畢業(yè)論文-含分布式電源的配電網(wǎng)孤島劃分

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第頁(yè)HUNANUNIVERSITY畢業(yè)論文論文題目含分布式電源的配電網(wǎng)孤島劃分學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化1108班學(xué)院名稱電氣與信息工程學(xué)院指導(dǎo)老師學(xué)院院長(zhǎng)2015年 5月日湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第頁(yè)湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第頁(yè)摘要隨著可再生能源的推廣，分布式電源（DistributedGeneration，DG）已成為一種重要的電力電源形式，大量DG的接入使配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，原有的保護(hù)控制系統(tǒng)越來(lái)越難以適用。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多利用可再生能源的DG實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)運(yùn)行。本文針對(duì)含DG的配電網(wǎng)孤島劃分這個(gè)核心問(wèn)題，簡(jiǎn)單分析了DG的接入對(duì)配電系統(tǒng)和配電保護(hù)系統(tǒng)的影響。先介紹配電網(wǎng)孤島劃分所需要遵循的劃分原則和約束條件，在此基礎(chǔ)上描述了孤島劃分的建模過(guò)程，通過(guò)一定的規(guī)則將配電網(wǎng)拓?fù)涑蓭в袡?quán)值的連通圖，然后提出改進(jìn)的Prim算法對(duì)帶該連通圖進(jìn)行搜索生成最小生成樹(shù)，最后得到孤島劃分的方案。同時(shí)還通過(guò)典型的配電網(wǎng)案例驗(yàn)證了該算法的可行性。本文提出的改進(jìn)Prim孤島劃分算法可以很好地遵循了孤島劃分原則和約束條件。其執(zhí)行的高效快速性可以保證在配電網(wǎng)發(fā)生故障后很快地轉(zhuǎn)變成孤島運(yùn)行的方式，其對(duì)不同負(fù)荷等級(jí)的負(fù)荷的選擇性可以保證孤島劃分方案最優(yōu)，提高對(duì)重要負(fù)荷供電的可靠性。關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電（DG)，配電網(wǎng)，Prim算法，孤島劃分IslandAlgorithmofdistributionnetworkwithDistributedGeneratorsAbstractWiththepromotionofrenewableenergy,Distributedpower(DistributedGeneration,DG)hasbecomeanimportantformofelectricitypowersupply,alargenumberofDG'saccesstothestructureofdistributionnetwork,greatchangeshavetakenplaceintheprotectionoftheoriginalcontrolsystemismoreandmoredifficulttoapply.Withthedevelopmentofnewenergytechnology,moreandmoreuseofrenewableenergyDGparalleloperationisrealized.InthelightofthedistributionnetworkincludingDGislandthiscoreproblem,dividedintosimpleDG'saccesstopowerdistributionsystemareanalyzedandtheinfluenceofthepowerdistributionprotectionsystem.Needtofollowthefirstintroducepowerislanddifferentiateprincipleandconstraintcondition,onthebasisofdescribingtheislandsofthemodelingprocessofdivision,distributionnetworktopologybycertainrulesintoaconnectedgraphwithweights,andthenputsforwardtheimprovedPrimalgorithmtosearchwiththeconnectedgraphgeneratedminimumspanningtree,finallygettheislandsoftheschemeofdivision.Atthesametimealsobytypicaldistributionnetworkcasetoverifythefeasibilityofthealgorithm.Inthispaper,theimprovedPrimpartitionalgorithmisagoodwaytofollowtheislandclassificationprinciplesandconstraints.Quicknesscanguaranteeitsexecutionefficiencyindistributionnetworkfault,quicklyrunintoanislandafteritsselectivitytodifferentloadlevelsofloadtoensureoptimumschemefordividingtheisland,improvethereliabilityofpowersupplytotheimportantloads.Keywords:distributedgeneration(DG),distributionnetwork,Primalgorithmislanding湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第頁(yè)目錄TOC\o"1-3"\h\u10688第一章緒論 頁(yè)第一章緒論1.1含DG配電網(wǎng)孤島最優(yōu)劃分研究的目的和意義近年來(lái)，隨著用戶的電力需求越來(lái)越大，裝機(jī)容量每年都在快速增長(zhǎng)，電網(wǎng)不斷發(fā)展壯大，火力發(fā)電污染環(huán)境嚴(yán)重，導(dǎo)致政府部門對(duì)新能源發(fā)電的投入越來(lái)越多，同時(shí)光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式電源(distributedgeneration，DG)技術(shù)的日趨成熟，大批的分布式電源接入了配電網(wǎng)。大批DG的并網(wǎng)運(yùn)行使得電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式產(chǎn)生相當(dāng)大的改變，由此我們提出了智能配電網(wǎng)，并且智能配電網(wǎng)取得了很大的發(fā)展，配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)非常多，各種DG投退非常頻繁，導(dǎo)致這種智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式會(huì)非常的靈活，特別是當(dāng)配電網(wǎng)中的某個(gè)斷路器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)會(huì)將配電網(wǎng)分為多個(gè)性質(zhì)不同而且相互各自獨(dú)立的子網(wǎng)，若這些子網(wǎng)中的負(fù)荷是由DG來(lái)供電，那么子網(wǎng)就是孤島運(yùn)行，我們把DG系統(tǒng)和該子網(wǎng)負(fù)荷稱為電力孤島。DG大規(guī)模地接入電網(wǎng)，會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)兩面的影響，電力孤島的出現(xiàn)一方面會(huì)對(duì)配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，自動(dòng)重合閘和繼電保護(hù)系統(tǒng)等造成很大的影響，孤島自身運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性也存在諸多問(wèn)題，另一方面在電力系統(tǒng)供電中斷的情況下，配電網(wǎng)端以各類DG為電源形成獨(dú)立供電孤島可以保障重要一級(jí)負(fù)荷的供電不間斷，同時(shí)也讓盡可能多的負(fù)荷得到供電恢復(fù)，從而顯著提升配電系統(tǒng)的供電可靠性，減少重大經(jīng)濟(jì)損失。