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高渗透率分布式电源配电网下基于发电功率的孤岛划分策略

2020-09-10朱俊瑞冯凯滨余勇

交通科技与管理 2020年4期
关键词:分布式电源

朱俊瑞 冯凯滨 余勇

摘 要:高渗透率分布式电源下配电网发生故障后,孤岛运行可以保证非故障区失电负荷的可靠供电,制定合理有效的孤岛划分方案是实现孤岛运行的关键。对仅包含风、光等间歇性电源和储能装置的配电网,在故障发生后,通过计算故障停电时间中各个时间段的多个电能参数,考虑储能约束的划分准则,寻找重要负荷和一般负荷,通过对负荷的控制保证整个孤岛的功率动态平衡,提出了高渗透率分布式电源配电网下基于发电功率预测的孤岛划分策略,该策略既能保证故障期间重要负荷的持续稳定供电,又能更多的恢复其它负荷,实现恢复供电收益最大。

关键词:高渗透率;分布式电源;孤岛运行

中图分类号:TM611 文献标识码:A

0 引言

进入新世纪以来,随着风力、光伏等分布式发电技术的日益成熟和电网的大力发展,大量分布式电源(distributed generator,DG)接入了配电网中[1]。由于DG具有独立的供电能力,在配电网故障发生后,可以以孤岛运行为非故障区域负荷进行供电[2-3]。

如何高效、准确的进行孤岛划分,国内外学者已有深入研究。文献[4]基于图论中的树背包问题,建立了基于二进制编码和分支定界的算法,提出以“搜索+调整”的两步策略求解孤岛区域。文献[2]在考虑了DG及负荷需求不确定性下实现配电网孤岛划分,是基于树背包理论的随机最优划分,并采用随机最优潮流二次调整。文献[5]提出一种基于分光荷功率曲线,考虑孤岛控制方式以及多时间段的动态有源配电网孤岛划分策略。

对高渗透率分布式电源下的配电网,本文以保证重要负荷的持续稳定供电的基础下,更多的恢复一般负荷为目标,综合考虑了各时段下DG的发电功率、储能的最大储能功率、储能的最大输出功率以及储能的最大输入功率等相关因素,提出了一种高渗透率分布式电源配电网下基于发电功率预测的孤岛划分策略。在故障发生后,通过计算故障停电时间中各个时间段的多个电能参数,考虑储能约束的划分准则,寻找重要负荷和一般负荷,通过对负荷的控制保证整个孤岛的功率动态平衡,该策略既能保证故障期间重要负荷的持续稳定供电,又能更多的恢复其它负荷,实现恢复供电收益最大。

1 孤岛划分准则

为实现故障期间重要负荷的持续稳定供电,同时还能更多的恢复其它负荷的目标,应满足以下准则。

1.1 重要负荷持续稳定准则

在故障期间,需要保证重要负荷能够持续稳定的供电,不受分布式电源出力随机性的影响。

1.2 最小准则

在故障期间应尽可能少的弃电,尽可能通过调节一般负荷去实现功率的动态平衡。

1.3 零准则

在故障结束后储能中的剩余电量应为零,实现孤岛运行恢复供电收益最大。

2 孤岛划分策略

2.1 孤岛划分条件

分布式电源的出力具有随机性,储能也受到容量和最大输入、输出功率限制,需要通过接入/断开一般负荷去实现功率的动态平衡。

设配电网故障总时间为T,划分为n个时间段,分别为t1,t2,t3…tn,分布式电源在各个时间段的出力为p1,p2,p3,…pn,储能的最大储存电量为Wmax,故障时刻的储存电量为Wc,储能的最大输入功率为Pin,最大输出功率为Pout。孤岛运行时的接入重要负荷为Pmax,各时段下接入的一般负荷为Pb1,Pb2,Pb3,…Pbn。

2.2 故障期间接入重要负荷计算方法

通过下式计算最理想状态下的重要负荷功率Pmax:

Pmax=(Wc+∑pt)/T

其中,t为所述划分的某一时间段,p为该时段下分布式电源的预测发电功率。判断最理想状态下的输出功率Pmax是否大于0,若不大于0则在整个停电期间不能够接入重要负荷,只能根据分布式电源各时段下分布式电源发电预测动态的接入一般负荷。

在各时段下校验是否满足以下约束条件:

