分布式供电范文

分布式供电范文（精选6篇）

分布式供电 第1篇

关键词：现代通信网,分布式供电,供电方式

所谓分布式电源系统,是由若干小容量电源模块组成的一个大容量电源系统[1]。它是利用新型电源理论和技术制成相对小的电源功率模块,组合成积木式、智能化的大功率电源系统。越来越多的电源系统采用模块并联技术,将多个开关电源模块灵活地并联组合成大功率分布式电源体系,是目前实现开关电源大功率化的主要途径。在分布式电源研究和发展领域,美国、德国、英国和日本等国家在技术上处于领先地位,它们的许多发电设备生产公司与电力公司联合,进行分布式电源技术的商业化实验。在欧洲,正在研究普及分布式电源的政策[2],而我国对分布式电源的研究尚处在起步阶段。

如今,直流分布式电源系统正以其冗余度高、控制灵活等优点而被广泛应用于通信领域。文中提出一种基于微网技术的现代通信网分布式供电设计方案。

1 通信网的供电方式

通信网对电源的基本要求是能不间断地连续供电,因此其供电机制一般由AC—DC整流器、电池组和配电设备构成,标称值为-48 VDC或24 VDC的不间断供电系统,然后由DC—DC变换器将标称值为-48 VDC或24 VDC的电压变换成电路板所需的各种电压,如12 VDC和/或5 VDC。从通信网供电方式的发展历程来看,主要经历了3个阶段,即集中式供电、集散式供电和分布式供电。

(1) 集中式供电。

用1个或1+1备份方式的大功率不间断供电系统提供整个通信网所需要的各种电压。此类供电方式已经基本淘汰。

(2) 集散式供电。

先由大功率的不间断供电系统提供统一的-48 VDC或24 VDC,然后集中供给通信网。而在通信网中,设备机架的每个机框都有一个或多个中功率电源板(DC—DC变换器),将-48 VDC或24 VDC的母线电压转换成一种或多种电压,供给本机框的电路板。

(3) 分布式供电。

先由大功率的不间断供电系统提供统一的-48 VDC或24 VDC,然后集中给通信网供电。设备机架每块电路板上各有一个或几个小功率电源(DC—DC变换器),将-48 VDC或24 VDC的母线电压直接转换成电路板所需的电压。

相对而言,集中式供电造价最低,但可靠性最差;分布式供电可靠性高、灵活性强、可扩展性好、通用性强,但造价较高;而集散式供电的性能和造价介于两者之间。目前,各大通信运营商所采用的固定电话系统、移动通信系统等,大都采用集散供电方式。为提高系统的可靠性,所用的电源板采取1+1备份方式,或N+1冗余备份方式。目前集散供电方式是性价比最高的一种供电方式[3]。

随着新一代数字芯片的出现,现代通信网中通信设备的工作电压不断降低。为提高芯片的运行速度、降低功耗,12 VDC及5 VDC的使用日趋减少,而3.3 VDC和2.5 VDC甚至1.8 VDC的使用则开始增加。因此,在低工作电压时,由DC电压供电的电阻所产生的压降明显增大。此时,采用分布式供电方式成为唯一的解决方法,因为DC—DC电源的分散度越高,工作电流越低,供电的压降也就越低,从而更适合低压应用。现代通信网越来越多地采用超大规模集成电路,目前主流的集散式供电方式已不能满足要求。理想的做法,是采用分布式供电,每块电路板都由一个独立的电源进行供电。

2 分布式供电的特点

2.1 优点

分布式供电是通信网供电的发展方向,主要优点包括:

(1) 性能好、效率高。一方面,由于减少了低电压、大电流直流输出线路,线路损耗低,系统效率必然提高;另一方面,各负载所需的电源就地产生,负载与电源距离近,减少了线路阻抗对调整性能的影响,也减少了干扰信号对负载的影响,因而输出电压稳定性较好。另外,电源的模块化和标准化设计,提高了电源系统的稳定性和一致性。

(2) 可靠性高。一方面,分布式电源可作为备用电源为不间断供电的用户提供电能,提高了电网的可靠性,同时由于分布式电源的独立性,可以使其与电网断开,依靠分布式电源形成“孤岛”单独为用户供电;另一方面由于各部分电源相对独立,采用冗余技术或备用电池比较方便,局部电源功率较小,散热及安全保护措施也容易实现,部分电源出现故障不会影响系统的正常运行[4,5,6]。

(3) 适应性强。由于将整个电源系统分散,各部分电源选择比较灵活,容易实现最佳配置。而且,同一设计方案,稍加修改可用于其他系统。特别的,如果在系统设计后期需要修改方案,也只是局部修改,不必重新设计整个系统,使系统重构容易,减少不必要的浪费。

(4) 电磁兼容性能优越。由于电源比较分散,抑制电磁干扰的方案容易实现。例如,大电流与小电流负载隔离,大电流波动不会影响小电流电源,并且可利用系统的控制功能,使几个功率较大的负载分时启动,减少系统大电流的冲击。