在配電系統(tǒng)因故障斷電之后，為了電力檢修人員的人身安全，同時(shí)為了使得配電網(wǎng)盡快消除故障，根據(jù)IEEE1547-2003的相關(guān)規(guī)定，配電網(wǎng)中的全部的DG必須短時(shí)間內(nèi)退出運(yùn)行。但因DG具備獨(dú)單獨(dú)供電的能力，在隔離故障以后，我們可利用DG先恢復(fù)局部重要負(fù)荷及相關(guān)負(fù)荷的供電，從而顯著提高系統(tǒng)的供電的可靠性。孤島根據(jù)其產(chǎn)生的機(jī)理可分為非計(jì)劃孤島和計(jì)劃孤島，計(jì)劃孤島是根據(jù)配電網(wǎng)的構(gòu)造、DG所處的位置和其發(fā)電的容量，各級(jí)負(fù)荷的分布等事先設(shè)計(jì)好孤島劃分方案和孤島運(yùn)行控制方法，當(dāng)配電網(wǎng)上一級(jí)線路發(fā)生故障時(shí)，能夠依據(jù)事先設(shè)計(jì)好的方案對(duì)孤島內(nèi)部分或全部負(fù)荷持續(xù)供電，這樣能有效提高系統(tǒng)的供電可靠性。同時(shí)又通過(guò)對(duì)孤島內(nèi)各部分有效的控制，確保孤島小系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。非計(jì)劃孤島恰好相反，沒(méi)有預(yù)先確定DG的供電方案，所產(chǎn)生的孤島具有不可預(yù)知性和不可控性，可能會(huì)帶來(lái)無(wú)法預(yù)料的危害。對(duì)孤島劃分進(jìn)行優(yōu)化，使得到的孤島滿足孤島劃分的基本原則和約束條件，在故障發(fā)生之后,系統(tǒng)失電期間DG向孤島內(nèi)重要負(fù)荷優(yōu)先供電,使盡可能多的負(fù)荷供電得到恢復(fù)，直至故障排除，系統(tǒng)恢復(fù)正常，從而提高配電網(wǎng)的可靠性。1.2含DG配電網(wǎng)孤島劃分研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，人們生活水平的不斷提高，電網(wǎng)也在不斷的發(fā)展，風(fēng)電，光伏發(fā)電和其他分布式電源（DG）技術(shù)的日趨成熟和完善，大批的分布式電源接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)絡(luò)的日常運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。如何合理的分配網(wǎng)絡(luò)孤島分布式發(fā)電已成為世界各國(guó)學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，許多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行深入研究。文獻(xiàn)[2]提出如何利用DG和負(fù)荷實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)孤島運(yùn)行，但并沒(méi)有給出孤島劃分的具體算法。文獻(xiàn)[3]給出以DG為核心,根據(jù)用戶負(fù)荷等級(jí)由高到低依次向DG的周圍負(fù)荷進(jìn)行供電的算法。文獻(xiàn)[4]提出沒(méi)有考慮負(fù)荷重要程度的情況,使用生成樹(shù)模型進(jìn)行孤島劃分算法,基于深度優(yōu)先搜索的方法從上法下關(guān)閉一些分支機(jī)構(gòu)（相應(yīng)地也刪除分支負(fù)荷），一直到?jīng)]有斷開(kāi)的負(fù)荷和DG滿足設(shè)備容量和功率平衡的約束條件。文獻(xiàn)[5]提出考慮到負(fù)荷優(yōu)先等級(jí)和負(fù)荷可控性的孤島劃分方法，該方法只能形成一個(gè)孤島，但當(dāng)孤島區(qū)域較大時(shí)，線路上的損耗較大，DG的發(fā)電功率基本會(huì)消耗在線路上。文獻(xiàn)[6]考慮到可控和不可控負(fù)荷的孤島劃分。文獻(xiàn)[7]使用基于改進(jìn)的Prim算法對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行孤島劃分，可以在短時(shí)間內(nèi)得到可行性很強(qiáng)的孤島劃分策略，劃分的方式比較靈活，可以保證大批重要的負(fù)荷的優(yōu)先供電。總的來(lái)看，目前配電網(wǎng)孤島劃分研究已經(jīng)取得了一些成果，但對(duì)其的研究還是處于起步階段，研究成果較少。隨著智能配電網(wǎng)的飛速發(fā)展，大批DG和微網(wǎng)系統(tǒng)將接入到傳統(tǒng)配電網(wǎng)，這將對(duì)配電網(wǎng)的供電可靠性提出更高的要求。在此情況下，研究設(shè)計(jì)合理可行的含DG的配電網(wǎng)的孤島劃分方案將對(duì)實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行模式與并網(wǎng)運(yùn)行模式之間的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換產(chǎn)生更加積極影響，提高了配電網(wǎng)供電的可靠性。1.3本文研究擬采用的途徑在本文中，先把含有DG的配電網(wǎng)模型轉(zhuǎn)化為邊帶有權(quán)值的連通圖，按照孤島穩(wěn)定運(yùn)行原則和約束條件，改進(jìn)Prim算法制定搜索算法，對(duì)帶有權(quán)值的連通圖進(jìn)行全部遍歷，邊搜索邊校驗(yàn)約束條件，以比較小的權(quán)值總和連通圖中的節(jié)點(diǎn)，這樣我們就把孤島劃分問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)連通圖的最小生成樹(shù)的求解，這樣我們可以得到最優(yōu)孤島劃分方案。第二章DG的接入對(duì)配電系統(tǒng)的影響2.1接入配電網(wǎng)的DG種類在不同的研究的領(lǐng)域或不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)DG的分類也會(huì)不同。我們能夠根據(jù)DG具體所使用的能源或是與電力配電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)類型的不同來(lái)進(jìn)行分類。根據(jù)DG所使用的能源的不同一般來(lái)說(shuō)可分為：柴（汽）油機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、水輪機(jī)發(fā)電、光伏太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等。他們所使用的能源有傳統(tǒng)化石燃料、清潔能源、可再生能源及電能儲(chǔ)存元件?？稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)是目前電力系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，包括生物能源，如水電屬于相對(duì)成熟的技術(shù)發(fā)展，而光伏太陽(yáng)能發(fā)電、地?zé)崮苷羝l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和海洋潮汐能發(fā)電等都屬于比較新的發(fā)電技術(shù)，技術(shù)水平還不算很成熟。如果DG與配電系統(tǒng)連接，可根據(jù)DG并入電網(wǎng)的類型來(lái)進(jìn)行分類，分為與電力系統(tǒng)直接連接和通過(guò)逆變器和電力系統(tǒng)連接兩大類型。如果DG是旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置直接發(fā)出50Hz交流電網(wǎng)屬于第一類，如小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，水電，地?zé)岚l(fā)電，如小型燃?xì)廨啓C(jī)組發(fā)電、水力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等；另外如逆變器型DG是指將發(fā)出的直流電逆變成工頻電流直接并入電網(wǎng)（比如光伏太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等）。在DG的使用過(guò)程中，需要考慮DG的容量大小在電力配電系統(tǒng)中的影響，根據(jù)DG容量的大小能夠分為小型DG（<100kW），中型DG（100kW～1MW）和大型DG（>1MW）三類。