1、1计及分布式电源的配电网调度管理摘要：本文介绍了分布式发电的基本概念以及含分布式电源配电网的基本拓扑结构、并网方式和运行方式，并在当前配网计划检修停电和故障停电恢复流程的基础上，探讨了分布式电源接入配电网后对配网调度事务的影响，包括应如何转移负荷、定位故障以及故障恢复，并简要介绍了一种可行的分布式电源调度系统集中分层控制架构。 关键字：配网调度 分布式电源 计划检修 故障处理 Abstract: This paper introduces the basic concepts of distributed generation and the distribution network with
2、 distributed generation is the basic topology, grid-connected mode and operation mode, and based on the outage restoration process and fault current distribution network planning, impact on the distribution network dispatch transaction of distributed generator connected to the distribution network,
3、including how to transfer load, fault location and fault recovery, and briefly introduces the control structure of a distributed hierarchical centralized power dispatching system is feasible. Keywords: network scheduling of distributed power supply plan maintenance fault handling 中图分类号：TM642+.5 文献标识
4、码：A 文章编号：2095-2104（2013） 2引言： 随着电网规模的日益扩大，传统电网结构的弊端日益突出，分布式发电（Distributed Generation）逐渐得到广泛关注。分布式发电是指高效率、低污染的小型绿色环保发电装置，包括太阳能、风能、地热能等可再生能源发电，也包括小型燃气轮机发电、燃煤循环热电联产等新能源发电技术1。 虽然分布式发电有着突出的优势，但是它本身存在诸多问题。分布式电源接入电网后，发电侧会产生相应的功率波动，故障分析、供电恢复等都会不同程度地受到影响，传统电网调度模式也将面临着新的挑战。因此，在面临分布式发电接入规模不断扩大的今天，考虑分布式电源的调度管理研
5、究具有重要价值。 1 含分布式电源的配电网 1.1 基本结构 一般含分布式电源的配电网由以下几个部分组成：分布式电源、储能单元、负载、配电线路以及相应的控制和保护装置。 在标准的拓扑结构中，储能装置与分布式电源整合在了一起，每个电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，可以在调度或本地的控制下，调整各自功率输出。 1.2 分布式电源的并网方式 目前，分布式电源接入配网系统基本有两种形式2： 分布式电源集中接入到配电系统的低压侧母线上 3如图 1.2 所示，分布式电源集中接入到 10kV 母线侧上时，其作用与系统侧电源相同，而且配电系统在高压侧发生故障而失去系统侧电源时，分布式电源能够代
6、替系统电源继续向低压侧用户供电，只是其出力受到很多因素的影响，可能并不恒定，因此需要根据用户重要程度进行负荷选择。 图 1.1 分布式电源集中接入配电网方式 此方式下，分布式电源处于电源侧，调度方式相对简单，但由于电源容量和电源稳定性的限制，整条馈线下仍有可能出现全部停电的情况。分布式电源通过分支馈线接入到低压配网中的各个负荷点 如图 1.3 所示，在这种方式下，分布式电源作为供电电源集中在用户侧，此种接入方式是我国大部分地区所采用的配网分布式电源接入方式。 在系统故障的情况下，这种方式可以使接有分布式电源的负荷点不停电，在不考虑孤岛形成条件等限制时，能够提高系统的可靠性。这种接入方式的优点是
