基于配电网保护与控制现状的DG孤岛运行方式
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并网运行模式下,微电网系统对微源的可靠性要求不高;孤岛运行模式下,则需要依靠可靠的DG和储能系统来保证微电网平稳运行。
为此,本文以风光储多种微源低压微电网作为研究对象,采用基于主从控制的源荷平衡控制策略,确保在孤岛运行模式下微电网功率保持平衡、电压和频率保持稳定。
通过MATLAB建立微电网模型,仿真结果验证了低压微电网在孤岛运行模式下,采用该控制策略的可行性和有效性。
01.低压微电网的系统组成本文的研究对象是风光储低压微电网系统,该系统如图1所示。
图1低压微电网系统图微电网系统由风机、光伏电源、储能电池、变流器、负荷、配电网控制系统等组成。
发电侧包含风机、光伏电源、储能电池等,通过变流器将微源的输出转换为满足并网条件的电能;用电侧根据负荷优先级的不同,分为重要负荷与可控负荷。
为了能与配电网友好融合,微电网包含三个层级的控制系统,即配网级的能量管理系统(EMS)、微电网级的微电网中央控制器(MicroGridCentralController,MGCC)单元级的微源和负荷的就地控制器,三者互为联系协调配合,保障微电网稳定运行。
微源控制器包含在逆变器中,将微源的运行状况实时地送往MGCC;负荷控制器为低压测控装置,一方面可将负荷用电情况送往MGCC,另一方面可根据MGCC的指令投切负荷;MGCC根据单元级控制系统上送的电气信息对微电网进行统一协调控制,同时接收EMS下发的调控指令。
另一方面,微电网的运行与各微源特性、负荷特性密切相关,为了平抑DG的出力波动以及负荷的需求波动,对储能系统进行有效的能量管理至关重要。
同时,微电网的孤岛运行亟需解决电压和频率的管理、微源和负荷的平衡等问题,因此,需要可靠的储能系统充放电策略和源荷协调控制策略保证微电网的平稳运行。
02.孤岛模式下低压微电网的控制策略2.1微源控制策略光伏、风机、储能电池等DG经过电能变换装置接入微电网,其基本控制方法包括V/f(恒压/恒频)控制、PQ(恒功率)控制和Droop(下垂)控制等[9]。
考虑负荷控制的有源配电网故障恢复策略姜惠兰;钱广超;范中林;陈娟【摘要】主动配电网的建设使得负荷控制成为电力系统日常调度手段之一. 根据有源配电网的负荷灵活控制特性,提出了考虑负荷控制参与的有源配电网故障恢复策略.基于目前配电网仍存在大量手动开关的现状,故障发生时,由于开关操作时间较长,不利于迅速形成孤岛恢复失电负荷.首先利用白适应选择数学模型的负荷控制策略,快速切负荷形成孤岛,充分发挥DG的出力,保障重要负荷的不间断供电;然后对整个有源配电网重构优化,以网络损耗小、开关操作次数少为目标建立优化模型,采用环路编码策略,利用NSGA2算法进行求解.算例表明,所提出的策略能有效解决有源配电网故障恢复问题.%With construction of active distribution network,load control has become a general means for power system dispatch.Based on load control flexibihty,a service restoration strategy for distribution system with distributed generation (DG) is proposed,which fully considers the influence of load control.When serious failures result in large area power blackout,it is difficult to ensure that DG switches to islanding operation mode without losing stability as a result of long operation time,given numerous manual switches in current distribution system.In order to maintain power supply of important load and make full use of renewable energy sources,proposed method switch DG to islanding operation mode first using load control with adaptively selecting mathematicalmodel.Second,for the purpose of reducing active loss and number of switching operations,the NSGA2 algorithm is adopted to perform reconfiguration of distribution network to restore non-failure powerblackout area using a loop encoding strategy.The proposed restoration method is exerted on a 33-node feeder.The simulation results demonstrate validity of proposed method.