從DG所使用的一次能源的不同，具體分為以下幾種類型：2.1.1小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電小型燃?xì)廨啓C(jī)組是以甲烷、汽油、天然氣、柴油等化石能源為燃料的小型汽輪機(jī)發(fā)電裝置。他的發(fā)電效率能夠到達(dá)35%，若實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)的話，效率可提高到70%以上。該種氣輪機(jī)有占地體積小、質(zhì)量輕、污染小、發(fā)電效率高、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它也是最成熟的，最具商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的DG。2.1.2光伏發(fā)電光伏電池組是用于把取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家的屋頂光伏電池發(fā)電已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用。如德國(guó)著名的2000戶屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目是2000多戶屋頂安裝太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，分布式發(fā)電容量平均為4kW。盡管光伏電池發(fā)電和常規(guī)發(fā)電機(jī)發(fā)電相比有技術(shù)門檻比較高，投資成本比較高、系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性等不利于其發(fā)展的因素，但是其利用的是可再生的太陽(yáng)能資源，因此其前景依然被普遍看好。2.1.3風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可分成兩個(gè)組成部分：風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)。自然風(fēng)通過(guò)風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，然后通過(guò)制動(dòng)盤齒輪箱連接的高速主軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的耦合異步可發(fā)電運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電使用前景一般是用于無(wú)電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如為偏辟遠(yuǎn)離城市，電網(wǎng)架設(shè)成本很高的農(nóng)村和海島住戶提供生活生產(chǎn)所需的電能。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在新能源發(fā)電領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了成熟階段，經(jīng)濟(jì)水平越來(lái)越接近于潔凈煤發(fā)電，相信不久的將來(lái)會(huì)有更好的發(fā)展。2.2DG接入對(duì)配電系統(tǒng)的影響DG接入配電網(wǎng)對(duì)配電系統(tǒng)的影響非常大，這種影響有可能是消極的也有可能是積極的，這是由DG和配電系統(tǒng)的運(yùn)行特征來(lái)決定的。對(duì)于配電網(wǎng)，無(wú)論是輻射型結(jié)構(gòu)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布式電源接入號(hào)碼將在電網(wǎng)的電壓和電流很大程度上影響。在比較傳統(tǒng)的電力輸送方式中，電力功率是從高電壓等級(jí)向低電壓等級(jí)輸送的，再通過(guò)降壓變壓器把電功率輸送到用戶側(cè)。大多數(shù)的配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，操作和保護(hù)差不多是以這樣的供電方式進(jìn)行的。當(dāng)有大批的DG接入配電網(wǎng)，配電線路的潮流可能就會(huì)會(huì)反向，給配電網(wǎng)帶來(lái)很大的影響。此時(shí)的配電網(wǎng)不僅僅進(jìn)行電力的配送，還擁有了發(fā)電、配電等功能，因此其自身的電壓、電流、潮流不僅取決于用戶負(fù)荷，還會(huì)由配電網(wǎng)接入的DG取決。2.2.1DG對(duì)配電系統(tǒng)積極影響DG對(duì)配電系統(tǒng)的積極作用一般體現(xiàn)在DG改進(jìn)了系統(tǒng)運(yùn)行形式，并支持了系統(tǒng)安全、運(yùn)行可靠，主要包括：a，增加分布式電源并網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)能力，增加系統(tǒng)的備用容量，具有平衡負(fù)荷的功能；b，分布式發(fā)電減少電力需求增長(zhǎng)的新拓?cái)U(kuò)建電廠的需要，節(jié)省了電廠建設(shè)和輸變電設(shè)備采購(gòu)大批成本；c，分布式電源的電力生產(chǎn)一般在配電網(wǎng)側(cè)更接近用戶的負(fù)荷，降低了傳輸線的功率損耗；d，分布式電源可帶用戶負(fù)荷孤島運(yùn)行。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源向負(fù)載中更重要的部分供電。如此就可以減少停電區(qū)域，提高配電系統(tǒng)供電的可靠性。但是，DG接入配電網(wǎng)的積極影響在實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中并不能很容易地實(shí)達(dá)成，其要求DG一定要具備很高的運(yùn)行可靠性、并且是可以接受電力管理部門的調(diào)節(jié)，而且還要具有合適的接入位置和可觀的容量。由于很大一部分的DG并不是屬于電網(wǎng)公司，而且利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等隨時(shí)間變化較大不穩(wěn)定的能源進(jìn)行發(fā)電本身就具有發(fā)電功率不穩(wěn)定的不足，因此上述條件難以得到很好的保證。因?yàn)橐陨蠗l件都不滿足，但DG接入配電系統(tǒng)將造成很大的不利影響。2.2.2DG對(duì)配電系統(tǒng)的消極影響DG的接入對(duì)配電系統(tǒng)消極的影響包括以下的幾個(gè)方面內(nèi)容：1.導(dǎo)致線路過(guò)電壓為了保證供電質(zhì)量的可靠性和配電線路的末端電壓有很嚴(yán)格的要求，在設(shè)計(jì)線路，類型的選擇是基于這方面的要求。在現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)越來(lái)越有效地利用供電網(wǎng)絡(luò)，能保證的前提下，供電質(zhì)量好，傳輸線的趨勢(shì)幾乎是接近最大傳輸能力。對(duì)于一些典型配電網(wǎng)絡(luò)，DG接入之前，電壓配電線路沿著遠(yuǎn)離中心方向下降。為了確保貼近用戶端電壓水平，一般在一般實(shí)際操作使用，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)變壓器分接頭的方法提高電壓。當(dāng)DG連接到配電網(wǎng)后，輸電線路的潮流的方向會(huì)發(fā)生變化，如果用戶負(fù)荷非常小的話，DG的輸出功率會(huì)流回到輸電系統(tǒng)一端，返回大電網(wǎng)。在這種情況下，輸電線路的電壓大小從輻射狀配電網(wǎng)絡(luò)配電中心到DG位置不停上升。2.增加了配電網(wǎng)的故障等級(jí)若在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了短路故障，很多個(gè)DG都會(huì)向配電系統(tǒng)提供短路電流。但是配電網(wǎng)的短路電流大小已經(jīng)靠近了一些開(kāi)關(guān)設(shè)備裝置的額定電流。故障等級(jí)增加的同時(shí)，要求電力公司增加投資來(lái)更新開(kāi)關(guān)設(shè)備。我們?cè)贒G與配電系統(tǒng)之間引入阻抗來(lái)降低短路電流的。一些DG通過(guò)電抗或變壓器接入配電網(wǎng)，它可以提高接入的阻抗值，同時(shí)也增加了不穩(wěn)定的電壓波形和損耗。3.系統(tǒng)電能質(zhì)量電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)總體內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：諧波電壓和暫態(tài)電壓的變化。