(5) 扩展性好。分布式电源的模块化设计,有利于系统功能的扩展。

(6) 散热好。由于每个电源的功率较小,发热量较低,加上电源的发热量平均散布在系统的机箱内,散热比集中式供电更容易、效果更好,电源在低温工作中更加可靠;而且电源的分散度越高,电源一旦发生故障所影响的范围亦越小,系统也就越可靠。

(7) 整体费用低。分布式供电取消了电力室和电池室,使直流供电设备更接近通信负荷,不仅减小了直流输电的损耗,提高了系统的可靠性,同时使安装、运行和维护费用大大降低。

2.2 缺点

尽管分布式电源系统有诸多优点,但仍然存在不足:

(1) 系统设计比较复杂。分布式系统需要多级变换,前后级之间电压和电流匹配,同一级各变换模块之间的均流等都要仔细核算。随着系统变换级的增多,电源系统运维和管理任务增大。

(2) 元器件等材料费用高。因为每个变换级都是一个完整的变换模块,电源系统的材料费用必然会提高。但是从系统整体来看,分布式电源比集中式电源便宜得多。从维修费用看,集中式电源比分布式电源要高。因为集中式电源发生故障时,整个电源都要更换,而分布式电源只要更换部分模块;集中式电源发生故障时,整个系统要停机,而分布式电源需要停机可能性较小。另外,集中式电源一般平均无故障时间(MTBF)为1×105 h,而高密度模块电源一般为1×106 h。显然,集中式电源的维修费用较高。

3 分布式供电设计

3.1 供电要求

现代通信网要求更宽的带宽、更高的数据率、更严密的保密措施、更新高的性能、更广泛的用户和用户业务特性,对为其供电的电源系统提出了更高的要求,包括:(1)不间断地连续供电,满足供电可靠性指标的要求。(2)在空载或满载负载回路发生浪涌或市电电压和频率波动等情况下,电压值在容差范围内。(3)纹波,即直流电源中附加的交流成分,满足规范要求,不超过规定的限值。(4)实时监控,具有“遥控”、“遥测”、“遥信”和“遥调”四遥功能。(5)经济实用、扩充性好、通用性强。(6)AC—DC整流模块和DC—DC变换器性能高,转换效率高,功率密度大,价格低,便于安装和维护。

3.2 设计原则

在现代通信网中,分布式供电已成为主流。在供电设计时,应遵循以下原则:(1) 既要要满足现代通信设备对电源的各种功能和技术要求;又要考虑电源系统的操作和维护方便,尽量减少电源种类。(2) 为提高电源的效率,减低电源的造价,应尽量减少功率变换模块的输入与输出电压差。(3) 现代通信网大量采用VLSI芯片,而VLSI芯片的电压电流都是脉冲波形,虽然平均功率不大,但瞬时功率的数值很可观,没有功率余量的电源很可能使整个数字系统崩溃。因此,设计时要留有一定的余量,即降额使用。(4) 根据现代通信网中的各种功能部件分别设计稳压电路,尽量采用按功能分布式方案。例如,数字电路、模拟电路、大功率输出电路应采取分别供电的方式,尽量减少这些电源之间的相互影响。(5) 尽量减少负载与电源之间的距离,以降低电源系统的造价,提高电源系统的抗干扰度和可靠性。

3.3 分布式供电结构设计

从功能的角度看,一个完整的现代通信网由业务网、传送网和支撑网3部分组成。其中,业务网包括固定电话网、移动通信网、FR网、局域网ATM网和Internet等;传送网包括SDH和光传送网;支撑网包括信令网、管理网和同步网如图1所示。

根据现代通信网的功能组成,借鉴微网技术[7],一种可行的设计方案是将整个通信网的供电系统按功能划分成若干个分布式供电单元(相当于微网[8]),即每种业务网或传送网或支撑网构成一个分布式供电单元,包括电话网供电单元、移动网供电单元、FR网供电单元、局域网供电单元、ATM网供电单元和Internet供电单元、SDH供电单元、光传送网供电单元、信令网供电单元、管理网供电单元和同步网供电单元等,如图2 所示。每个供电单元正常情况下并网运行,在主电网故障时可以脱网单独运行,从而提高了系统供电的可靠性。另外,电池组(BAT)可以采用其他的储能系统或设备替代。

在每个供电单元中,首先若干个中小功率的AC—DC高频开关整流模块采用N+1冗余方式并联,将220 VAC或380 VAC变成-48 VDC或24 VDC;然后与一组或二组中小容量的电池组并联,提供统一不间断的-48 VDC或24 VDC;然后通过DC汇流母排,给每个机架中每个机框中的每块电路板上的DC—DC变换电路供电,DC—DC变换电路将-48 VDC或24 VDC变换为所在电路板所需的12 VDC和/或5 VDC和/或3.3 VDC和/或2.5 VDC和/或1.8 VDC等。