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2017(050)003【总页数】6页(P101-106)【关键词】配电网;故障恢复;负荷控制;分布式电源;NSGA2【作者】姜惠兰;钱广超;范中林;陈娟【作者单位】天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TM721智能配电网自愈控制是以保障用户不间断供电为控制目标,在配电网发生故障后,采取有效的控制策略,正确迅速地恢复失电负荷,对于提高系统供电可靠性具有重要意义[1]。
第1章前言第1章前言1.1选题的背景及研究的目的和意义由于煤、石油和天然气等一次能源的日益枯竭,以及人们对能源的依赖程度日益增大,能源问题越来越制约着我国电力系统的发展。
而燃煤为主的火力发电造成大气环境污染、化石燃料大量排放造成的温室效应导致气候变暖等问题已经成为了全球性的难题。
因此如何保证电力能够安全与稳定的供应成为了亟待解决的问题。
电力生产在最初阶段的方式是集中发电、远距离输电、大电网之间相互联系,其过程存在三个特点:即电力生产的整体性、同时性与随机性。
整体性与同时性即发电、输电和供配电的过程是不可分割的并且同时进行的,其中任何一个环节出现问题,电力生产都将难以完成。
而电力生产的随机性则指负荷、设备异常情况以及电能质量等都在随时变化着,因此在电力生产中需要做到实时调度与安全监控,能够跟踪随机事件的动态情况,以确保电网的安全运行。
但是电力建设成本高,运行难度比较大,已经越来越难以满足当今社会对电力的可靠性和安全性的需求。
近几年来,我国多个地区出现罕见的用电高峰,期间的多次事故给国家和人民造成了重大的经济损失。
美欧地区也有很多国家发生过多次大面积停电事故,致使大电网的脆弱性日益暴漏出来。
现如今,一次能源日益枯竭,环境污染问题也日益严重,传统大电网的脆弱性日益暴漏,致使全球化电力市场改革进程加快,在此背景下有学者提出了分布式发电系统这个概念。
分布式发电被认为是减少环境污染、提高能源的利用效率、增强电能供应的可靠性以及可以满足社会发展对电力日益增长的需求等的一种有效的解决途径。
分布式电源经常分散布置在用户的周围,其发出功率为数千瓦到百兆瓦不等。
相比于传统的集中式供电,分布式电源的安装位置比较灵活,并且比较分散,能更好的利用当地的资源分布,更能适应电力的需求;并且分布式电网与大电网之间又可以相互备用,有效地提高了电能的利用率,供电可靠性明显增强;输电和变电的过程中又可以减轻故障对其造成的影响,可以有效的提高电能质量;能够避免各地区电网之间由于电压和频率波动而相互造成的影响,从而可以防止由于局部电力故障而造成电网大面积的停-1 -电事故,等等。
基于微电网孤岛运行下的保护分析与仿真朱雪凌;韩菲;刘佳【摘要】建立了微电网运行下的等效电路图.微电网孤岛运行内部发生故障时,微电网提供的短路电流不足以让传统的过流保护动作.用MATLAB/Simulink对基于电压扰动的保护策略进行了仿真分析.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2013(034)001【总页数】3页(P94-96)【关键词】微电网;分布式电源;孤岛运行;保护策略【作者】朱雪凌;韩菲;刘佳【作者单位】华北水利水电学院,河南郑州450045;华北水利水电学院,河南郑州450045;华北水利水电学院,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TM771随着人们对环境问题的日益关注和高效小容量发电技术的成熟,分布式电源(Distributed Generation,DG)的数量及其在电力系统中所占的比重越来越高.为了最大限度地利用DG的发电能力,提高系统的供电可靠性,IEEE出台了一套解决孤岛问题的标准 IEEEl547—2003[1].该标准不再禁止有意识的孤岛存在,而是鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现分布式电源的孤岛运行.然而,微电网在孤立运行模式下,各种故障电流限制在较低的水平,使得传统保护设备无法动作,从而起不到保护作用,需要开发新的保护方法.1 微电网及其孤岛运行微电网是指将一定区域内(例如某一街区、某几个大型建筑物)或某些企事业内各单位拥有的分散的发电资源(例如自行供电的发电设备或备用发电机组、太阳能发电装置、风力发电设备等可再生能源发电装置)连结起来共同向各单位供电,并通过配电网与主干大型电力网并联运行,形成一个大型电网与小型发电设备联合运行的系统.