由于具體情況的不同，DG的接入有可能提高也有可能降低配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。在DG的退出和接入配電網(wǎng)的過(guò)程當(dāng)中，有可能因?yàn)楦鞣N參數(shù)與大電網(wǎng)的不同步等原因造成較大配電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)。因?yàn)镈G是由一般用戶來(lái)控制使用的，于是用戶將會(huì)根據(jù)其自己的需求來(lái)決定停運(yùn)和啟動(dòng)DG，因此就有可能使配電網(wǎng)的電壓不穩(wěn)定。因此，我們應(yīng)該對(duì)DG的接入和退出進(jìn)行一些精準(zhǔn)的控制和規(guī)定，同步發(fā)電機(jī)組應(yīng)在與配電網(wǎng)電壓頻率同步的條件下接入配電網(wǎng)，另外感應(yīng)電機(jī)組還可以經(jīng)柔性啟動(dòng)裝置來(lái)降低機(jī)組接入時(shí)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊電流，這樣可以減小配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)。4.配電網(wǎng)的可靠性隨著DG越來(lái)越多的接入，DG的發(fā)電功率將是電力系統(tǒng)發(fā)電功率中的非常重要的組成部分。現(xiàn)階段，大批DG并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)面臨這樣一個(gè)亟待解決的問(wèn)題：當(dāng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)候，因?yàn)榉垂聧u保護(hù)設(shè)置值比較高，主動(dòng)將DG切除，這造成了大量的DG被移除，然后由于電力不足，電力系統(tǒng)將不供電的正常運(yùn)行2.3DG對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的影響在這個(gè)階段，在DG在實(shí)際應(yīng)用中暴露出的問(wèn)題來(lái)看，許多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，科研結(jié)果證明：DG的接入對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)存在許多不良的影響，比較經(jīng)典的不良影響如下所示：2.3.1降低保護(hù)的靈敏度當(dāng)DG接入配電網(wǎng)，線路保護(hù)傳感元件的故障電流可能會(huì)減少，降低了有效保護(hù)區(qū)域。假定DG接到饋線，和接入點(diǎn)的位置近距離是配電變壓器。當(dāng)故障發(fā)生在饋線終端，故障電流來(lái)自DG的配電變壓器。2.3.2減弱系統(tǒng)保護(hù)之間協(xié)調(diào)配合在一些傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，由于只有一側(cè)有系統(tǒng)電源，這樣的話故障電流只可以從電源側(cè)流向負(fù)荷側(cè)，那么通過(guò)設(shè)置相互配合的保護(hù)整定值就可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的動(dòng)作。但DG接入配電網(wǎng)后，故障電流不僅來(lái)自供電電源系統(tǒng)側(cè)，而且還會(huì)來(lái)自負(fù)荷側(cè)DG，這將導(dǎo)致保護(hù)之間的協(xié)調(diào)變得更加復(fù)雜。2.3.3非計(jì)劃孤島的出現(xiàn)在一些情況下（如斷線、跳閘等），部分配電網(wǎng)（不能提前預(yù)料的）突然與電力系統(tǒng)斷開(kāi)，這部分配電網(wǎng)內(nèi)的DG肩負(fù)起臨時(shí)向用戶負(fù)荷供電的責(zé)任，這種供電狀態(tài)就是非計(jì)劃孤島運(yùn)行。因?yàn)榉怯?jì)劃孤島地點(diǎn)范圍的出現(xiàn)具有不可預(yù)知性，具有一定的隨機(jī)性，運(yùn)行的供電方式缺乏提前規(guī)劃，因此，大多數(shù)非計(jì)劃孤島方案不能滿足電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，要求會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題：a，電能質(zhì)量下降，非孤島方案系統(tǒng)的功率很難平衡，電壓和頻率都會(huì)發(fā)生一定的變化，因此就很難保證供電的電能質(zhì)量；b、操作人員和公共安全的威脅，因?yàn)榉怯?jì)劃孤島范圍內(nèi)的位置的不確定性，不能確定線路是否帶電，這造成了對(duì)操作人員的安全威脅；c影響系統(tǒng)自動(dòng)重合閘，當(dāng)在非計(jì)劃孤島運(yùn)行后，配電網(wǎng)中的DG有可能會(huì)對(duì)跳閘配電線路的另一邊進(jìn)行供電，導(dǎo)致元件檢驗(yàn)無(wú)壓重合閘失敗，或因和電力系統(tǒng)失步，這可能會(huì)導(dǎo)致重合閘失敗，造成不必要的停電。為了保障電力系統(tǒng)的可靠安全性，用戶可以獲得可靠的電力供應(yīng)，世界各國(guó)普遍一般不允許非計(jì)劃孤島形式運(yùn)行，對(duì)反孤島保護(hù)提出了一些明確的要求。這些要求一般原則：a，當(dāng)非計(jì)劃孤島出現(xiàn)，孤島DG通過(guò)開(kāi)關(guān)控制操作應(yīng)立即撤出運(yùn)行；b、孤島內(nèi)的DG的切斷應(yīng)在配電系統(tǒng)重合閘之前，目的是為了提供足夠的故障熄弧的時(shí)間。2.3.4系統(tǒng)自動(dòng)重合閘失敗在配電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的自動(dòng)重合閘是一種非常有效的處理故障的方法。90%以上的配電線路的故障都是暫時(shí)的，一般可以在斷路器斷開(kāi)的時(shí)間內(nèi)熄弧并恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。但是DG接入與自動(dòng)重合閘原理存在很多方面的沖突。孤島內(nèi)的DG會(huì)有故障電流使得故障點(diǎn)沒(méi)法完成熄弧，這樣就使得電網(wǎng)暫時(shí)故障成為了永久的故障。另外，在系統(tǒng)重合閘前的時(shí)間間隔內(nèi)，孤島內(nèi)DG的相位可能已經(jīng)偏離了大系統(tǒng)，變得不同步，會(huì)造成檢驗(yàn)同期合閘失敗，就會(huì)引起用戶不必要的停電。如果電網(wǎng)的自動(dòng)重合閘裝置沒(méi)有檢驗(yàn)同步功能，然后開(kāi)關(guān)重合，這樣對(duì)當(dāng)前影響很大可能損壞孤島內(nèi)的DG。同時(shí)，電網(wǎng)將出現(xiàn)在高電流和高電壓的暫態(tài)過(guò)程。所以，為了維持電網(wǎng)自動(dòng)重合閘裝置的正常運(yùn)行，在開(kāi)關(guān)重合閘前的時(shí)間間隔內(nèi)需要有可靠的、快速的反孤島保護(hù)裝置來(lái)迅速切除孤島內(nèi)的DG，并且還要保證有足夠的時(shí)間來(lái)熄弧。第三章含DG的配電網(wǎng)孤島劃分建模過(guò)程3.1含有DG的配電網(wǎng)孤島劃分遇到的關(guān)鍵問(wèn)題電力系統(tǒng)內(nèi)受到很大的擾動(dòng)、重要輸電線路跳閘、重要的發(fā)電設(shè)備故障等原因?qū)е码娏ο到y(tǒng)中需要形成孤島。1965—2003年發(fā)生在美國(guó)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的大停電事故多數(shù)由上述原因造成的。當(dāng)分布式電源容量較大時(shí)，但是電網(wǎng)容量裕度不夠，這樣比較困難為電網(wǎng)中的失電的負(fù)荷提供電能，DG在給附近的用戶負(fù)荷供電的同時(shí)，還可根據(jù)自身的多余的容量給線路上的其他負(fù)荷提供電能。為了提高配電網(wǎng)供電可靠性，DG應(yīng)該多與用戶負(fù)荷連接，若在配電網(wǎng)故障發(fā)生后的孤島島的形成的數(shù)目少，會(huì)便于工作人員操作，可有利于故障排除后配電網(wǎng)恢復(fù)正常的供電，因此為了提高配電網(wǎng)供電可靠性，解列應(yīng)該盡可能形成一個(gè)大范圍的DG孤島。文獻(xiàn)[10]介紹三種經(jīng)典的孤島運(yùn)行方案，能滿足我們要求的是多用戶孤島方案。