有源配电网孤岛恢复供电及黑启动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统技术，特别是涉及一种有源配电网孤岛恢复供电及黑启动方 法的技术。
【背景技术】
[0002] 当地区电力系统因事故造成大面积停电时，电网处于全黑状态，为了快速恢复负 荷供电，减少经济损失和保证社会稳定，需要立即对电网进行黑启动。传统黑启动方案针对 的对象是地区输电网，选取地区内具备黑启动能力的电厂充当黑启动电源，给不能够自启 动的大型机组供电，逐步恢复地区输电网，最后恢复配电网。在现代电力系统中，DG(分布 式电源）在配电网中的渗透率日益提高，利用DG的短时间支撑能力为配网中的重要负荷供 电，建立短时间的孤岛，减少重要负荷的停电时间，可有效提高配电网的可靠性，具有重要 的现实意义。
[0003]目前孤岛划分的数学模型众多，在目标函数方面主要有开关转换次数最小、恢复 停电负荷重要度值最大和有利于快速故障恢复等等，在约束条件方面主要有功率平衡约 束、电气安全约束、MAX约束（孤岛范围尽可能大约束）、FAR约束（远离变电站的约束）等。 但是目前所提及的孤岛划分文献仅限于提出数学模型并验证模型的可行性，无法清晰准确 地反应其孤岛划分策略最适合应用的配电网场景。
[0004] 传统配电网供电恢复是基于备用联络线恢复供电，只需考虑在联络线容量之内， 一般均可稳定持续供电。而基于DG孤岛运行恢复供电时，孤岛方案中含众多的分布式电源 和负荷，其中以光伏和风电等代表的不可控DG，极有可能因天气因素使得功率发生变化，另 外孤岛内的负荷也有可能发生波动，因此在常规孤岛黑启动过程中，正因为这两者的波动， 可能会导致黑启动失败。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能清晰 准确地反应孤岛划分策略最适合应用的配电网场景，能有效避免孤岛黑启动操作失败的有 源配电网孤岛恢复供电及黑启动方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种有源配电网孤岛恢复供电及黑启动 方法，其特征在于，具体步骤如下：
[0007] 1)根据四种情况对配电网进行孤岛划分
[0008] 情况1 :如果配电网停电区域内具有多重控制器，则将配电网停电区域设定为单 个孤岛，并在该孤岛内实施以中央控制器为主的主从控制方式，即从控制器采集该孤岛的 电压、电流、功率，并将采集的数据上传给该孤岛内的中央控制器，中央控制器根据从控制 器上传的数据向从控制器下发相应的指令，对从控制器所控制的设备进行实时调整；
[0009] 情况2 :如果配电网停电区域不属于情况1，且配电网停电区域内的所有DG都归 属于单一用户，则将配电网停电区域设定为单个孤岛，并在该孤岛内实施对等控制方式，BP 该孤岛内的各DG具有同等的地位，该孤岛内的各DG根据接入点的电压和频率实行就地控 制；
[0010] 情况3 :预先设定一个分布密度阈值，如果配电网停电区域不属于情况1，也不属 于情况2,且配电网停电区域内DG的分布密度大于分布密度阈值，则判定配电网停电区域 内DG处于密集分布状态，则将所有DG划入单个孤岛；
[0011] 情况4 :如果配电网停电区域不属于情况1，也不属于情况2、情况3，则将配电网停 电区域中的DG划分为两类，其中的一类为主电源，另一类为从电源；并将配电网停电区域 划成多个孤岛，每个孤岛均采用以主电源为主的主从控制方式，且每个孤岛内包含有一个 主电源及至少一个从电源，每个孤岛内的主电源用于稳定该孤岛内的电压、频率，每个孤岛 内的从电源用于输出有功功率、无功功率；
[0012] 2)将配电网停电区域内的各个负荷按照重要性分为3类，并按照重要性为各个负 荷各赋予一个重要等级指标值；
[0013] 3)建立孤岛恢复负荷数学模型，具体模型公式为：
[0016] 式中：max F为模型的最大目标，？1为配电网停电区域内第i个负荷的重要度值， ^为配电网停电区域内第i个负荷的入选值，如果配电网停电区域内第i个负荷被选入孤 岛，则X 1= 1，反之则Xl=〇, η为配电网停电区域内的负荷数目，S#配电网停电区域内第 i个负荷的重要等级指标值，L1S配电网停电区域内第i个负荷的负荷值，Lniax为配电网停 电区域内第i个负荷所属类的最大负荷值；
[0017] 孤岛恢复负荷数学模型的约束条件为：