微电网主要包含分布式电源DG(光伏系统,燃料电池等)、低压配电系统、储能单元和用电负荷.它与主电网通过公共耦合点相连形成并网运行,或者单独以一种可控协调的方式形成孤岛运行[2].微电网能在并网运行和孤岛运行2种模式间切换.其中将微电网与大电力网隔离,单独运行即为孤岛运行方式.孤岛运行的特征主要包括:由分布式电源单独供电;与主电网系统分离的、独立的配电网络;能独立运行;电压和频率保持在允许的范围内[3].2 微电网孤岛运行方式下的保护问题微电网技术出现后,DG不再以独立发电设备的形式并网,而是与储能系统、当地负荷、控制系统等组成微电网后再与配电系统并网,配电系统故障时,允许DG 带微电网内的重要负荷继续运行[4].此时由于失去了配电系统的较大的短路容量支持,联络线或馈线上故障的特征也与由配网供电运行时有很大的不同.因此,必须要验证微电网在孤岛运行时,原有保护还能否可靠动作.2.1 低压配电线路保护配置400 V配电系统常采用的保护多为三段式或两段式电流保护,典型的三段式过电流保护有瞬时电流速断、限时电流速断及定时限过电流保护[5].目前400 V出线一般只要求装设电流速断和过电流保护即可满足保护范围及保护配合的要求.过电流保护根据被保护设备及配合要求可以采用定时限电流保护.2.2 低压配电线路故障输出特性的理论分析当配电网为负载供电时,图1为配电网供电等效电路,其中的Z0,Z2,Z3分别是配电网、线路和负载的等效阻抗,U,I分别为断路器QF处的相电压和相电流相量.参数设置:Z0忽略不计,Z2=R2+jX2=0.320 5+j0.050 5,Z3=R3+jX3=10+j 3.14.图1 配电网供电等效电路图图1中若线路末端K点发生三相金属性接地短路时,在进行故障暂态分析的时候,配电网系统等效电源的相电动势不变,I'是故障后输出的相电流的相量,那么流过断路器QF的电流有效值在故障前后的关系近似为2.3 DG故障输出特性的理论分析微电网的实现基础是电力电子技术,微电源是微电网中最重要的组成部分,各种微电源大部分都通过逆变器进行联网.这里以逆变型分布式电源为例介绍它的故障输出特性.逆变型分布式电源具有一个共同特征,就是由于电源与电网之间有电力电子接口进行隔离,电源与电网之间仅进行有功功率的传输[6].DG的输出功率仅由燃料进料或风速、光强、温度等外界环境决定,而且上述参数的变化是缓慢的.因此,在进行故障暂态分析的时候,可以认为它们无变化.图2为DG并网供电等效电路图,其中的Z1为DG的等效阻抗,其他参数如图1所示.图2 DG并网供电等效电路图如图2所示,在孤岛运行时,即静态开关断开,若忽略掉电流在 DG等效内阻Z1上的损耗,那么DG正常运行时输出的有功功率为若线路末端K点发生三相金属性接地短路时,此时DG输出的有功功率为由以上假设可知,在进行故障暂态分析的时候,DG输出的有功功率可以认为无变化,那么流过断路器QF的电流的有效值在故障前后的关系式为从式(1)和式(4)可以观察到DG的故障输出特性与配电网有很大的区别.由于线路阻抗与系统内阻抗一般远小于负载阻抗,这也就对应于微电网孤岛运行下,微电网内部故障,短路电流变小的情况,那么原有的保护可能无法进行可靠动作,这时微电网要采用新的继电保护策略[7].3 基于电压扰动的保护策略及仿真3.1 保护策略参考文献[8]提出了适用于微电网孤岛运行时发生故障的快速检测方法.它的主要原理就是根据分布式电源的输出电压发生扰动的情况来判断微电网内是否发生了故障,并且能够区分发生了什么类型的故障.首先利用标准的电压互感器检测DG出口的三相端电压.将获取的三相机端电压,通过派克变换矩阵得到Ud和Uq,将Ud,Uq信号与一个周期性更新的参考信号Udref和Uqref比较,检测系统是否出现故障.通过计算公式UDIR1=Udref-Ud和UDIR2=Uqref-Uq得到扰动电压UDIR1和UDIR2,根据UDIR1和 UDIR2值的特征就能判断系统是否发生故障.3.2 仿真结果在MATLAB/Simulink中建立如图2所示模型.在DG孤岛运行时,发生三相短路、单相短路以及两相短路时仿真结果如图3—5所示.图3 三相短路后扰动电压仿真结果图3—5每个图中3条曲线从上到下依次是故障后UDIR1、零轴和UDIR2曲线,从这3个图中可以明显看出,UDIR2曲线由于故障类型的不同而有很大的不同.对于单相接地故障,UDIR2为一个摆动信号,变化范围从接近于0值变换到最大值;对于两相故障;UDIR2的变化范围从某一特定电压值变化到最大值,可以理解为其由一个稳定信号和摆动信号组成;对于三相故障,UDIR2是一个较为稳定的直流信号.根据以上分析,从电压信号状态可以判断是否发生故障和发生了哪种类型故障.而且根据扰动电压信号出现的时间可以判断故障开始和结束的时间.4 结语针对微电网孤岛运行下的故障输出特性,提出了基于电压扰动的保护策略,并进行了仿真分析,得出以下结果.1)正常运行下,UDIR2为一个接近于0的值.2)单相接地故障时,UDIR2为一个从0变化到最大值的摆动信号.3)两相接地故障时,UDIR2从一个不为0的值变化到最大值,可以认为其由一个稳定信号和摆动信号的复合组成.4)三相接地故障时,UDIR2为一个不为0的较为稳定的直流信号.