其核心內(nèi)容是：在配電網(wǎng)發(fā)生故障后，孤島內(nèi)DG在滿足附近用戶供電后，還可以用自身的富裕容量給線路上的其他的用戶負(fù)荷供電，提高配電網(wǎng)供電的可靠性。配電網(wǎng)孤島劃分是一個(gè)異常復(fù)雜的綜合性的課題，它差不多完全涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制領(lǐng)域的所有研究方向。在配電系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)孤島安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行必須要滿足以下4個(gè)條件：（1）指功率平衡約束，在孤島內(nèi)供用電功率的基本處于平衡狀態(tài)；（2）指變壓器和傳輸線安全極限約束，孤島內(nèi)變壓器和各線路負(fù)荷應(yīng)該工作在安全的約束范圍內(nèi)；（3）指母線電壓不超限制電壓，即孤島內(nèi)母線電壓應(yīng)該在限定在規(guī)定的一定范圍內(nèi)；（4）指易于恢復(fù)，切除的負(fù)載個(gè)數(shù)最少，提高配電網(wǎng)的可靠性，為了方便操作，我們要求形成的孤島范圍最大。3.2含DG的配電網(wǎng)孤島劃分一般性求解思路當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生的線路故障，電壓頻率超過(guò)額定值和振蕩失步情況，主要供電系統(tǒng)沒(méi)法快速恢復(fù)運(yùn)行，DG在孤島模式獨(dú)立運(yùn)行，DG不僅要提供電力給附近負(fù)載，還會(huì)將剩余的電力輸給電網(wǎng)，給電網(wǎng)其他負(fù)載提供電能。對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行孤島劃分，便是按電網(wǎng)結(jié)構(gòu)事先找出DG運(yùn)行達(dá)到功率平衡的節(jié)點(diǎn)，要確保在孤島內(nèi)配備有控制單元器件和同期裝置，用來(lái)保證孤島快速無(wú)縫實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行模式和并網(wǎng)運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換。若配電網(wǎng)選用的控制方式是基于廣域信息的分布式控制方式或者是集中的控制方式，我們可完成DG孤島在線實(shí)時(shí)解列和在線進(jìn)行決策，能夠通過(guò)遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)在電腦端自動(dòng)完成配電網(wǎng)的孤島劃分，同時(shí)DG的用戶負(fù)荷功率平均值和其額定容量是已經(jīng)知道的，可以用圖論中的帶有權(quán)值的連通圖來(lái)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)的建模。改進(jìn)的Prim算法是求取帶有權(quán)值連通圖的最小生成樹(shù)，它的目的是用邊的權(quán)值最小來(lái)連通圖上的所有節(jié)點(diǎn)。改進(jìn)后的Prim算法，可以對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行搜索，并可以保證配電網(wǎng)重要的負(fù)荷的供電不間斷，形成最大孤島和切除的用戶負(fù)荷的個(gè)數(shù)最少，這將有利于電網(wǎng)故障恢復(fù)后孤島和停電負(fù)荷的快速并入大電網(wǎng)。孤島劃分的過(guò)程一般分為3個(gè)過(guò)程：（1）孤島的建模過(guò)程。將含有分布式電源的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)換成為帶有權(quán)值的連通圖。連通圖的邊連接的用戶負(fù)荷有功功率的大小和用戶負(fù)荷的重要程度決定連通圖的邊的權(quán)值大小，但是負(fù)荷有功功率的大小和負(fù)荷的重要程度之間是沒(méi)有什么直接關(guān)系的。權(quán)值的大小是能夠通過(guò)多個(gè)指標(biāo)評(píng)估的方法而得到，用戶負(fù)荷有功功率越小，重要程度越大，那么得到邊的權(quán)值就會(huì)越小，相應(yīng)的用戶負(fù)荷的優(yōu)先等級(jí)就會(huì)越高，也就是這種負(fù)荷在孤島劃分時(shí)選擇盡可能和DG連通。這是由于在DG額定的容量不變的情況下，保留盡可能多的小容量的用戶負(fù)荷可以很大程度擴(kuò)大孤島范圍，可以減少切除用戶負(fù)荷個(gè)數(shù)，盡可能保障用戶的用電，方便配電網(wǎng)無(wú)縫轉(zhuǎn)換孤島運(yùn)行模式和并網(wǎng)運(yùn)行模式。（2）孤島搜索的階段。使用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的Prim算法對(duì)帶權(quán)值的連通圖進(jìn)行遍歷搜索，按DG的額定容量、邊的權(quán)值大小和用戶負(fù)荷功率的大小來(lái)選擇功率平衡的區(qū)域作為電力孤島，可以得到孤島運(yùn)行時(shí)的解列點(diǎn)。（3）孤島檢驗(yàn)階段。校驗(yàn)孤島內(nèi)的區(qū)域是不是滿足孤島安全穩(wěn)定運(yùn)行符合的約束條件。3.3配電網(wǎng)孤島劃分的原則和約束條件3.3.1配電網(wǎng)孤島劃分的原則配電網(wǎng)的孤島劃分是一個(gè)多對(duì)象、多限定條件的非線性最優(yōu)化的問(wèn)題，我們?cè)谶M(jìn)行配電網(wǎng)孤島劃分時(shí)需要注意以下幾個(gè)原則：1）指重要負(fù)荷優(yōu)先供電原則。在大系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，一些重要負(fù)荷優(yōu)先得到供電恢復(fù)。所以在配電網(wǎng)孤島劃分時(shí)首先將一、二級(jí)負(fù)荷劃入帶有DG的孤島內(nèi)。2）指最大負(fù)荷原則。在符合孤島內(nèi)用戶負(fù)荷消耗功率不超過(guò)全部DG的容量前提下，我們?yōu)榱颂岣吲潆娤到y(tǒng)的可靠性和盡量少的負(fù)荷沒(méi)電供應(yīng)，盡量發(fā)揮孤島內(nèi)DG在配電系統(tǒng)失電時(shí)還能繼續(xù)供電的作用，應(yīng)將盡可能多的用戶負(fù)荷接入孤島內(nèi)，使其供電不間斷。3）指最小網(wǎng)損原則。因?yàn)樵诠聧u內(nèi)DG發(fā)電容量是一定不變的，為了在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)為配電網(wǎng)提供盡可能大的的持續(xù)不間斷的供電，在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行孤島劃分時(shí)應(yīng)充分考慮該原則，在孤島劃分時(shí)靠近DG的用戶負(fù)荷應(yīng)盡可能接入該DG，這樣可以盡可能減少孤島運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)損耗。4）指遠(yuǎn)離變電站的負(fù)荷接入孤島原則，也就是易于恢復(fù)。配電網(wǎng)一般采用的是環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行的輻射狀結(jié)構(gòu)，在電網(wǎng)故障排除之后進(jìn)行供電恢復(fù)，首先會(huì)恢復(fù)上一級(jí)線路的供電，再將已經(jīng)劃分好獨(dú)立運(yùn)行的孤島同時(shí)并網(wǎng)。如果是在配電網(wǎng)的中間區(qū)域形成的電力孤島的話，為了實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行的孤島運(yùn)行模式和并網(wǎng)運(yùn)行模式之間的快速無(wú)縫地轉(zhuǎn)換，我們還需用重合閘裝置來(lái)恢復(fù)孤島外面的用戶負(fù)荷的供電。所以為了快速恢復(fù)供電解除故障，靠近配電網(wǎng)尾端的用戶負(fù)荷應(yīng)該考慮優(yōu)先接入劃分的孤島內(nèi)。3.3.2配電網(wǎng)孤島劃分的約束條件為了保證配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)配電網(wǎng)孤島進(jìn)行劃分時(shí)還應(yīng)該滿足以下的兩個(gè)約束條件：1)指PBC的約束，也稱功率平衡的約束（powerbalanceconstrain），就是保證孤島內(nèi)的功率處于平衡狀態(tài)，孤島內(nèi)DG發(fā)出電功率和其用戶負(fù)荷功率平衡，要求孤島內(nèi)DG發(fā)電總?cè)萘繎?yīng)大于用電負(fù)荷的總?cè)萘?。