以上是一种按照现代通信网的功能组成实现分布式供电的方案,可以满足现代通信网的供电要求。但是,此方案分布的广度和深度不够,所划分的供电单元粒度过大。在实际的供电设计中,还可以考虑在此基础上将以上的每个供电单元,根据功能再进一步细化成若干个粒度较小的供电单元,例如,固定电话网供电单元可以进一步细化为用户设备供电单元、中继设备供电单元、交换网络供电单元和中央控制供电单元等。粒度更小的分布式供电方案,还可以根据容量进行划分。例如,用户设备供电单元可以按容量再细化成多个微小粒度的供电单元。

3.4 DC—DC变换模块的设计

采用分布式供电时,DC-DC变换模块成为设计的关键。DC-DC变换模块的设计目标是更高性能、更高转换效率、更高功率密度和更低价格。为此,必须采用最先进的拓扑结构和最先进的软开关(ZVS和ZCS)同步整流技术、磁芯技术和MCU/DSP 技术等。同时,由于现代通信网中通信设备大量采用VLSI芯片,还要考虑到由此带来的低电压、大电流对芯片供电提出的严格要求,包括低内阻、低纹波、软启动、防浪涌、防开关机过冲、支持热插拔、提供冗余备份等,更严格的还要求包括上/下电顺序控制、实时监控等。

4 结束语

采用分布式供电是现代通信网通信设备供电的发展方向。针对现代通信网的供电要求,制定供电设计原则,尝试提出了一分布式供电结构,以满足现代通信网对电源和供电要求。分布式电源和微网技术的结合,是应对未来通信网通信设备供电中出现的新问题的一种解决途径。

参考文献

[1]张晓云.分布式电源及其相关技术研究[J].甘肃科技,2009,25(12):40-41.

[2]何季敏.分布式电源技术展望[J].东方电气评论,2003,17(1):9-14.

[3]陈义龙.应用于通信系统的分布式电源设计要求[J].电源世界,2004(4):42-44.

[4]唐亮.分布式电源的分类及对电力系统的影响[J].仪器仪表用户,2008(2):119-120.

[5]许心.浅谈分布式电源的应用[J].中国科技信息,2007(2):33-35.

[6]李超,钱虹,叶建华.分布式电源及其并网技术[J].上海电力学院学报,2008,24(3):277-281.

[7]赵宏伟,吴涛涛.基于分布式电源的微网技术[J].电力系统及其自动化学报,2008,20(1):121-128.

分布式供电 第2篇

1配电网电压质量指标

1.1电压偏差

电压偏差是指配网某处的实际电压与额定电压的差值。当电网中的负荷发生变化时,配网中将出现电压偏差,其表达式如下:

式(1)中:U为实际电压;UN为额定电压。

配网三相供电电压偏差一般在±7%范围内。

1.2电压波动

电压波动是指配网电压有效值发生的变动或改变,通常在电网有波动负荷时电压会发生波动。其计算方法一般为有效值相邻最大值、最小值之差与额定电压的比值,表达式如下:

式(2)中:Umax为电压有效值的最大值;Umin为电压有效值的最小值。

35 k V及以下电压等级的配电网对电压波动的允许值在1.25%~4%的范围内波动。

1.3电压闪变

电压闪变是指当电压闪变到一定程度时,人感受到灯光亮度的变化。电压闪变实际上是低频的非整数次的电压波动所造成的,会使用户的电动机转速不规律变化,对电机有一定的损害;造成照明灯泡闪烁,导致人的视觉感受变差;对于电压稳定性要求较高的工业,出现电压闪变会造成产品质量下降。

1.4电压暂降

电压暂降是指电压有效值在短时间内快速下降,并持续0.5~30个工频周波的时间。

2分布式电源对电压质量的影响

基于分布式电源具有的特性,其发电不稳定,在环境变化时可能会改变起停状态。分布式电源接入配网后,会对上述电压指标造成多种影响。在分布式电源发生发电波动、接入主网、与主网断开等情况时,必将对配网造成一定的干扰,配电网的供电电压质量会下降。同时,分布式电源的接入也会增加配网的短路容量,增大电压强度,进而对控制区域配网电压波动造成影响。

2.1相对电压变化率

电网中的电压分布与潮流有关。当注入功率和负荷发生变化时,电网各节点会出现电压质量下降的情况。分布式电源影响电压质量的主要原因为其发电功率的波动。分布式电源的发电功率发生变化时,会导致线路电流发生变化,相对电压变化率的计算公式如下:

式(3)中:△Sn为分布式电源注入功率的变化量;φ为分布式电源接入点的电网阻抗角;θ为分布式电源的功率因数角;SK为分布式电源接入点的短路容量。

由此可见,分布式电源对供电电压的影响因素主要包括3个:①分布式电源注入功率的变化量△Sn;②分布式电源的功率因数;③分布式电源接入点的短路容量SK.