参考文献[1] IEEE.Std1547—2003 IEEE Standard for Interconnecting DistributedResources with Electric Power Systems[S].2003.[2]徐青山.分布式发电与微电网技术[M].北京:人民邮电出版社,2011. [3]时珊珊,鲁宗相,闵勇,等.微电网孤网运行时的频率特性分析[J].电力系统自动化,2011,35(9):37-41.[4]余娟,孙呜,邓博.DG的孤岛运行方式及其对保护与控制的影响[J].电力建设,2009,30(6):21-24.[5]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].3版.北京:中国电力出版社,1994.[6]李盛伟.微型电网故障分析及电能质量控制技术研究[D].天津:天津大学,2009.[7]林霞,陆于平,王联合.分布式发电条件下的新型电流保护方案[J].电力系统自动化,2008,32(20):50 -55.[8]张宗包,袁荣湘,赵树华,等.微电网继电保护方法探讨[J].电力系统保护与控制,2010,38(18):204 -208.。
火电厂发电机组孤岛运行方式研究摘要:发电机组孤岛运行是一种特别的运行模式,它不仅要求发电机组的控制系统能够及时响应外部环境的变化,而且还要求操作人员拥有良好的技能,以确保发电机组能够稳定、可靠地运行。
目前,我国火力发电机组的发电量已经超过70%,占据着绝对的主导地位。
尽管火电机组的结构复杂、系统众多,但是一旦出现孤岛运行,就很难确保机组的稳定性和发挥其最大的安全保障功能。
因此,研究发现,在孤岛环境下运行发电机组可以提高安全性和供电可靠性,这对于保障生产安全稳定至关重要。
本文旨在探讨某火电厂在遭遇雷雨或故障失电后,如何采取有效的控制策略,以确保发电机组孤岛运行的安全性。
关键词:发电机组;外电网;失电;孤岛运行0引言近年来,由于各种原因,如人为、自然灾害、事故等,一些地区的电力系统经常遭受大规模的断电,这给一些企业的安全生产带来了极其严峻的挑战,甚至可能导致灾难性的后果。
为了应对这种情况,一些企业选择了使用地方电网和自备发电机组的双电源供电模式。
当电力供应充足时,企业可以通过自发电或者下网电来实现生产;但是,一旦电力供应中断,就必须立即采取措施,以确保企业的重要负荷得到有效的维护。
此时,必须及时调整发电机的负载,以维持电力的稳定,并且还必须加强对发电机组的控制系统以及操作人员的技能培训。
1发电机组孤岛运行条件通常,孤岛运行需要发电机组在脱离电网后,首先调速系统能够控制住机组转速不升至超速停机保护值,同时能够维持机组频率在48.5-50.5HZ之间;。
此外,发电机组还需要有可靠的主蒸汽旁路系统和排汽系统来消纳多余的主蒸汽,确保锅炉不会超压,同时其负荷能满足锅炉最低稳燃负荷,确保锅炉能够长期稳定运行。
2发电机组孤岛运行注意事项(1)在小型电网中,如果有多个发电机组同时工作,为了维护电量的均衡,应该优先考虑那些具有较强的调节功率和较高的容量的机组,以确保其他机组的发电负荷得到稳定。
(2)在孤立的状态下,操作人员应该经常检查有功功率和无功功率,特别是在设备启动或关闭的过程中,应该尽量降低电压和频率的变化。
分布式发电反孤岛保护检测方法杨彦会【摘要】介绍了分布式发电并网系统孤岛检测的基本方法.根据孤岛检测的基本原理和分布式电源的类型进行分类,从4个大方面(基于通信技术的检测、本地检测、逆变器内无源检测及新型孤岛检测)对孤岛检测方法进行了阐述,对每一方面又根据其不同的检测原理给出了若干具体的检测方法.详细阐述了各种检测方法的理论依据和性能,并比较了其优缺点.对每种检测方法在实际应用中的可行性和效果进行了论述,对分布式发电系统孤岛检测的发展前景进行了展望.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】10页(P34-43)【关键词】分布式发电;并网系统;孤岛运行;孤岛检测【作者】杨彦会【作者单位】北京天诚同创电气有限公司,北京100176【正文语种】中文【中图分类】TM61;TP273随着社会经济的不断发展,人们对能源的需求越来越大,分布式发电(Distributed Generation,DG)在电力系统中的作用越来越大。
不同于常规的大容量的以化石燃料或核能作为一次能源的发电系统,分布式发电系统(Distributed Generation System)是指功率为数千瓦至几十兆瓦、与环境兼容的独立电源系统,用以满足电力系统和用户的特殊要求。
它具有灵活的变负荷调峰性能,可为边远用户或商业区提供较高的供电可靠性,节省输变电投资,适合于可再生能源的利用[1]。
大部分DG系统采用风能、太阳能或水能等绿色能源。
分布式电源并网有助于改善电能质量,减小线损,缓解输配电容量并提高电力系统的稳定性。
同时,我们也应该看到,分布式电源的接入会不可避免地给电网运行带来一系列的难题,其中一个重要难题就是分布式发电的保护问题。
分布式电源接入配电网最重要的一点是改变原来配电网络的潮流方向,使配电系统从单电源辐射式网络变为双端或多端有源网络。