考慮到配網(wǎng)的無(wú)功主要是在負(fù)荷側(cè)進(jìn)行電容補(bǔ)償，這里主要考慮有功功率的平衡。(1)其中(1)式中，為孤島內(nèi)第i個(gè)DG發(fā)電功率；為孤島內(nèi)用電負(fù)荷的功率。2)指RLC約束，也稱為傳輸線的安全約束（ratedvalueandlimitconstraint）。島內(nèi)線路及變壓器等電氣設(shè)備的電壓電流大小應(yīng)在穩(wěn)態(tài)安全范圍內(nèi)，也就是我們常說(shuō)的不超壓不過(guò)載。(2)其中(2)式中，為線路和變壓器上的流過(guò)最大電流，為線路和變壓器上規(guī)定流過(guò)的額定電流；指的是母線的實(shí)時(shí)電壓，母線的額定電壓。3.4含有DG的配電網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)在電力系統(tǒng)研究中，對(duì)一些復(fù)雜問(wèn)題的建模，不但可以把問(wèn)題簡(jiǎn)化，還可以真實(shí)反映出問(wèn)題的本質(zhì)特點(diǎn)。用戶配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種非常復(fù)雜的非線性結(jié)構(gòu)，和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的圖差不多。圖的一種常用形式無(wú)向連通圖，我們用它可以來(lái)描述配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖中的各種操作方法都可以用于配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)孤島劃分的研究，使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，更加容易存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，搜索數(shù)據(jù)，遍歷圖中的所有節(jié)點(diǎn)。但是要知道使用Prim算法搜索無(wú)向的連通圖得到的生成樹(shù)不是唯一的。對(duì)連通圖遍歷一次所經(jīng)過(guò)該圖中全部節(jié)點(diǎn)以及邊的集合構(gòu)成了連通圖的生成樹(shù)。因此對(duì)連通圖的遍歷的方式不同的話，就可能得出不一樣的生成樹(shù)。顯然Prim算法的這個(gè)特點(diǎn)對(duì)孤島劃分問(wèn)題是不利的，在孤島劃分的問(wèn)題中，在一定的情況下，希望得到孤島劃分結(jié)果是唯一的最優(yōu)的。我們一定要對(duì)Prim算法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，制定特定的搜索起點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，搜索限制條件和搜索的順序，那就可把不可以控制過(guò)程變成了可以控制的孤島劃分的過(guò)程，還保留了使用Prim算法進(jìn)行孤島劃分的好處。中國(guó)的輸電網(wǎng)電壓普遍超過(guò)220KV，高壓配電網(wǎng)的電壓是110KV，中壓配電網(wǎng)電壓等級(jí)是10-35KV。，低壓配電網(wǎng)的電壓等級(jí)是0.4kV。配電網(wǎng)一般都是環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，但一般都是網(wǎng)的運(yùn)行，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加靈活和線路切換更加方便，只要選擇合理的輸電線路可以有效地降低網(wǎng)絡(luò)損耗，所以在配電網(wǎng)孤島劃分中，我們要充分利用環(huán)網(wǎng)的這些優(yōu)點(diǎn)。配電網(wǎng)內(nèi)DG一般都是比較接近的點(diǎn)負(fù)載安裝的，配電網(wǎng)以孤島運(yùn)行時(shí)，DG可以有效給附近的用戶負(fù)荷供電。圖1是含DG配電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行方式。圖1含DG配電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行方式。如圖2是含有DG的7節(jié)點(diǎn)的配電系統(tǒng)，有已經(jīng)用橢圓圈出的電力孤島{L7,L9,L10,DG1,DG4}和{L8,DG2,DG3}。這兩個(gè)相互獨(dú)立的孤島是可以通過(guò)支路{B9,B11},{B5,B10}和母線BUS3連接起來(lái)的，這兩個(gè)孤島多出的的功率之和可以繼續(xù)為別的負(fù)載供電。這樣的話，不但可以把孤島的數(shù)目減少為1個(gè)，還可以降低停電負(fù)載的數(shù)目，提高了配電網(wǎng)供電的可靠性。很明顯把這2個(gè)孤島連接到一起可以有以上列舉的優(yōu)點(diǎn)，但是這樣的連接方式并不是特別的合理，供電線路增加了供電距離，通過(guò)了降壓變壓器，所以增加了功率在線路上的損耗。然而若不把這兩個(gè)孤島連接起來(lái)，配電網(wǎng)孤島運(yùn)行的數(shù)量不是盡可能少的，同時(shí)也不能為盡量多的負(fù)荷供電，這樣還會(huì)增加在故障排除后后恢復(fù)孤島并網(wǎng)運(yùn)行的操作的次數(shù)。也就是說(shuō)我們可以利用配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的特點(diǎn)，通過(guò)支路B14把這兩個(gè)先前劃分好的孤島連接起來(lái)，最后形成一個(gè)新的大孤島{L6,L7,L8,L9,L10，DG1,DG2,DG3,DG4}。圖2包含DG的7節(jié)點(diǎn)的配電系統(tǒng)3.5孤島劃分問(wèn)題的建模配電網(wǎng)一般會(huì)采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)、開(kāi)網(wǎng)運(yùn)行的運(yùn)行方式，因此它的拓?fù)涑梢粋€(gè)連通圖，任何一條供電路徑都可以看作是連通圖一條帶有權(quán)值的邊。圖3是包含有DG的配電網(wǎng)的連通圖，該連通圖就是圖2包含有DG的7節(jié)點(diǎn)的配電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，母線，負(fù)荷和DG都是用用連通圖中的點(diǎn)表示，而該三者的連接用帶有權(quán)值的邊來(lái)表示。為了簡(jiǎn)化連通圖結(jié)構(gòu)和我們算法的運(yùn)算量，我們僅僅使用備用支路和運(yùn)行中的支路來(lái)建立連通圖，而避免出現(xiàn)檢修的支路和故障支路。我們按照一定的約定，建立起配電網(wǎng)的帶權(quán)值的連通圖模型，配電網(wǎng)孤島的劃分問(wèn)題就轉(zhuǎn)化成求取連通圖中最小生成樹(shù)問(wèn)題。那么圖的二元組的定義可敘述為：圖是由節(jié)邊集合和點(diǎn)集合組成。對(duì)于圖G，頂點(diǎn)集合記為V(G)，邊集可記為E(G)，其中邊集E(G)中為無(wú)向邊，則稱該圖為無(wú)向圖。記作集合T=(U,TE)是圖G的一個(gè)最小生成樹(shù)，集合U表示樹(shù)T的頂點(diǎn)集，集合TE表示樹(shù)T的邊集，兩個(gè)集合U和TE的初值均為空集。依照上述的方案建立包含DG的7節(jié)點(diǎn)的配電系統(tǒng)連通圖如圖3，連通圖的頂點(diǎn)集合VDG（DG節(jié)點(diǎn)）、VLoad（負(fù)荷節(jié)點(diǎn)），邊集合EBus（母線-母線邊）、EDG（母線-DG邊）、ELoad（母線-負(fù)荷邊），分別如下：EBus={(BUS1,BUS2)0.5,(BUS2,BUS3)0,(BUS3,BUS4)0.5,(BUS3,BUS5)0.5,(BUS4,BUS5)0,(BUS4,BUS6)0,(BUS5,BUS7)0}；VDG={DG1,DG2,DG3,DG4}；EDG={(BUS5,DG1)0,(BUS6,DG2)0,(BUS6,DG3)0,(BUS7,DG4)0}；VLoad={L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9,L10}；ELoad={(BUS2,L1)W1,(BUS2,L2)W2,(BUS3,L3)W3,(BUS3,L4)W4,(BUS3,L5)W5,(BUS4,L6)W6,(BUS5,L7)W7,(BUS6,L8)W8,(BUS7,L9)W9,(BUS7,L10)W10}。