2.2抑制电压波动

电力系统的短路容量越大,则电网越强。接入分布式电源后,配网系统的短路容量发生了改变,在出现冲击性负荷投切或故障时,与常规配网相比,其电压变化程度将会被抑制或削弱。

3电压质量的治理措施

接入分布式电源后,其注入功率的变化会导致配网电压质量的下降。以异步风机为例,其并入配网后,吸收无功功率的过程加大了电网的扰动和增大了电压变化率。针对分布式电源引起的电压质量下降的情况,本文提出了以下解决措施:①对于异步风机,由于其不产生无功功率,因此,对其进行无功补偿可有效改善配网电压的质量;②分布式电源有功功率的波动会导致配网波动,而使用动态电压恢复器(DVR)进行无功功率补偿和瞬时的有功功率补偿能补偿电压跌落或抵消电压浪涌;③运用多种储能手段,包括蓄电池、超级电容器、飞轮等形式,稳定分布式电源的发电量可对稳定电压有积极作用。

4结束语

本文介绍了4种配电网电压质量指标,讨论了分布式电源对电压质量的作用机理。研究发现,分布式电源对供电电压质量的冲击与分布式电源注入功率的变化量、分布式电源的功率因数、分布式电源接入点的短路容量等相关,接入分布提升电源的刚性率,即在出现冲击性负荷投切或故障时,可抑制或削弱电压波动。此外,还提出了进而无功补偿、使用动态电压恢复器、运用多种储能手段等建议,以期为提升配网电压质量贡献力量。

摘要：随着用户对供电质量和安全性的要求越来越高,分布式电源对配网供电电压质量的影响越来越受到人们的重视。介绍了电压偏差、电压波动、电压闪变、电压暂降四种配电网电压质量指标,研究了分布式电源对电压质量的影响,总结了分布式电源引起配网供电电压波动的主要原因,提出了改善电压质量的措施。

关键词：相对电压变化率,无功补偿,动态电压恢复器,电网

参考文献

[1]裴玮,盛鹍,孔力,等.分布式电源对配网供电电压质量的影响与改善[J].中国电机工程学报,2008,28(13).

[2]张喆,李庚银,魏军强,等.考虑分布式电源随机特性的配电网电压质量概率评估[J].中国电机工程学报,2013(33).

[3]赵珊珊,盛万兴,孟晓丽,等.分析电压质量对分布式电源渗透率影响的多分辨率模型与方法[J].中国电机工程学报,2015(06).

[4]陈秋南,韦钢,吴万禄,等.分布式电源分布特性对微电网电压质量的影响[J].现代电力,2013,30(06).

分布式供电 第3篇

1.1 分布式发电技术类别

采用分布式发电 (Distributed Generation, DG) 是接在一些终端用户侧附近的小型发电机组或者发电和储能的联合系统, 估计在几十千瓦到几十兆瓦之间的小规模发电系统。分布式发电技术利用多样化的能源, 包括天然气、氢气、太阳能以及风能等清洁的能源。

1.2 供电系统技术的发展

由于计算机和信息处理系统的提高, 对电源系统结构的设计要求也相应的提高, 在总结供电电源系统技术的方式上, 提出了交流分布式的方式。现有的交流分布式供电技术包括直流总线技术和高频交流总线技术。直流分布式供电电源系统广泛应用在通信、电子系统、航空航天、计算机主机电源系统、铁路电厂以及变电站。高频交流总线技术还存在一些技术障碍, 如无法在高频交流分布式电源系统中实施电源系统的设计;高频电磁的干扰、高频损耗以及交流总线失真;交流分布式供电系统模块的设计还未与系统进行折衷处理等等, 所以高频交流总线技术目前还未得到广泛的应用。

2 交流分布式供电的主要动力

分布式供电的主要动力是微型燃气轮机, 它的功率在数百千瓦以下, 以天然气、甲烷、汽油和柴油等为燃料的超小型燃气轮机。它大多是由回热循环, 由透平、压气机、燃烧室、回热器、发电机以及电子控制部分组成。大多数的汽轮机由燃气轮机直接驱动内置式高速发电机, 发电机和压气机转速在50000~120000rpm之间。对于终端客户来说, 微型燃气轮机与其他小型发电装置相比, 是更好的环保型发电装置。

3 交流分布式供电电源系统的工作特点

3.1 直流分布式供电电源系统技术特点

直流分布式供电系统由前端交流变直流与功率因素校正 (PFC) 电路、DC/AC逆变器、AC/DC整流器、多路输出后端调节器以及DC/DC二次变换模块等五个部分组成。它的供电方式是通过总线上48V直流电压变换成计算机所需要的各种直流低电压输出, 在整个转换的过程中, 直流分布式供电电源系统功率处理的效率比较低, 需要进行4~5次功率的变换, 而且因为复杂的系统结构使得造价比较高。这种供电技术存在三个主要的争论点:分布式滤波器与多变流器结构引起的系统相互之间的稳定性;多功能转换环节的工作效率相对较低;复杂的供电电源系统结构使得造价的成本很高。但如果将AC/DC等两个转换的模块去掉, 改为交流总线的输出, 便可以简化系统的结构, 提高系统工作的效率、隔离噪音以及减低成本。