由于传统的配电网是单电源放射状结构,其保护系统相对较为简单。
孤岛控制算法
孤岛控制算法是一种用于控制孤岛运行的算法。
孤岛运行是指一个电网系统与主电网断开,独立运行的情况。
这种状况可能是由于电网故障、计划停电或者自然灾害等原因造成的。
孤岛控制算法的目标是在孤岛运行期间,确保电力系统的稳定性和安全性。
以下是孤岛控制算法的一般步骤,仅供参考:
1. 检测孤岛:首先需要检测到孤岛的存在。
这通常通过监测电
网的频率、相位、电压等参数来完成。
当这些参数发生异常变化时,可能表明电网已经进入孤岛运行状态。
2. 隔离孤岛:一旦检测到孤岛,需要尽快将其与主电网隔离,
以防止对主电网造成影响。
这可以通过操作继电器、断路器等设备来实现。
3. 频率和电压调节:在孤岛运行期间,需要确保电力系统的频
率和电压在可接受的范围内。
这通常通过调节发电机组的出力来实现。
如果频率过高或过低,可能需要通过增加或减少发电机组的出力来调整。
同样,如果电压过高或过低,可能需要通过调节变压器的分接头或者发电机组的励磁电流来调整。
4. 负荷管理:在孤岛运行期间,需要对负荷进行管理,以确保
电力系统的稳定性。
这可能包括对部分非关键负荷进行切除,或者对一些大负荷进行转移。
5. 恢复并网:当电网故障排除后,需要将孤岛重新并入主电网。
这需要操作相应的开关设备和保护装置,确保并网过程的安全和稳定。
孤岛控制算法通常需要结合电网的实时数据和系统的状态信息来进行决策和控制。
在实际应用中,还需要考虑各种不确定因素和突发情况,以确保电力系统的安全和稳定。
主动配电网供电恢复过程中的孤岛划分及并网方法戴志辉;王旭;陈冰研【摘要】制定主动配电网供电恢复策略时,充分利用分布式电源(DG)的发电能力,对于扩大恢复面积、提高供电可靠性具有重要意义.本文提出了基于广度优先算法、考虑DG运行特性和备用容量的动态孤岛划分策略,设计了馈线自动化终端(FTU)并网功能模块校验并网条件,并利用改进恒压、恒频控制策略(V/f)快速调节不满足并网条件的DG,使其重新并网.仿真验证表明,综合DG运行特性和备用容量的孤岛划分策略能更有效地保证孤岛运行的稳定性和电压、频率等调节的实现.FTU同期并网控制功能和改进V/f控制策略的协调配合,有助于实现DG孤岛快速、稳定并网运行.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)009【总页数】7页(P1-7)【关键词】供电恢复;孤岛划分;同期并网;改进V/f控制策略【作者】戴志辉;王旭;陈冰研【作者单位】河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学),保定 071003;河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学),保定 071003;河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学),保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TM77随着环境和能源问题的日益严峻,分布式电源DG(distributed generation)及其并网技术得到迅速发展。
具有主动控制和能量管理、高DG渗透率的主动配电网成为配电网建设和研究的热点。
目前还在致力于突破DG与配网接口、继电保护与控制以及DG运行效率的研究。
DG的存在及其主动参与加剧了供电恢复问题的复杂性[1],研究DG孤岛划分策略、恢复并网方法,提高用户供电可靠性具有重要意义。
系统正常运行时,主电网对并网的各类DG具有电压、频率支撑作用。
当系统故障时:若为DG故障,系统的断路器动作,跳开故障DG;若为线路故障,则DG 有并网、孤岛、停运3种运行模式。
供电恢复时,先孤岛划分、再实现除孤岛外剩余网络重构的供电恢复策略[2-3],充分利用了DG,但由于计划孤岛中未考虑DG备用容量和重并网等因素,不能保证孤岛区域稳定运行和恢复策略最优。
浅谈DG并网对配电网的影响发表时间:2016-04-20T15:31:45.633Z 来源:《电力设备》2015年第9期供稿作者:何利君郑琳[导读] 云南电网有限责任公司红河供电局随着可再生能源技术不断发展,DG已经成为电网能源补充的重要来源之一。
(云南电网有限责任公司红河供电局云南省红河州蒙自市 661199)摘要:本文根据分布式电源(Distributed Generation, DG)并网特点和要求,从不同方面分析了DG并网后对配电网继电保护、电能质量、系统可靠性、隔离变压器、经济效益和实时监控、调控等方面的影响,对分布式电源技术和配电网的发展具有重要意义。
关键词:DG,继电保护,可靠性,电能质量引言分布式电源(Distributed Generation,DG)指为满足用户特定的需要、支持现存配电网的经济运行或同时满足这两方面的要求且在用户现场或靠近用户现场的小型、与环境兼容的发电系统。
它通常采用太阳能、地热能、生物质能、天然气、沼气等进行发电,是一种最清洁、最有效的能源利用方式[1]。