圖3：包含DG的7節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)的連通圖第四章孤島劃分的改進(jìn)Prim算法4.1Prim算法中帶有權(quán)值連通圖的確定由圖論知識(shí)可知連通圖是一種非常復(fù)雜的非線性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，圖G的定義：G=（V,E）,其中集合V表示節(jié)點(diǎn)集，V=其中表示節(jié)點(diǎn)的數(shù)值，n表示節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，有三種節(jié)點(diǎn)：母線的節(jié)點(diǎn)的話，沒(méi)有值；負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，則其表示有功功率的大??；DG節(jié)點(diǎn)，則表示為DG反饋到電網(wǎng)的自身發(fā)電容量。集合E表示邊的集合，E=，其中表示為兩節(jié)點(diǎn)連通成邊，表示邊的權(quán)值。同時(shí)邊也有3種形式：母線和DG相連的邊；母線和母線相連的邊；母線與負(fù)荷相連的邊，每種邊的連接方式不同，說(shuō)明其在配電網(wǎng)的氣的作用不一樣，所以權(quán)值也不一樣。的權(quán)值設(shè)置得越小則說(shuō)明在孤島解列過(guò)程中越要考慮其連通，而其具體的數(shù)值大小沒(méi)有實(shí)質(zhì)意義，其大小的不同僅僅是為了區(qū)別在路徑選取中各自的重要程度，具體權(quán)值的確定方法如下：1）母線和DG相連的邊，這種邊的權(quán)值我們確定為0，是因?yàn)橐纬晒聧u的穩(wěn)定運(yùn)行首先是孤島范圍內(nèi)要有電源，而DG就充當(dāng)孤島內(nèi)的電源，這種邊將DG發(fā)出的電能樹(shù)送到孤島內(nèi)的負(fù)荷。我們把母線與DG相連的邊的權(quán)值設(shè)置為最小值0，表示其優(yōu)先權(quán)最高，也就是在孤島搜索過(guò)程中要求所有的DG都要求包含在孤島內(nèi)的。2）母線節(jié)點(diǎn)和母線節(jié)點(diǎn)的邊，這種邊權(quán)值的確定要是根據(jù)該支路上有沒(méi)有變壓器。一般來(lái)說(shuō)我們把含有變壓器的邊的權(quán)值設(shè)置為0.5，而無(wú)變壓器的支路的邊設(shè)置為0。在特殊情況下，當(dāng)配電網(wǎng)中出現(xiàn)三繞組變壓器時(shí)，這樣就可將其拆分為2個(gè)雙繞組變壓器，于是把邊的權(quán)值設(shè)0.25，因?yàn)槿@組變壓器比雙繞組變壓器的工作效率要高，所以其權(quán)值的優(yōu)先權(quán)要高于雙繞組變壓器。3）母線節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)相構(gòu)成的邊，這種邊的權(quán)值可通過(guò)該邊所連接負(fù)荷的重要程度和負(fù)荷有功功率大小來(lái)共同確定。這種類型邊的權(quán)值決定方法其實(shí)是一種多個(gè)指標(biāo)量化評(píng)估方法，包含負(fù)荷有功功率的大小、負(fù)荷的重要程度兩個(gè)指標(biāo)，以下公式中Wi的大小表示其權(quán)值，主要是通過(guò)兩個(gè)指標(biāo)計(jì)算得到具體邊的權(quán)值。LNi是把所有負(fù)荷按大小進(jìn)行1-10之間標(biāo)準(zhǔn)化處理后的到的值，于是把用戶負(fù)荷功率大小都轉(zhuǎn)化為1-10之間的數(shù)值，同時(shí)又不改變功率數(shù)值間的比例關(guān)系。（3）其中（3）式中：Wi表示的是第i條邊權(quán)值；λ1、λ2為每個(gè)指標(biāo)權(quán)值中所占的比重，采用的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，兩值也是會(huì)不一樣，為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，在本文中我們?nèi)ˇ?=λ2=1；Lmax是需要進(jìn)行孤島劃分的含DG配電網(wǎng)里用戶負(fù)荷有功功率的最大值，同理Lmin是需要進(jìn)行孤島劃分的含DG配電網(wǎng)里負(fù)荷有功功率的最小值；Li是第i個(gè)用戶負(fù)荷有功功率的大?。籐Ni是第i個(gè)負(fù)荷有功功率經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化之后的值；Si是第i個(gè)負(fù)荷的重要程度的指標(biāo)，我們把負(fù)荷分為第一、二、三類，而相對(duì)應(yīng)的S值為1、2、3，其中第1類的負(fù)荷最重要的用戶負(fù)荷。4.2孤島劃分算法步驟根據(jù)圖論的知識(shí)，我們建立了配電網(wǎng)的帶權(quán)值的連通圖的模型，那么孤島劃分的問(wèn)題就會(huì)轉(zhuǎn)化成圖論中求連通圖中的最小生成樹(shù)問(wèn)題。連通圖中搜索生成最小生成樹(shù)過(guò)程中要滿足的原則和約束條件，也可以看成是孤島形成過(guò)程中必須滿足的原則和約束條件。我們使用改進(jìn)后Prim算法，該算法可在短時(shí)間內(nèi)得到孤島劃分的策略，圖G=(V,E)是一個(gè)具備有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶權(quán)值的連通圖，令樹(shù)T=(U,TE)是圖G最小的生成樹(shù)，算法的具體過(guò)程如下所示：先按母線權(quán)值的大小和編號(hào)的順序進(jìn)行搜索,將編號(hào)值最小的母線放入集合U之中，此時(shí)U={BUSi}，而后從其一個(gè)端點(diǎn)已經(jīng)在樹(shù)T中，另外一個(gè)端點(diǎn)在樹(shù)T外的全部邊之中找出一條權(quán)值最小的邊，假定其為(Vi,Vj)，其節(jié)點(diǎn)vi∈U，節(jié)點(diǎn)vj∈V?U，同時(shí)把該節(jié)點(diǎn)vj和邊eij依次加入到樹(shù)T的節(jié)點(diǎn)集U和邊集TE中，按照這樣進(jìn)行下去，每一次循環(huán)都往生成樹(shù)T里加入1節(jié)點(diǎn)和1邊，直到全部搜索全部的母線的節(jié)點(diǎn)。若在搜索連通圖的過(guò)程中，遇到權(quán)值相同時(shí)，則應(yīng)取i+j值最小的邊。2）按DG編號(hào)順序先后依次進(jìn)行搜索。先求出DG節(jié)點(diǎn)集合VDG中DG發(fā)出有功功率總和PDG，之后把DG節(jié)點(diǎn)集合VDG和與DG連接邊的集合EDG分別并入到樹(shù)T的節(jié)點(diǎn)集U和邊集TE中。由于DG是沒(méi)有權(quán)值的區(qū)分，因此可以一次性完成并入。3）按連通圖邊(指連接有負(fù)荷的邊)的權(quán)值順序(從小到大)依次進(jìn)行搜索。選擇邊權(quán)值最小的用戶負(fù)荷Li，檢驗(yàn)PDG（循環(huán)后孤島內(nèi)剩余的發(fā)電容量）是否大于用戶負(fù)荷Li。如果PDG大于負(fù)荷Li，于是把負(fù)荷Li在節(jié)點(diǎn)集VLoad、邊集合ELoad中的節(jié)點(diǎn)和邊分別加入到樹(shù)T的節(jié)點(diǎn)集U和邊集TE之中，更新該操作后的PDG：PDG=PDG?Li；若PDG小于負(fù)荷Li，也就是孤島內(nèi)的功率不足以供電，停止搜索圖G，跳出循環(huán)。4）校驗(yàn)孤島階段。對(duì)通過(guò)算法搜索獲得的孤島范圍進(jìn)行更進(jìn)一步的驗(yàn)證，驗(yàn)證孤島范圍內(nèi)是不是能滿足孤島獨(dú)立運(yùn)行的安全條件。我們對(duì)搜索后得到的孤島范圍進(jìn)行線路的潮流計(jì)算，檢查孤島內(nèi)線路是否有過(guò)載的情況出現(xiàn)，同時(shí)還可以檢查母線是否超壓。防止孤島中線路出現(xiàn)過(guò)載的方法是要充分利用配電網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，投入一些支路來(lái)分流出現(xiàn)過(guò)載的線路上的電流，通過(guò)投切電容器來(lái)解決母線電壓越限的情況。5）優(yōu)化最小生成樹(shù)階段。按照步驟1）-3）進(jìn)行搜索得集合樹(shù)T=(U,TE)，樹(shù)T已經(jīng)符合孤島搜索的一些基本的要求，如切除的負(fù)荷個(gè)數(shù)最少，形成孤島的范圍最大。