3.2 高频交流总线技术供电系统特点

高频交流总线技术供电系统的结构包括三个:前端交流变直流和PFC级、双开关管正激逆变器组成前端直流斩波电路、多路输出后端调节输出级。改变以往单一的交流总线输出拓扑结构, 采用的是多路交流输出总线形式, 在前一个功率处理中, 省掉交流变直流这一中间的环节, 在系统后端省去一个高频DC/AC的转换环节, 简化了电路系统, 高频交流总线技术供电系统的工作效率也得到了提高。最后一个环节的功率转换只需要在负载端的前面添加相应的磁放大器, 将高频电流转换成直流, 因为前两个总线可以很方便地获得更多的隔离输出端, 当磁放大器的位置接近实际的负载时, 系统的负载调节特性与直流分布式供电电源系统相同。

4 研究结果

根据本文中对高频交流总线技术供电的结构分析, 建立了一套实际的电路实验室装置。主要实验参数是将前端变流器的工作频率设置为100k Hz, 变流器正常工作时的总线占空比为D=0.3/6, D最大不能超过0.5, 且D的变化是随着负载的变化而变化。通过Tektronix型示波电压不分级, 调节的时间也更快。

对实验的结果进行分析发现:因为直流电压变化范围大, DE-TATCOM和电网能量的交换比较多, 单变量控制方式下的调节时间比较长;当电压调节范围小时, 可以采用经典的PI混合控制方式;由于前馈环节的双变量控制策略取得了最快的动态响应效果, 所以当无功在容性和感性之间切换时, 过渡的过程只有两个基波周期。

5 结论

综上所述, 现代社会经济的发展对能源的需求日益增加, 一些不可再生能源如煤炭、石油的资源越来越少, 为了缓解资源短缺给社会经济带来的影响以及走可持续发展的路线, 交流分布式供电电源系统技术以其独特灵活的安装、供电方便以及环保等特点成为目前最受欢迎的供电方式。交流分布供电电源系统还存在一些功率不均和环流的问题, 但是对交流分布式供电电源系统适当地进行一些优化, 可以在很大的程度上提高供电量, 满足社会的需求。交流分布式供电电源系统技术是发挥供电电源效能最有效方式之一, 这也必然会成为未来供电电源系统发展的趋势。

参考文献

[1]于波, 李志坚, 刘新利, 等.含分布式电源的数据中心高压直流供电技术应用研究[C].2013全国用电与节电技术研讨会论文集.2013.

[2]时斌.分布式发电系统接入配电网的关键问题研究[D].东南大学, 2012.

[3]王加君.分布式并网光伏发电在应用中存在的问题分析[J].中国科技纵横, 2014.

分布式供电 第4篇

1 我国供电系统充电站的现状

随着社会经济的全球化发展,需要将社会发展与环境保护紧密结合起来,走可持续发展的道路。社会经济的迅速发展使得汽车数量不断增多,为环境带来了较大的负担。针对这种情况,全面、详细地分析了我国供电系统充电站的发展现状。传统的充电站中存在许多问题,而引发这些问题的原因是没有妥善管理供电系统充电站。

我国电力行业蓬勃发展,在设计供电系统的充电站时,要针对相关内容进行改良,提出分布式理念,从其分配结构、性质等方面入手。这样做,不仅可以保证能量传递,还可以降低成本。坚持可持续发展的原则,能够为我国电力系统的持续发展奠定了良好的基础。

2 基于分布式电源的供电系统充电站

由于传统的供电系统中存在许多问题,所以,在研究和设计电源供电系统充电站时,提出了新的思想理念,即分布式电源供电模式。

从分布式电源供电系统充电站的整体情况来看,它可以解决许多传统充电站中存在的问题,比如发电形式、传输距离、供电方式的等,在很多方面都具有优势,所以,此模式在国内外得到了很大的认可。在基于分布式电源供电系统充电站的设计中,需要相关技术人员现场设计,根据系统的实际情况规划和设计。该模式能够很好地适应环境,形成独立电源,集中供电,以此来提高供电系统的稳定性、安全性和可靠性,最终,为人们传送保质保量的电能。