随着可再生能源技术不断发展,DG已经成为电网能源补充的重要来源之一。
其规模大约在几十千瓦至几十兆瓦,相对于电网属于中小规模。
一般而言,分布式电源可以采取并网运行或者单独运行(也称孤岛运行)的方,与配网并网运行时,直接经隔离变压器与配电网380V 或10kV母线相连接。
DG大规模在配电网接入导致在局部供电系统结构发生变化,短路电流的分布发生巨大的变化,导致继电保护、安全自动装置不能正确动作。
同时,DG接入还会对配电系统的电能质量、可靠性、经济效益、实时监控和调节等方面的影响。
由于配电网对用户供电需保证相当高的可靠性和电能质量,只有在DG对配电网的不利影响基本消除后,DG才能与并入配电网运行。
DG对继电保护的影响分布式电源接入配电后,网络结构由单一电源变成多电源网络。
正常运行时,网络中的潮流分布将发生变化,导致系统故障时短路电流的大小、流向均会发生变化。
考虑负荷管理影响的配电网孤岛划分方法程寅;周步祥;林楠;王学友【摘要】采用改进的邻接矩阵模型,通过对含分布式电源DG的配电网系统进行合理的简化假设,实现了对配电网网架结构的参数化运算.充分考虑负荷管理对孤岛划分的影响,根据孤岛运行时的功率平衡等要求以及优先保证重要负荷的供电等原则,依据定义的“负荷顺序”采用启发式的搜索策略,能在较短时间内得到可行的孤岛划分方案,包含DG的配电网合理运行、规划和改造提供依据.该方法适合计算机编程,且充分考虑了孤岛划分问题中可能出现的各种约束条件.通过配电网IEEE34节点测试馈线的仿真结果,说明了所提方法的正确性和可行性,并证明负荷管理对孤岛划分的影响.%To realize the parametric operations for distribution network' frame, the improved model of adjacent matrix is used and some reasonable simplifications and hypotheses are made for distribution network with DGs. The proposed algorithm fully considers the influence of load management. According to the requirement of power balance under island operation and the principle of priority for the important loads, based on self-defined 'Load-sequence', the heuristic search strategy is adopted to draft a feasible islanding scheme immediately, which provides the basis for reasonable operation, planning and reconstruction of distribution network with DGs. The proposed method is suitable for computer programming, various constrains which may appear during the islanding process are also fully considered. Simulation results on the IEEE 34 node test feeder show the correctness and feasibility of the proposedmethod and the influence of load management on the islanding process is verified.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2012(024)003【总页数】7页(P101-106,115)【关键词】配电网;分布式电源;孤岛划分;邻接矩阵;负荷管理【作者】程寅;周步祥;林楠;王学友【作者单位】四川大学电气信息学院,成都610065;四川大学电气信息学院,成都610065;四川电力职业技术学院,成都610071;四川大学电气信息学院,成都610065【正文语种】中文【中图分类】TM715智能电网是经济和技术发展的必然结果,智能电网的主要特征之一就是分布式电源的大量接入和充分利用[1,2]。
基于配电网保护与控制现状的DG 孤岛运行方式孙 鸣,余 娟(合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽省合肥市230009)摘要:随着IEEE 1547)2003标准的出台,分布式发电(DG)孤岛运行成为关注的热点。