在樹(shù)T中，由于連通結(jié)構(gòu)是無(wú)環(huán)單連通的，每2個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一條連通的支路，并且不能構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。需要考慮到有些母線可能會(huì)處于電網(wǎng)的末端，其中并沒(méi)有連接有負(fù)載，為了簡(jiǎn)化問(wèn)題簡(jiǎn)化計(jì)算，在該步驟中，我們把只連接一條母線的母線忽略不計(jì)。運(yùn)行完以上改進(jìn)Prim的算法后，最后會(huì)形成樹(shù)T=(U,TE)就是配電網(wǎng)在發(fā)生故障后形成的孤島劃分方案。頂點(diǎn)集U內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，就是運(yùn)行該孤島方案時(shí)需閉合的節(jié)點(diǎn)；頂點(diǎn)集U外的節(jié)點(diǎn)，便是運(yùn)行該孤島方案時(shí)需斷開(kāi)的節(jié)點(diǎn)，這個(gè)一般可以通過(guò)電腦端的控制開(kāi)關(guān)控制。7節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的負(fù)荷功率大小，DG的有功功率大小和相對(duì)應(yīng)邊的權(quán)值見(jiàn)表1。表17節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)負(fù)荷功率，邊的權(quán)值和DG發(fā)出的有功功率名稱功率/MW權(quán)值(Wi）名稱功率/MW權(quán)值(Wi）L11.036.0L80.916.2L20.932.4L90.518.0L30.828.8L100.712.6L40.527.0DG11.0-L50.725.2DG21.0-L60.814.4DG30.5-L70.621.6DG41.0-4.37節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)孤島劃分應(yīng)用實(shí)例我們采用的孤島劃分改進(jìn)Prim算法的流程圖如圖4。按照本節(jié)提出的算法，我們對(duì)圖3連通圖的搜索過(guò)程如下圖所示：圖4孤島劃分算法的流程U={BUS1,BUS2,BUS3,BUS4,BUS5,BUS6,BUS7}，TE={(BUS1,BUS2)0,(BUS2,BUS3)0,(BUS3,BUS4)0,(BUS4,BUS5)0,(BUS4,BUS6)0,(BUS5,BUS7)0}。U={BUS1,BUS2,BUS3,BUS4,BUS5,BUS6,BUS7,DG1,DG2,DG3,DG4}，TE={(BUS1,BUS2)0,(BUS2,BUS3)0,(BUS3,BUS4)0,(BUS4,BUS5)0,(BUS4,BUS6)0,(BUS5,BUS7)0,(BUS5,DG1)0,(BUS6,DG2)0,(BUS6,DG3)0,(BUS7,DG4)0}。U={BUS1,BUS2,BUS3,BUS4,BUS5,BUS6,BUS7,DG1,DG2,DG3,DG4,L10,L6,L8,L9,L7}，TE={(BUS1,BUS2)0,(BUS2,BUS3)0,(BUS3,BUS4)0,(BUS4,BUS5)0,(BUS4,BUS6)0,(BUS5,BUS7)0,(BUS5,DG1)0,(BUS6,DG2)0,(BUS6,DG3)0,(BUS7,DG4)0,(BUS7,L10)12.6,(BUS4,L6)14.4,(BUS6,L8)16.2,(BUS7,L9)21.6,(BUS5,L7)21.6}。4）對(duì)經(jīng)過(guò)算法搜索得到孤島的區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)孤島范圍能很好滿足孤島安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。U={BUS4,BUS5,BUS6,BUS7,DG1,DG2,DG3,DG4,L6,L8,L9,L7,L10}，TE={(BUS4,BUS5)0,(BUS4,BUS6)0,(BUS5,BUS7)0,(BUS5,DG1)0,(BUS6,DG2)0,(BUS6,DG3)0,(BUS7,DG4)0,(BUS7,L10)12.6,(BUS4,L6)14.4,(BUS6,L8)16.2,(BUS7,L9)21.6,(BUS5,L7)21.6}。經(jīng)過(guò)一系列優(yōu)化措施后最終完成孤島搜索，得到的孤島劃分方案如圖2所示虛線方框內(nèi)區(qū)域。第五章實(shí)例驗(yàn)證仿真與分析5.1算法實(shí)例仿真圖5所示是含有DG的某城市的配電系統(tǒng)，該配電系統(tǒng)是通過(guò)高壓母線BUS1接入進(jìn)行供電，該配電系統(tǒng)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但是開(kāi)網(wǎng)運(yùn)行。在35KV和10KV的電壓等級(jí)的母線上接入分布式電源，并且是靠近負(fù)荷位置接入配電網(wǎng)，在圖中負(fù)荷箭頭的類型代表的是負(fù)荷等級(jí)：粗的箭頭是表示的是一級(jí)負(fù)荷，細(xì)實(shí)箭頭是表示二級(jí)負(fù)荷，虛箭頭是表示三級(jí)負(fù)荷。圖5含DG的某城市配電系統(tǒng)由圖5中給出的數(shù)據(jù)以及上文式（3）算得表2數(shù)據(jù)：表2配電系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)應(yīng)邊的權(quán)值及DG發(fā)出的有功功率。名稱功率/MW權(quán)值名稱功率/MW權(quán)值名稱功率/MW權(quán)值L11.5137.06L130.8313.58L250.6510.64L21.3210.8L141.422.9L260.7217.67L30.735.97L150.5513.5DG120L40.914.73L161.6026.18DG220L50.717.19L170.9723.8DG320L61.3221.6L181.127DG420L71.1027L191.0917.84DG520L81.209.82L200.917.45DG62.50L90.7718.9L210.7418.16DG710L101.3332.65L220.54.09DG830L111.2119.8L230.7111.61DG920L120.614.99L241.3410.965.2仿真結(jié)果分析經(jīng)上述第四章提到的基于改進(jìn)Prim的方法進(jìn)行搜索生成最小生成樹(shù)及校驗(yàn)孤島穩(wěn)定運(yùn)行的條件，我們假設(shè)故障事故發(fā)生在母線BUS1上，該母線切斷后，這城市配電系統(tǒng)和輸電網(wǎng)絡(luò)就會(huì)斷開(kāi)，根據(jù)上述的孤島劃分的算法我們可以獲得如圖6所示的孤島運(yùn)行的方案。圖中陰影部分是發(fā)生故障后停電范圍，而配電系統(tǒng)會(huì)構(gòu)成一個(gè)能持續(xù)不間斷供電的孤島，一共切除了5個(gè)三級(jí)負(fù)荷。當(dāng)故障恢復(fù)后，形成孤島的區(qū)域能通過(guò)同期裝置并網(wǎng)，陰影區(qū)域則可以通過(guò)直接重合閘來(lái)并網(wǎng)。發(fā)生故障后，孤島運(yùn)行方式負(fù)荷的恢復(fù)情況如表3，其一級(jí)負(fù)荷和二級(jí)負(fù)荷可以完全恢復(fù)供電，三級(jí)負(fù)荷的部分能恢復(fù)供電。從圖6及表3可看出本文提的改進(jìn)Prim算法可以很好地適用于一般的配電網(wǎng)，能很快速地得到合理可靠的孤島劃分的方案。首先不僅可以優(yōu)先滿足一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷的供電，還可以很大范圍地恢復(fù)三級(jí)負(fù)荷地供電。其次，還能有效配合重合閘裝置與保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的孤島運(yùn)行模式和并網(wǎng)運(yùn)行模式之間的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換。所提出的算法在運(yùn)行的每一步都檢驗(yàn)了孤島安全運(yùn)行的約束條件，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些不穩(wěn)定的因素，然后加以排除，能確保在孤島條件下配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠安全穩(wěn)定。圖6配電系統(tǒng)BUS1故障后按照改進(jìn)Prim算法得到的孤島方案統(tǒng)計(jì)該孤島劃分方案不同負(fù)