7、能够发挥分布式电源安装灵活、能量来源广泛的特点，缺点是配电系统的运行调度方式实现难度较大。 图 1.2 分布式电源分散接入配电网方式 42 计及分布式电源的配网计划管理 分布式电源接入配电网后，与之前相比最大的区别在于：由于设备检修造成的停电负荷转移方式有了更多选择。若配电网设备计划检修将引起用户停电，新的负荷转移方案的制定有如下几种情况： 情况 1：停电区域不包含分布式电源且存在联络开关与其他馈线相连 此时在满足配电网潮流约束、电压约束以及配电网辐射运行约束的前提下, 通过联络开关操作直接进行负荷转移。 情况 2：停电区域包含分布式电源且存在联络开关与其他 10kV 出线相连 从提高供电企业
8、运行经济性的角度出发，应在保证分布式电源按照正常发电计划发电后, 优先通过配电网中其他馈线转移负荷，只有当配电网中其他馈线无法完全转移失电负荷时，才考虑增加发电功率。 情况 3：停电区域包含分布式电源且无联络开关与其他 10kV 出线相连 根据 IEEE 解决孤岛问题的新标准，有意识的孤岛存在将不再被禁止，而是鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现孤岛运行4。因此，假设停电区域中存在 1 个或多个分布式电源具有电压和频率调节能力，则该孤岛可独立运行，否则该孤岛中所有的电源退出运行，孤岛中的全部负荷停电。 3 计及分布式电源的配网故障处理 3.1 基于自动化系统的故障定位 分布式电源接入配电网后
9、，会改变配电网的短路电流水平和方向。5由于分布式电源容量一般较小，提供的短路电流也较小，而且短路电流会受到光照和风速等自然因素影响，因此，增加了继电保护配合的困难。但事实上，目前分布式电源提供的短路电流较小，对配电自动化系统的故障定位一般不会造成较大影响，因此可以在传统配网故障定位方法的基础上进行。 分布式电源接入 10kV 母线的情况 以图 3.1 为例，当 DG 发生故障时，开关 S3 和 G 均上报故障电流信息，因此，依据传统故障定位规则可判定是 DG 故障。 图 3.1 分布式电源接入 10kV 母线故障实例 当开关 G 与 S3 之间的线路上发生故障时，只有 S3 上报故障电流信息,
10、这是因为开关 G 的电流阈值根据主电源的短路电流设置，而 G 只流过 DG 所提供的短路电流，因此可以判定是 G 与 S3 之间馈线故障。 当母线所带某条馈线上，如开关 E 下游区域故障时，此时只有S2、D 和 E 上报故障电流信息，因此，依据传统故障定位规则可以判定是E 下游区域故障。对于多个 DG 接入母线的情形，由于非故障 DG 支路与来自主电源的短路电流相叠加，因此上述选择性更容易满足。 对于由于光照和风速等自然因素导致 DG 出力严重减少的情形，故障时流过 DG 出口断路器的短路电流可能很小而使其过电流保护不能启动，此时可依靠 DG 的“反孤岛”保护动作使得 DG 从电网脱离(对于
11、DG 接入馈线的情形也是如此)。在这种情况下，不会影响依据传统故障定位规则6进行故障定位的准确性。 分布式电源接入分支线的情况 如图 3.2 所示，对于 DG 接入馈线的情形，当某个区域发生故障时，除了该区域的主电源侧端点会流过主电源所提供的短路电流以外，对于该区域与 DG 连接的端点也会流过相应 DG 提供的短路电流。 图 3.2 分布式电源接入分支线故障实例 若主电源提供的短路电流与 DG 提供的短路电流相差较大时，可以设置故障电流上报阈值，当流过主电源所提供的短路电流时超过该阈值而上报故障电流信息，而流过 DG 提供的短路电流时未超过该阈值而不上报故障电流信息，从而根据故障电流信息依靠传
12、统故障定位规则就可以进行故障定位。 但值得注意的是，若主电源所提供的短路电流与 DG 提供的短路电流相差不大时，则难以使设置故障电流上报阈值达到上述目的，根据故障电流信息依靠传统故障定位规则进行故障定位会发生误判。 如前文所述，瞬时性故障一般都出现在架空线路上，可根据重合闸判断永久性故障和瞬时故障，根据国家规定，非有意识孤岛的 DG 必须在馈线故障后 2s 内从电网脱离。利用上述特点，可以对根据故障电流信息的传统故障定位策略作如下改进： 1) 馈线开关采用负荷开关，只有变电站出线断路器具备过流保护和一次快速重合闸功能，重合闸延时时间为 2.53.5s。 72) 故障发生后，变电站出线断路器过流
13、保护动作跳闸。 3) 2s 后，该馈线上的 DG 全部从电网脱离。 4) 变电站出线断路器跳闸后经 2.53.5s 延时进行重合，若是瞬时性故障则恢复全馈线供电；若是永久性故障，则变电站出线断路器再次跳闸，此时配电自动化系统采集到的故障信息就排除了 DG 的影响，可以根据故障电流依靠传统故障定位规则进行全范围故障定位。 从上述分析中看出，只要开关能报送故障电流流过的信息，定位分布式电源配电网的故障点依然是容易的。 3.2 故障恢复 故障定位完毕后，可根据停电区域内是否有 DG 而进行相应的恢复供电。若故障隔离后，停电区域内没有分布式电源，则可按照传统方法进行供电恢复；若停电区域内含有分布式电源