针对系统故障后DG 与系统解列形成的孤岛运行的特点,结合DG 并网运行时配电网保护与控制的现状,根据电力系统相关理论并采用PSCAD 仿真方法,研究了短时间断供电及不间断供电2种孤岛运行的模式和DG 形成孤岛需要满足的条件,以及不同容量的DG 暂态失稳对孤岛运行的影响,提出了实现孤岛运行所要采取的与保护和控制相关的措施,据此得出短时间断供电形成的孤岛运行是目前可行的模式。
关键词:分布式发电;故障解列;孤岛运行;保护与控制中图分类号:TM 61;T M732收稿日期:2008-12-05;修回日期:2009-04-18。
国家自然科学基金资助项目(50877021,50777015)。
0 引言随着分布式发电(DG)规模、容量的扩大以及DG 与系统并网后发电量的提高,为了最大限度地利用DG 的发电能力,提高系统的供电可靠性,IEEE 出台了一套新的解决孤岛问题的标准:IEEE 1547)2003[1]。
该标准中不再禁止有意识的孤岛存在,而是鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现分布式电源的孤岛运行。
目前的研究集中于提出在故障后DG 与系统解列形成孤岛运行的策略[2-3],如文献[4]提出了DG 满足功率平衡和保证重要负荷优先供电的原则,并通过对系统故障前的运行状态参数进行启发式搜索的方式来搜索可行的孤岛范围,实现孤岛方案;文献[5]提出一种利用有序二叉决策图(OBDD)的方法来实现较大范围电网的孤岛运行。
但是,当系统因发生故障而形成孤岛时,如何根据孤岛内的DG 容量和负荷容量的关系做到合理的解列?如何能使DG 在不失稳的情况下实现正常的孤岛运行?以及孤岛运行时出现故障,如何将在并网运行时的保护定值更改为孤岛运行时的保护定值?这些亟待解决的问题鲜有报道。
为此,本文根据DG 的容量以及在不同电压等级并网运行时与同一母线负荷的量比关系并结合DG 暂态稳定的调节能力和配电网保护与控制的现状,对DG 形成孤岛的不同模式及其形成孤岛需要满足的条件加以研究;在此基础上提出了孤岛运行时所要采取的必要的保护与控制方面的措施。
1 DG 形成孤岛运行模式DG 由并网运行转为孤岛运行的原因是DG 接入处的系统电源进线因线路故障或其他原因导致非正常失电。
本文以图1所示的系统为例,对DG 由并网运行转为孤岛运行的模式加以讨论。
图1 DG 并网示意图Fig.1 Schematic diagram of D G access to system1.1 短时间断供电形成孤岛单电源辐射式的配电网结构,为了迅速恢复瞬时性故障线路的供电,通常采用三相一次重合闸,当DG 接入后,若想保留系统进线重合闸功能同时又避免系统的联络线故障时出现非同期重合,则可采用短时间断供电形成孤岛的模式。
该模式是指在判断DG 所接入电网的变电站与系统的联络线出现故障时,将DG 与母线间的接入开关(如QF4)迅速解列,若系统侧故障为瞬时故障,则在重合闸动作成功后,再将DG 重新并网运行;若判定系统侧故障为永久故障,则通过人工手动方式将联络线接入开关(如QF2)和母线的所有负荷开关断开之后,将DG 接入相应的空载母线,然后根据DG 的容量及其调节能力,在满足DG 形成孤岛后能够稳定运行的条件下,将相应负荷开关逐个投入。
)99)第33卷 第14期2009年7月25日V o l.33 No.14July 25,2009这种孤岛模式的特点如下:1)无论DG与系统间的联络线出现瞬时或永久故障,DG接入开关快速切除。
2)对QF1处的检无压重合闸不会产生影响。
3)控制模式比较简单,实现较容易。
1.2不间断供电形成孤岛当DG接入后,若不保留系统进线重合闸功能则可采用不间断供电形成孤岛的模式。
该模式是指在判断系统联络线出现故障时,不将DG解列,而是快速跳开联络线接入开关(如QF2),并根据故障前系统侧和各负荷功率信息以及各DG的额定功率、调节能力,在跳开联络线接入开关的同时判断并决定是否切除部分负荷,使DG带全部或部分负荷直接进入孤岛运行的模式。
这种模式的特点如下:1)能够不间断地向孤岛内的全部或部分用户供电,减小对系统备用的要求,对电网公司、分散电源所有者和用户都有利[6]。
2)为保证解列后孤岛快速达到稳定运行,DG 的容量要足够大(远大于负荷总容量),且具备较好的调节能力。
3)对配电网自动化水平的要求远高于目前配电网的自动化水平,其除了要能够实时监测电网的拓扑结构和潮流数据、实时监测所有DG的运行状态和参数,还要能自动完成故障检测与隔离操作,能根据负荷情况对孤岛范围内的负荷进行预测和自动投切,并能实现远程并网控制。
综上所述,这2种孤岛模式各有利弊,应结合电网的拓扑结构和DG的容量及调节能力加以选择。
通常情况应优先考虑采用前一种模式,当DG的输出功率远大于与其所并入的母线负荷时,可考虑采用后一种模式,但必须对现有的配电网自动化系统加以改进。
2DG形成孤岛的条件DG的容量和调节能力与DG的暂态失稳时间紧密相关[7],要实现孤岛运行,关键在于DG能否稳定运行。
2.1形成短时间断供电孤岛运行的条件若采用短时间断的孤岛运行模式,从电源和负荷方面考虑需要满足如下条件:1)分布式电源要具备一定的调节能力并要有适当的容量裕度,从而保证孤岛运行的静态稳定性。