[0021] 式中：G为配电网停电区域内的节点集合，^为配电网停电区域内第i个DG的容 量值，U 1S配电网停电区域内第i个节点的电压值，^ιη为配电网停电区域内第i个节点 的电压下限值，^ 9x为配电网停电区域内第i个节点的电压上限值，Stl为配电网停电区域 内第i个DG的实际输出功率，Sff为配电网停电区域内第i个DG最小输出功率，％Γ为配 电网停电区域内第i个DG的最大输出功率；
[0022] 4)对于每一个孤岛，采用动态规划法求解该孤岛的恢复负荷方案，具体求解步骤 如下：
[0023] 4. 1)令 i = 1 ;
[0024] 4. 2)求解孤岛恢复负荷，求解公式为：
[0026] 式中：M为孤岛内DG容量，c [i] [Μ]是孤岛内的i个负荷在孤岛内DG容量为M时 能实现的最大负荷重要度值，c [i-1] [M]是孤岛内的i-Ι个负荷在孤岛内DG容量为M时 能实现的最大负荷重要度值，c[i-l] [M-L(i)]是孤岛内的i-Ι个负荷在孤岛内DG容量为 M-L(i)时能实现的最大负荷重要度值，L(i)是孤岛内第i个负荷的负荷值，p(i)是孤岛内 第i个负荷的重要度值，c[0] [M] = 0 ;
[0027] 4. 3)如果i = N，则转至步骤4. 5)，反之则转至步骤4. 4)，N为孤岛内的负荷总数；
[0028] 4. 4)令 i = i+Ι，再转至步骤 4. 2);
[0029] 4. 5)将c [N] [M]作为孤岛的最优恢复负荷方案；
[0030] 5)定义两个孤岛状态指标
其中的.
为孤岛在保持稳 定状态下的负荷可增加裕度，
为孤岛在保持稳定下的负荷可减小裕度；
[0031] 两个孤岛状态指标的约束条件为：
[0032] 6)定义孤岛稳定裕度Kp为：
[0034] 7)对于每一个孤岛，采用以下步骤进行黑启动操作；
[0035] 7. 1)设孤岛的恢复负荷方案内包括m个DG和η个负荷，总计（m+n)个元件；
[0036] 如果孤岛采用的是以主电源为主的主从控制方式，则首先启动主电源并入孤岛， 并计算孤岛的
反之则启动一个具有黑启动能力的DG，并计算孤岛
[0037] 7. 2)将孤岛的恢复负荷方案中的剩余元件--尝试加入孤岛，并在尝试加入的同 时计算孤岛的
并在得到的所有Kp中选出最大值，将该K p值所对应 的元件加入孤岛；
[0038] 如果Kp最大值的数量有多个，则从中选出绝对值最大的孤岛状态指标，将该孤岛 状态指标值所对应的元件加入孤岛；
[0039] 如果Kp最大值的数量有多个，且绝对值最大的孤岛状态指标的数量也有多个，则 优先选择
_最大的元件，并将该元件加入孤岛；
[0040] 7. 3)如果步骤7. 2)中所选中元件的孤岛指标满足两个孤岛状态指标的约束条 件，则转至步骤7. 4)，反之则判定孤岛失稳，黑启动失败，黑启动操作随即结束；
[0041] 7. 4)如果孤岛的恢复负荷方案中还有剩余元件，则转至步骤7. 2)，反之则输出最 终黑启动顺序，黑启动操作随即结束。
[0042] 本发明提供的有源配电网孤岛恢复供电及黑启动方法，首先综合考虑供电恢复区 域的DG功率特性、配电网调度控制能力、孤岛控制方式、DG的产权关系、电气分布及地理位 置等因素，因地制宜地选择孤岛划分策略，然后采用动态规划法优化选择每个孤岛内的重 要负荷，使之与内部DG容量相匹配，能清晰准确地反应孤岛划分策略最适合应用的配电网 场景，并且综合考虑了出力和负荷的双重不确定性，提出了孤岛稳定裕度指标，通过孤岛稳 定裕度指标可以尽可能的合理安排黑启动操作步骤，逐步建立孤岛并保证稳定性，从而完 成孤岛黑启动操作，通过孤岛稳定裕度指标，能有效避免孤岛黑启动操作失败。
【附图说明】
[0043] 图1是应用实例一的含有DG的典型配电网的结构示意图；
[0044] 图2是应用实例一的含有DG的典型配电网发生故障后的孤岛方案不意图；
[0045] 图3是应用实例二的含有DG的典型配电网的结构示意图；
[0046] 图4是应用实例二的含有DG的典型配电网发生故障后的孤岛方案示意图。
【具体实施方式】
[0047] 以下结合【附图说明】对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限 制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明 中的顿号均表示