社会科技的发展带动了可持续发展,因此,在社会发展中,可再生能源的使用范围越来越广,利用率也越来越高。可再生能源是一种可再生并且可以重复使用的资源,比如风能、地热能等,可以将可再生能源与分布式电源供电系统充电站模式紧密联系起来。在日常生活中,很多地方都可以应用太阳能,比如太阳能热水器,通过电池板形成电能。这种形成模式相对比较灵活、简便,弥补了配电系统网路中的不足。值得强调的是,它不会污染环境。太阳能作为一种新型能源,具有可再生的性质,近年来,被应用到了很多领域中,它已经成为了我国的新兴产业之一。根据相关数据调查结果,太阳能与通信信息技术、计算机并称为“三大迅速发展产业”。从其工作原理来看,利用太阳能的光伏发电功能,通过接受太阳光照实现光电效应,将太阳能转化为可利用的直流电。这种操作简单、无污染,可用于后期的维护工作中。风能的使用逐渐成为了分布式供电的关键能源和技术。在生物应用方面,主要体现农业、林业等与人们生活紧密相连的领域中,可以通过对相关物质的焚烧获得能量,并在城市中建立大型的垃圾发电厂。

从我国配电网络的角度来看,基于分布式电源供电系统充电站主要面向的是众多清洁能源,比如太阳能、风能等。在电能的转化过程中,需要使用相关的仪器、设备,例如输入设备、转化设备、控制设备等。在城市的配电网络中,要调整合适的电压,将其传递到各家各户。该网络肩负着众多职能,十分重要,更重要的是电力系统部分。配电网络主要为变电站等,将两者联系在一起时,需要将分布式模式的电源与配电网络的电路接口,从而保证网络的正常运行。

3 充电站的运行方式

由于传统的供电系统中存在许多问题,所以,对电源供电系统充电站的研究和设计提出了新的理念,即分布式电源供电模式。通过有效、合理的调整和利用相关内容,解决了我国电力方面存在的问题。将分布式的发电充电站技术与配电网路联系在一起,对其进行合理的设计和研究,得到了一个完整的运行供电系统,为人们提供高质量的电能。从基于分布式电源供电系统充电站的运行方式来看,在充电过程中,存在对功率吸收效果不好的情况。因此,通过恒定的功率,每种波动都会产生波动功率。将其投入到电网中,会对整体电路网络产生重大的影响,进而影响电路网络运行的稳定性。在此模式下运行电路,吸收电路充电站的功率,形成波动性功率的概率比较小,能减小对电网稳定性的影响。

4 结束语

综上所述,我国一直提倡将社会经济发展与环境保护紧密结合在一起,不能只发展经济,而忽略了对环境的保护。电力建设与国民生活各方面的内容紧密相关,从经济长远发展的角度来看,需要改善充电站的供电系统模式。针对我国目前的发展情况,在不断的设计和研究中发现,分布式电源供电充电站系统具有一定的应用价值,它能够稳定我国电网系统的运行。

摘要：随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高,汽车的使用范围越来越广,使用频率越来越高。交通范围的扩大对环境造成了一定的影响,我国在坚持可持续发展的同时,要将社会发展与生活环境保护结合在一起。由于传统的供电系统中存在许多问题,所以,对电源供电系统充电站的研究和设计提出了新想法,即分布式电源供电模式。通过有效、合理的调整和利用相关设备,解决了我国电力方面存在的问题。

关键词：供电系统,充电站,分布式电源,可持续发展

参考文献

[1]常波.基于分布式电源供电系统充电站的研究与设计[D].北京:华北电力大学,2012.

分布式供电 第5篇

我国属于一个多岛屿的国家, 长期以来由于供电、供水等各种因素的影响, 海岛开发利用所需成本较高。对于远离大陆的海岛, 其用电基本以中小功率的柴油发电机为主, 但是柴油发电机发电成本高、环境污染大、运行安全隐患大、海上供油依赖大, 导致了海岛持续供电能力弱等缺点[1]。近年来技术日臻完善的潮汐能、风能、太阳能等可再生能源发电, 可以很好地弥补单一柴油机供电带来的供电可靠性问题和环境污染问题。尤其基于分布式电源的微电网组网技术的发展, 为海岛绿色供电系统建设提供了技术储备[2,3,4]。

在海岛上安装一定容量的太阳能光伏、风力发电机, 可以很好地降低对柴油发电机的依赖。但人们对电能的需求并不是与光照强度、风速等自然资源供给同步, 为了解决这种产出与需求之间的不同步矛盾, 文献[5]提出根据光伏系统瞬时的输出功率大小, 实时调整负荷大小以与光伏输出功率动态匹配。文献[6-7]采用大容量储能逆变器做主电源, 吸收或发出电量弥补发用差额以维持系统稳定。文献[8-11]利用单台或多台常规发电机 (汽轮机或水轮机) 实现孤网时的供电, 并利用发电机的一次调频和高频切机与低频减载辅助控制实现系统的稳定运行。文献[12]对弱电网连接的电压稳定问题做了专门探讨, 文献[13]首先提出了论述电网经济调度的通行方法, 文献[14]对含可再生能源的经济调度模式给出了具体的论述。这些文献只是单方面解决系统运行部分问题, 对于负荷用电量大、可再生能源渗透率高、供电可靠性要求高的大中型独立海岛系统, 这些单一方法无法满足供电系统对安全、稳定、优化运行的要求。

