有源配電網孤島恢復供電及黑啟動方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統技術，特別是涉及一種有源配電網孤島恢復供電及黑啟動方 法的技術。
【背景技術】
[0002] 當地區電力系統因事故造成大面積停電時，電網處于全黑狀態，為了快速恢復負 荷供電，減少經濟損失和保證社會穩定，需要立即對電網進行黑啟動。傳統黑啟動方案針對 的對象是地區輸電網，選取地區內具備黑啟動能力的電廠充當黑啟動電源，給不能夠自啟 動的大型機組供電，逐步恢復地區輸電網，最后恢復配電網。在現代電力系統中，DG(分布 式電源）在配電網中的滲透率日益提高，利用DG的短時間支撐能力為配網中的重要負荷供 電，建立短時間的孤島，減少重要負荷的停電時間，可有效提高配電網的可靠性，具有重要 的現實意義。
[0003]目前孤島劃分的數學模型眾多，在目標函數方面主要有開關轉換次數最小、恢復 停電負荷重要度值最大和有利于快速故障恢復等等，在約束條件方面主要有功率平衡約 束、電氣安全約束、MAX約束（孤島范圍盡可能大約束）、FAR約束（遠離變電站的約束）等。 但是目前所提及的孤島劃分文獻僅限于提出數學模型并驗證模型的可行性，無法清晰準確 地反應其孤島劃分策略最適合應用的配電網場景。
[0004] 傳統配電網供電恢復是基于備用聯絡線恢復供電，只需考慮在聯絡線容量之內， 一般均可穩定持續供電。而基于DG孤島運行恢復供電時，孤島方案中含眾多的分布式電源 和負荷，其中以光伏和風電等代表的不可控DG，極有可能因天氣因素使得功率發生變化，另 外孤島內的負荷也有可能發生波動，因此在常規孤島黑啟動過程中，正因為這兩者的波動， 可能會導致黑啟動失敗。
【發明內容】
[0005] 針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能清晰 準確地反應孤島劃分策略最適合應用的配電網場景，能有效避免孤島黑啟動操作失敗的有 源配電網孤島恢復供電及黑啟動方法。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種有源配電網孤島恢復供電及黑啟動 方法，其特征在于，具體步驟如下：
[0007] 1)根據四種情況對配電網進行孤島劃分
[0008] 情況1 :如果配電網停電區域內具有多重控制器，則將配電網停電區域設定為單 個孤島，并在該孤島內實施以中央控制器為主的主從控制方式，即從控制器采集該孤島的 電壓、電流、功率，并將采集的數據上傳給該孤島內的中央控制器，中央控制器根據從控制 器上傳的數據向從控制器下發相應的指令，對從控制器所控制的設備進行實時調整；
[0009] 情況2 :如果配電網停電區域不屬于情況1，且配電網停電區域內的所有DG都歸 屬于單一用戶，則將配電網停電區域設定為單個孤島，并在該孤島內實施對等控制方式，BP 該孤島內的各DG具有同等的地位，該孤島內的各DG根據接入點的電壓和頻率實行就地控 制；
[0010] 情況3 :預先設定一個分布密度閾值，如果配電網停電區域不屬于情況1，也不屬 于情況2,且配電網停電區域內DG的分布密度大于分布密度閾值，則判定配電網停電區域 內DG處于密集分布狀態，則將所有DG劃入單個孤島；
[0011] 情況4 :如果配電網停電區域不屬于情況1，也不屬于情況2、情況3，則將配電網停 電區域中的DG劃分為兩類，其中的一類為主電源，另一類為從電源；并將配電網停電區域 劃成多個孤島，每個孤島均采用以主電源為主的主從控制方式，且每個孤島內包含有一個 主電源及至少一個從電源，每個孤島內的主電源用于穩定該孤島內的電壓、頻率，每個孤島 內的從電源用于輸出有功功率、無功功率；
[0012] 2)將配電網停電區域內的各個負荷按照重要性分為3類，并按照重要性為各個負 荷各賦予一個重要等級指標值；
[0013] 3)建立孤島恢復負荷數學模型，具體模型公式為：
[0016] 式中：max F為模型的最大目標，？1為配電網停電區域內第i個負荷的重要度值， ^為配電網停電區域內第i個負荷的入選值，如果配電網停電區域內第i個負荷被選入孤 島，則X 1= 1，反之則Xl=〇, η為配電網停電區域內的負荷數目，S#配電網停電區域內第 i個負荷的重要等級指標值，L1S配電網停電區域內第i個負荷的負荷值，Lniax為配電網停 電區域內第i個負荷所屬類的最大負荷值；
[0017] 孤島恢復負荷數學模型的約束條件為：