2)要根据DG容量所能承受扰动的能力和负荷的性质确定负荷投入的先后顺序。
投入负荷时,尽可能先投入启动电流较大的负荷,再投入启动电流较小的负荷。
对于启动电流较大且有可能超过DG 调节能力范围的负荷,应加以闭锁。
3)在满足分布式电源留有适当的调节容量的条件下,才能尽可能多地投入负荷。
2.2形成不间断供电孤岛运行的条件根据形成不间断孤岛运行模式的概念,DG要在系统故障后形成连续供电的孤岛,需要满足如下条件:1)DG在系统故障后经受扰动的时间即DG不失稳运行的时间要大于解列开关的动作时间,若为了确保形成孤岛时的暂态稳定需要,在解列开关动作的同时切除部分负载时,DG也能不失稳运行。
2)当形成孤岛的过程中需要实时减载时,要能够根据DG的稳定性能和孤岛内的实际功率和负荷性质切除部分负载,减载后DG要有足够的备用容量保证孤岛的静态稳定性。
3)孤岛稳定运行后,如DG的容量允许,方可有选择地再投入部分负载,此时同样要留有一定的备用容量以便负荷变化时孤岛能够稳定运行。
4)当孤岛内有多个DG时,为确保形成孤岛时的暂态稳定和孤岛运行时的静态稳定,最大容量的DG应具有较好的调节能力,最好采用生物质能、垃圾发电等汽轮发电机组。
如果DG全是经电力电子逆变器并网的风电机组或光伏发电系统,受其自身特性的限制,在有大扰动的情况下难以维持系统的稳定运行。
2.3仿真算例以图1所示的DG并网系统为例,设变压器T2出现内部故障,QF6速断跳闸。
利用PSCAD仿真软件对DG1能否实现不间断供电的孤岛运行模式进行了仿真。
取系统参数为:电网侧容量500M VA,电压110kV,变压器T2容量40MVA,变比110kV/10kV;DG1机组容量40MW(包括1台20M W和2台10M W的旋转发电机,发电机转动惯性常数分别为4.98和6.93);10kV母线处负载为10M W,并分别将静态负载和电机负载等效到2条馈线上。
2.3.1故障后DG机组的失稳仿真故障后DG机组的失稳时间如表1所示。
可知,DG机组无论以多大容量接入系统,当系统联络线进线发生故障时DG机组均在0.5s之前失稳,随着DG容量的减少,DG失稳越快。
假定断路器QF6(解列点)动作时间为0.15s,则当DG的发电容量达到负荷容量的2倍时,DG的失稳时间大于断路器动作时间,因此有必要进一步研究实时快速减去部分负载后DG能否维持孤岛的稳定。
)100)2009,33(14)表1故障后DG机组的失稳时间Table1Instability time of DG after f ault solution容量/M VA机组失稳时间/s400.420300.345200.262100.110注:设负荷中包含30%的静态负载和70%的电机负载。
2.3.2快速减负载后DG机组的失稳仿真取DG发电容量为30M VA和20MVA,变压器T2故障后快速切除部分负荷(设负载中含电机负载)。
表2所示为快速切除部分负载后机组失稳情况的仿真结果。
表2快速减负载后DG机组的失稳时间Table2Instability time of DG after f ast load resection容量/ M VA切除负载比例/(%)切除静态负载的比例/(%)切除电机负载的比例/(%)失稳时间/s30155100.385 3010200.446 4515300.582 6020400.775 752550 1.10420155100.305 3010200.378 4515300.420 6020400.515 7525500.716 8428560.908从表2可知,DG容量为接入母线总负荷量的3倍时,即使切除75%的负载也难以维持孤岛的暂态稳定运行。
3孤岛运行时的保护与控制3.1孤岛运行时的保护DG进入孤岛运行后,岛内拓扑结构和潮流数据与并网运行时相比发生了变化,表征运行状态的功率、电压、电流等参数与DG并网运行前有较大的差别。
表3列出了孤岛内发生故障时流经保护装置的短路电流。
表3DG孤岛运行流经线路保护的短路电流Table3Shor-t circuit of protection devicewhen DG is islandingDG容量/M VA 无DG线路速断保护的整定值/kA孤岛运行后的短路电流/kA4030 20 101.6900.9660.8130.6580.477从表3可知,若孤岛内再发生故障,岛内原有保护的整定值均太高,不能正确反应故障。
因此保护的整定值需要重新设置。
孤岛内保护的整定可以牺牲(部分)选择性,原因在于不同容量、不同类型的DG向故障点提供短路电流的差异很大,短路电流的计算难以解决。
为此,在设置保护定值时,可将DG出口保护和各线路保护均按过流保护加以整定,动作时间均按无延时整定。
3.2孤岛运行时的控制3.2.1间断性供电形成孤岛的控制可采用手动和自动2种控制方式。
手动控制方式是指人工操作断开变电站系统进线开关和各路负荷开关后,重启DG并空载接入,再根据运行经验依次合闸带上相应的负荷。
自动控制则是利用自动化系统,在判断变电站系统进线开关和各路负荷开关均断开以后,将DG空载并入母线,再根据故障前母线处各线路的负荷功率值,按孤岛能够稳定运行的要求依次逐个带负荷运行。