1 独立海岛供电系统特征

如何解决大中型独立海岛供电问题, 尤其是含高渗透分布式能源 (可再生能源占比大于20%~30%) 的独立海岛供电系统的安全、稳定、优化运行成为当前大力发展海岛经济必须要解决的关键技术之一。主要因为独立海岛的供电系统具有多方面的特殊运行特征:

1) 远离大陆的海岛供电系统常常规模偏小, 多采用两级电压供电 (10 k V/400 V) , 但普遍10 k V变电设备分布点偏少, 直接导致400 V供电距离较长, 电网损耗大。

2) 海岛生态环境脆弱, 不适宜建设大中型常规化石能源类旋转型发电设备, 常常就地利用潮汐能、风能、太阳能等可再生能源发电, 高渗透率的可再生能源 (甚至超过40%) 出力波动大、可调度性差, 对电网扰动频繁。同时系统容量小、备用低, 负荷投切造成的电网扰动对其稳定性的威胁大, 因此系统稳定性差, 电网运行脆弱。

3) 海岛运行环境恶劣, 电网故障发生频率高, 而故障扰动承受能力弱, 对保护的可靠性、快速性要求非常高。同时海岛上因地制宜建设的电源使系统潮流分布复杂, 传统故障保护配置复杂, 甚至不可行。

对于供电如此复杂的海岛独立供电系统, 本文提出基于暂态、动态、稳态的三态海岛供电系统控制方案, 综合解决海岛供电系统中新能源接入、负荷可持续供电以及系统稳定与优化运行等问题。三态控制方案包括基于区域电流差动集中保护的暂态保护, 基于广域量测数据分析实现系统频率动态稳定控制, 以及基于优化运行的稳态能量管理。

2 基于三态控制的独立海岛供电系统解决方案

2.1 基于三态控制的独立海岛供电系统整体框架

基于三态控制的独立海岛供电系统由三层控制体系组成, 即就地控制层、集中控制层、优化调度层。整个解决方案的系统结构图如图1所示。

就地控制层与集中控制层间采用PTN光纤环网构建高速数据通道, 快速传递广域量测采样值数据SV、基于GOOSE网的设备事件数据以及基于IEEE1588同步时钟数据, 实现三网融合。就地控制层完成广域量测数据的采集和设备运行状态的识别, 并以5 ms为传输间隔向上传输数据。中间层为集中控制层, 其一方面利用SV和GOOSE数据进行电网故障识别, 控制命令快速传输, 完成故障隔离的快速实现;另一方面通过采样数据分析系统小干扰下的频率动态稳定, 通过快速调节储能出力、高频切机、低频切载等手段实现全网频率动态稳定。最上一层是集中调度层, 与中间控制层采样MMS机制完成数据交互, 通过分析各分布式电源的最优发电功率, 实现独立海岛系统经济优化运行。

2.2 基于集中保护的暂态保护方案

在独立海岛主网任一点发生故障, 都可能引起全网系统电压下降, 如果不能及时切除故障, 将可能扩大故障范围, 引起连锁反应, 甚至造成海岛电网全网崩溃的严重后果。

基于广域量测数据的集中式保护利用就地层智能终端上送的广域量测数据, 以基于小矢量分相电流差动保护为主保护, 集中判断故障发生点, 进行快速故障隔离。电流差动保护的保护对象为整个海岛主网架的供电区域, 如图2所示。

基于广域量测数据的集中式保护主要功能包括:

1) 当海岛电网发生故障时, 综合电网全局保护信号、开关遥信、以及电压、电流等量测, 自动进行电网开关分合, 实现电网故障隔离、网络重构和供电恢复, 提高用户供电可靠性。

2) 对多路供电路径进行快速寻优, 消除和减少过负荷, 实现供电设备负载均衡。

3) 采用电流差动保护原理, 在保护区域内任意节点接入分布式电源, 其保护区间和保护定值不受影响。

4) 利用高速采集, 实现故障的直接定位, 取消上下级备自投的配合延时, 减少无谓延时等待, 实现更加快速的负荷供电恢复, 提高供电质量。

5) 引入重合闸动作信号, 加快自愈响应速度, 实现更加快速的负荷供电恢复, 提高供电可靠性。

集中式电流差动保护能在20 ms内确定故障发生点, 并在50 ms内指定控制策略并下发控制命令。

2.3 基于广域量测数据的动态稳定控制该

独立海岛供电系统规模小、备用容量小、抗干扰能力差, 分布式电源出力波动、负荷用电变化、负荷投切等都可能引起系统频率的较大波动, 严重时将引起系统崩溃。动态稳定控制利用广域量测数据分析频率、电压的波动, 并通过调节具有快速响应特性的储能控制系统与具有可调能力的分布式发电逆变器出力, 采样高频切机、低频减载等手段,

