約束條件下尋找目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化[3]。本文采用“搜索+校驗(yàn)”的思路進(jìn)行分析求解，建立以DG節(jié)點(diǎn)為根的最優(yōu)連通樹模型，接著通過調(diào)整措施，結(jié)合約束條件實(shí)現(xiàn)孤島合理劃分，保證孤島的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 孤島劃分模型

在系統(tǒng)故障發(fā)生且有效隔離故障區(qū)域之后，通過孤島劃分發(fā)揮DG供電能力，使盡可能多的受影響用戶供電恢復(fù)，滿足各類安全約束基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)缺供電量最小，供電效益最大。目標(biāo)函數(shù)如式1。

式中：G表示電源接入節(jié)點(diǎn)集，每個節(jié)點(diǎn)用g表示；Vi表示第i個孤島所包含的節(jié)點(diǎn)集；cv表示節(jié)點(diǎn)v的等值負(fù)荷；xv表示負(fù)荷節(jié)點(diǎn)v是否被融入孤島，xv=1表示v被融入，反之xv=0；lv，g表示連接節(jié)點(diǎn)v和g的支路；Pg和Pv表示節(jié)點(diǎn)g和v的節(jié)點(diǎn)功率。

4 孤島劃分流程

假設(shè)故障區(qū)域已知，開關(guān)設(shè)備100%可靠動作隔離故障，且故障下游配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已知。根據(jù)故障隔離后系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算出鄰接矩陣和關(guān)聯(lián)矩陣，并去掉零負(fù)荷接點(diǎn)以簡化系統(tǒng)。孤獨(dú)劃分流程如圖1所示。

5 算例分析

本文采用美國PG&E69節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析，如圖2所示。圖中節(jié)點(diǎn)下方數(shù)字表示各節(jié)點(diǎn)所接有功負(fù)荷值，白色細(xì)邊的圓點(diǎn)表示該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷為一級負(fù)荷，黑色圓點(diǎn)表示該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷為二級負(fù)荷，白色粗邊圓點(diǎn)表示該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷為三級負(fù)荷。

為簡化分析，假設(shè)在原系統(tǒng)5、19、36、52四個節(jié)點(diǎn)處接入分布式電源，各DG的平均輸出功率為50 kW、250 kW、400 kW、1300 kW。表1給出系統(tǒng)各負(fù)荷的優(yōu)先級，并設(shè)一級、二級、三級負(fù)荷的權(quán)重值分別取100、10、1，表2列出各負(fù)荷的可控程度。

當(dāng)4-5之間的線路發(fā)生三相接地故障，故障切除后系統(tǒng)分為兩部分，利用上訴孤島劃分方法形成以52節(jié)點(diǎn)為根的孤島G1的最優(yōu)連通樹，標(biāo)記DG4；以19節(jié)點(diǎn)為根的孤島G2的最優(yōu)連通樹，標(biāo)記DG3；以5節(jié)點(diǎn)為根的孤島G3的最有連通樹，標(biāo)記DG2，如圖3所示。

表1 負(fù)荷優(yōu)先級

表2 負(fù)荷的可控程度

分別用S1、S2、S3表示各孤島融合后的節(jié)點(diǎn)，判斷各孤島剩余功率是否為零，不為零時考慮將孤島剩余功率功率分配給等級較高且可控程度較高的鄰接節(jié)點(diǎn)負(fù)荷。將G1剩余功率給53節(jié)點(diǎn)負(fù)荷供電，G2剩余功率給21節(jié)點(diǎn)負(fù)荷供電，G3剩余功率給48節(jié)點(diǎn)供電，三個孤島內(nèi)的剩余功率均為零，初始孤島建立完成，如圖4所示。

初始孤島形成后，搜索與孤島內(nèi)、外節(jié)點(diǎn)直聯(lián)支路，斷開該支路分離孤島，如圖5。

表3 各孤島內(nèi)節(jié)點(diǎn)電壓分布情況

應(yīng)用基于分層理論的前推回代潮流計(jì)算方法計(jì)算潮流，檢驗(yàn)孤島內(nèi)是否存在電壓越限現(xiàn)象。計(jì)及功率損耗后，各孤島的剩余功率為0.0357 kW、0.022 kW、0.00914 kW，節(jié)點(diǎn)電壓如表3所示。由表3可知，節(jié)點(diǎn)電壓均在允許值以內(nèi)，則最終孤島劃分形成。

DG孤島運(yùn)行后，恢復(fù)供電總電量為1943.69 kW，所有一級負(fù)荷都得到供電，76.68%的二級負(fù)荷得到供電，34.89%的三級負(fù)荷得到供電。

6 總結(jié)

故障情況下合理的孤島劃分，以DG接入節(jié)點(diǎn)為根，搜索所有可行的通路形成連通樹，最后將具有最大等值負(fù)荷的連通樹設(shè)為初始孤島方案；應(yīng)用基于分層理論的潮流計(jì)算方法，判斷孤島內(nèi)電壓是否越限、功率是否平衡，得到最后的孤島劃分方案，讓系統(tǒng)中的大部分重要負(fù)荷得到恢復(fù)供電。合理利用孤島更符合電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際需求，更具實(shí)際意義。