Pout+p>=Pmax,和Wc-(Pmax-p)*t>=0

其中,每过一个时间段需要重新计算Wc。

若不满足所述约束条件,则将所述最理想状态下的输出功率Pmax减去一定的步长,重复进行上述判断,直到所有的时间段都满足约束条件,此时所述最理想状态下的输出功率Pmax即为故障期间重要负荷的功率。

2.3 各时段接入一般负荷计算方法

算出故障期间接入的重要负荷后,可基于以下步骤计算出各时段接入的一般负荷,步骤如下:

1)由重要负荷功率Pmax和各时段下预测的发电功率Pi,计算出各时段下储能功率输出:Pd=Pmax-Pi;2)如果Pd>0,则该时段的储能剩余电量为Wc=Wc-Pd*ti,储能输出功率为Pd,一般负荷功率Pb为0。

如果Pd<=0,则进行以下分析:

(a)如果|Pd|>Pin,此时先记一般负荷功率Pb=|Pd|-Pin,储能输出功率为Pd=-Pin;(b)如果|Pd|≤Pin,则先记一般负荷功率Pb=0,储能输出功率为Pd=Pd;(c)判断储能上一阶段的剩余电量减去这一阶段的输出电量(即储能输出功率*时间)是否大于储能最大容量;(d)如果大于储能最大容量,则该时段的储能剩余电量为Wmax,储能输出功率为Pd,一般负荷功率输出为Pb=(Wcf-Pd*ti-Wmax)/ti+Pd;(e)如果小于等于储能最大容量,则该时段的储能剩余电量为Wc=Wc-Pd*ti,储能输出功率为Pd,一般负荷功率输出为Pb。

为满足尽可能多的接入负荷约束条件,储能最终剩余电量应为0。如果储能剩余电量大于0,可按时间段从后到前顺序依次进行储能放电,直至储能剩余电量为0,此时可获取到所述各个时间段下可恢复供电的最大一般负荷,获取各个时间段下可恢复供电的最大一般负荷的具体步骤如下:

1)如果储能剩余储存电量Wc>0,假设让Wc在该时段内全部释放完,计算储能输出功率为Pd+Wc/t;2)如果所述储能输出功率大于Pout,则该时段下的一般负荷功率为Pb=Pb+Pout-Pd,储能剩余电量为Wc=Wc-(Pout-Pd)*t;3)如果不大于Pout,则储能剩余电量在该时段释放完毕,该时段下一般负荷功率为Pb=Pb+Wc/t,储能剩余电量为0;4)重复进行以上步骤即可。

2.4 孤岛划分方法

以分布式电源为根节点,按由近及远原则寻找重要负荷,直到功率总和为Pmax作为基础负荷用分布式电源持续供电,寻找一般负荷作为调节负荷,一般负荷总功率不得大于各时段下Pb中最大值,其中,所述Pb为所述各时间段除去所述最理想状态下的输出功率Pmax后的剩余功率。

根据每个时段的Pb进行接入/断开一般负荷,保证整个孤岛的功率动态平衡,此时即形成了每个所述时间段内的孤岛。

3 结语

本文基于故障期间重要负荷的持续稳定供电,同时还能更多的恢复其它负荷的目标,提出了高渗透率分布式电源配电网下基于发电功率的孤岛划分策略,实现恢复供电收益最大。但是,本策略对故障期间分布式电源各时段下发电功率预测的准确性要求较高,下一步需对分布式电源的各时段下的发电功率预测方法进行进一步研究。

参考文獻:

[1]王雨婷,张筱慧,唐巍,等.考虑光伏及负荷时变性的配电网故障恢复[J].电网技术,2016,40(09):2706-2716.

[2]李飞,徐弢,林济铿,等.计及分布式电源出力和负荷不确定性的配电网孤岛划分[J].电力系统自动化,2015,39(14):105-113+132.

[3]李红伟,林山峰,吴华兵,等.基于动态规划算法的配电网孤岛划分策略[J].电力自动化设备,2017,37(01):47-52.

[4]王旭东,林济铿.基于分支定界的含分布式发电配网孤岛划分[J].中国电机工程学报,2011,31(07):16-20.

[5]李振坤,周伟杰,王坚敏,等.基于风光荷功率曲线的有源配电网动态孤岛划分方法[J].电力系统自动化,2016,40(14):58-64+71.

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