14、，则应当考虑区域的孤岛运行方式。 所谓分布式电源的孤岛运行方式，是指包含 DG 的电网与公共电网分离后，DG 仍继续向所在的独立电网输电，该部分独立运行的电网称为孤岛。随着技术的发展以及供电可靠性要求的提高，最新的 IEEE 标准已经不再禁止有意识的孤岛存在。 因此，当停电区域中包含 DG 时，由于该区域到外部的开关已断开，此时应当启动 DG 以及配套储能设备，将配电网转化为孤岛自治运行，以保证网内重要敏感负荷的不间断供电。 当微电网孤岛运行时，若配电网恢复供电，则可以通过安装在隔离装置两侧的电压测量元件来检测微电网电压的幅值、频率以及相位与配8电网的差值，从而对微电源进行统一调节，使其满足最
15、小冲击并网条件，然后对微电网实行并网操作。并网操作成功后，将微电源的控制策略再修正回孤岛前。 3.3 计及分布式电源的调度系统 3.3.1 负荷调度 风电、光伏能能源发电不可控制，具有较大的随机性，依赖稳定计划的传统调度方式将缺乏经济性上的优势。若将调度重点由电源调度转移到负荷调度，则可以进一步在分布式电源出力预测曲线的基础上调整停送电计划。 对于分布式电源的配电网来说，尽管风电、光伏等电源受环境影响较大，可控性较差，但由于储能设备的接入扮演了功率缓冲的角色，因此需要采取负荷调度对这部分设备进行控制，平衡分布式电源的出力曲线。值得注意的是，由于储能设备既可当作电源，又可当作负荷，实际上淡化了电
16、源调度和负荷调度的分界线。 3.3.2 分布式电源调度系统的集中分层控制架构 根据前文所述，分布式电源可以为附近的负荷进行供电，当外部故障发生后，此片区域脱离配网，形成一个子系统独立供电。因此，配电网可以根据需要设置一个或多个子网，子网内又可以根据当地实际情况装设各相应的供电系统（如光伏发电系统） 。三者的控制关系可以分为三层：配电网层、配电子网层和子网供电层，由配电网管理系统、子网能量管理系统和电源及负荷控制器进行协调控制。 根据 IEEE 标准，典型分布式电源配电网的调度控制结构如图 3.3 所9示5。 图 3.3 分布式电源配电网的调度控制结构 分布式电源并网运行时，配电网层将实时电能需
17、求等信息下发到配电子网层，通过网络层再传递到子网供电层；当配电网发生故障时，在分布式电源由并网向孤岛切换过程中，子网供电层中的各类设备可以直接根据本地信息做出决策，实现岛内电压和频率稳定控制。孤岛运行下，调度员可以通过灵活的负荷控制策略和储能单元的使用，使配电网整体达到稳定优化运行。配电子网层在不同的运行模式下，所采取的优化调度策略也应存在不同。 4 总结 分布式发电因其发电方式灵活、与环境兼容等特点，正日益普遍地与大电网联合运行，给电力系统运行与控制带来巨大的变化，同时也给电网调度带来新的挑战。本文主要从以下几个方面探讨了分布式电源接入配电网后对调度事务的影响： 1. 介绍了分布式发电的基本
18、概念以及含分布式电源配电网的基本拓扑结构、分布式电源的两种并网方式和三种运行方式，探讨了不同方式的优缺点，并随后介绍了分布式电源对电能质量、继电保护、故障恢复的影响。 2. 介绍了目前环境下配网计划检修停电的一般流程，探讨了三种停电情况下，应如何利用分布式电源转移负荷。 103. 讨论了分布式电源接入 10kV 母线和分支线的情况下，基于配电网自动化的故障定位方法以及相应的故障恢复手段，并简要描述了一种可行的分布式电源调度系统集中分层控制架构。 参考文献 1 陈卫昀, 严仰光. 分布式电源J. 电力电子技术, 1999(02):22-25 2 陈海焱, 陈金富, 段献忠. 含分布式电源的配电网
19、潮流计算J. 电力系统自动化, 2006(01):13-18 3 王守相, 李晓静, 肖朝霞, 王成山. 含分布式电源的配电网供电恢复的多代理方法J. 电力系统自动化, 2007(10):55-62 4 HATZIADONIU C J,LOBO A A,POURBOGHRAT F et al. A Simplified Dynamic Model of Grid-connected Fuel-cell GeneratorsJ. IEEE Transactions on Power Delivery . 2002 5 WANG Cai-sheng,NEHRIR M H.Analytical Approaches for Optimal Placement of Distributed Generation Sources in Power SystemsJ. IEEE Transactions on Power Systems . 2004