[0021] 式中：G為配電網停電區域內的節點集合，^為配電網停電區域內第i個DG的容 量值，U 1S配電網停電區域內第i個節點的電壓值，^ιη為配電網停電區域內第i個節點 的電壓下限值，^ 9x為配電網停電區域內第i個節點的電壓上限值，Stl為配電網停電區域 內第i個DG的實際輸出功率，Sff為配電網停電區域內第i個DG最小輸出功率，％Γ為配 電網停電區域內第i個DG的最大輸出功率；
[0022] 4)對于每一個孤島，采用動態規劃法求解該孤島的恢復負荷方案，具體求解步驟 如下：
[0023] 4. 1)令 i = 1 ;
[0024] 4. 2)求解孤島恢復負荷，求解公式為：
[0026] 式中：M為孤島內DG容量，c [i] [Μ]是孤島內的i個負荷在孤島內DG容量為M時 能實現的最大負荷重要度值，c [i-1] [M]是孤島內的i-Ι個負荷在孤島內DG容量為M時 能實現的最大負荷重要度值，c[i-l] [M-L(i)]是孤島內的i-Ι個負荷在孤島內DG容量為 M-L(i)時能實現的最大負荷重要度值，L(i)是孤島內第i個負荷的負荷值，p(i)是孤島內 第i個負荷的重要度值，c[0] [M] = 0 ;
[0027] 4. 3)如果i = N，則轉至步驟4. 5)，反之則轉至步驟4. 4)，N為孤島內的負荷總數；
[0028] 4. 4)令 i = i+Ι，再轉至步驟 4. 2);
[0029] 4. 5)將c [N] [M]作為孤島的最優恢復負荷方案；
[0030] 5)定義兩個孤島狀態指標
其中的.
為孤島在保持穩 定狀態下的負荷可增加裕度，
為孤島在保持穩定下的負荷可減小裕度；
[0031] 兩個孤島狀態指標的約束條件為：
[0032] 6)定義孤島穩定裕度Kp為：
[0034] 7)對于每一個孤島，采用以下步驟進行黑啟動操作；
[0035] 7. 1)設孤島的恢復負荷方案內包括m個DG和η個負荷，總計（m+n)個元件；
[0036] 如果孤島采用的是以主電源為主的主從控制方式，則首先啟動主電源并入孤島， 并計算孤島的
反之則啟動一個具有黑啟動能力的DG，并計算孤島
[0037] 7. 2)將孤島的恢復負荷方案中的剩余元件--嘗試加入孤島，并在嘗試加入的同 時計算孤島的
并在得到的所有Kp中選出最大值，將該K p值所對應 的元件加入孤島；
[0038] 如果Kp最大值的數量有多個，則從中選出絕對值最大的孤島狀態指標，將該孤島 狀態指標值所對應的元件加入孤島；
[0039] 如果Kp最大值的數量有多個，且絕對值最大的孤島狀態指標的數量也有多個，則 優先選擇
_最大的元件，并將該元件加入孤島；
[0040] 7. 3)如果步驟7. 2)中所選中元件的孤島指標滿足兩個孤島狀態指標的約束條 件，則轉至步驟7. 4)，反之則判定孤島失穩，黑啟動失敗，黑啟動操作隨即結束；
[0041] 7. 4)如果孤島的恢復負荷方案中還有剩余元件，則轉至步驟7. 2)，反之則輸出最 終黑啟動順序，黑啟動操作隨即結束。
[0042] 本發明提供的有源配電網孤島恢復供電及黑啟動方法，首先綜合考慮供電恢復區 域的DG功率特性、配電網調度控制能力、孤島控制方式、DG的產權關系、電氣分布及地理位 置等因素，因地制宜地選擇孤島劃分策略，然后采用動態規劃法優化選擇每個孤島內的重 要負荷，使之與內部DG容量相匹配，能清晰準確地反應孤島劃分策略最適合應用的配電網 場景，并且綜合考慮了出力和負荷的雙重不確定性，提出了孤島穩定裕度指標，通過孤島穩 定裕度指標可以盡可能的合理安排黑啟動操作步驟，逐步建立孤島并保證穩定性，從而完 成孤島黑啟動操作，通過孤島穩定裕度指標，能有效避免孤島黑啟動操作失敗。
【附圖說明】
[0043] 圖1是應用實例一的含有DG的典型配電網的結構示意圖；
[0044] 圖2是應用實例一的含有DG的典型配電網發生故障后的孤島方案不意圖；
[0045] 圖3是應用實例二的含有DG的典型配電網的結構示意圖；
[0046] 圖4是應用實例二的含有DG的典型配電網發生故障后的孤島方案示意圖。
【具體實施方式】
[0047] 以下結合【附圖說明】對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限 制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍，本發明 中的頓號均表示