使系统频率恢复到安全范围内。频率动态稳定控制依据频率动态特性将其划分为四个区域, 如图3所示。

安全运行A区:L maxH minf (27) f (27) f, 频率额定值附近, 系统绝大部分时间运行在该区域内, 频率位于该区域时系统可不做任何辅助控制。大电网中, 区域一般设为49.8~50.2 Hz, 但独立供电系统的率波动较大, 可考虑设置为:Lmaxf=49.5 Hz,

预警运行B区:LML maxH minHMf (27) ff&ff (27) f, 该区域系统受到较小的频率波动, 可通过一定的功率补给或消纳便可使频率返回A区。

L min LM HM H max该区域频率波动较大, 需要采取切机切载等紧急控制措施方能使系统不至于走向崩溃。

系统解列D区:图3 频率动态稳定区域划分Fig.3 Partition zone of frequency dynamic stability, 当电网突然遭受巨大扰动, 频率陡增或陡降并超出可控范围, 系统走向崩溃。

B区域和C区域属于动态稳定控制范围。当系统处于B区时, 应用下垂控制方法抑制电网频率较大范围的波动。该方法根据频率偏差计算功率缺额, 并快速调节储能出力弥补该功率缺额, 使系统频率恢复到额定值附近。系统功率差额计算如式 (1) 。

其中:K为调差系数;f为实际电网频率;Nf为额定电网频率50 Hz。调差系数K与电网的发电与负荷的静态频率特性有关, 大电网中汽轮发电机的调差系数为33.3~20, 水轮发电机组为50~25。在独立海岛供电系统中, 考虑动态频率稳定控制基于广域量测数据分析与决策, 决策迅速 (50 ms内) , 储能输出响应快 (10 ms左右) , 整个系统调节速度远远快于汽轮发电机和水轮发电机, 因此为保证调节的精确性可设置调差系数为15~20。

当电网的频率进入B区域, 如果功差额 (35) P超过储能的容量限制时, 出于对储能设备安全运行的考虑, 储能仅以最大功率充电或放电。

如果频率在B区得不到有效治理而进入C区域, 频率在HMH maxfff区间时, 系统频率过高则采取高频切机, 频率在LML minfff区间时, 系统频率过低则采取低频减载。退出的发电设备容量和切除的负荷大小均由公式 (1) 计算得出的功率盈缺值来确定。同时, 负荷切除时按照负荷等级分类, 先切非重要负荷再切重要负荷, 而切除发电设备时先切除出力不稳定的风力发电机和光伏发电设备, 再切除出力稳定的柴油发电机等。

同样电压动态稳定控制采用与频率动态稳定控制类似的分区控制, 参与无功调节的设备包括储能、具有无功调节能力的光伏风机逆变器等, 常规的电容补偿设备由于其响应速度与控制方式的限制, 仅参与稳态电压无功管理。

2.4 基于经济优化调度的稳态能量管理控制

海岛电网中常常建设有风力发电机、光伏、柴油发电机等多种类型电源设备, 为了保证系统的稳定性还常配置有储能设备等。由于各种电源发电成本差异较大, 在系统稳定运行过程中如何合理安排各发电设备出力, 如何安排储能的充放电时机等是海岛电网经济优化需要解决的问题。

常规大系统中经济优化控制是通过计算系统发电成本最低来分配各个发电机组的最佳出力[10,11], 系统的发电成本常常仅指系统的燃料成本。在海岛电网中, 电源一般包括柴油发电机、光伏发电、风力发电、储能等。一方面可再生能源发电并不需要消耗任何的燃料, 但功率约束条件中必须考虑其出力;其次储能在再生能源发电高峰时吸收电能并在用电高峰时释放电能, 其发电和负荷的角色随时切换, 使常规经济优化中的约束条件变得复杂。本文参考大系统经济优化调度方法提出了独立海岛供电系统经济优化调度目标函数计算方法。其计算公式如式 (2) 所示。

其中:a (10) bP i (10) c Pi2为分布式电源的燃料成本;Ccdis为电池的放电成本 (计及储能储存电能时造成的电能损耗成本) ;Ccexch为电池的充电成本 (计及储能储存电能时的电网电价) 。

同时经济优化调度必须满足以下运行约束:

1) 系统功率输出与消耗相等

2) 任一发电设备的有功功率不应超过它的上下限值

3) 任一储能充放电不应超过其功率上下限值

4) 任一储能剩余容量不应超过其剩余容量上下限值

通过以上分析可知, 独立海岛供电系统中经济运行调度是对一个多元素、多约束目标函数的求解, 其求解可采用同大电网相似的计算方法即拉格朗日乘数法来求解, 拉格朗日函数为

通过对由拉格朗日无条件极值的求解, 计算出各个分布式电源的最优发电出力, 再根据不等式约束条件加以校正, 便可得出系统中最终的各机组最优出力。

3 案例分析

为了分析集中保护快速性对独立海岛供电系统故障隔离的必要性和小干扰动态频率稳定控制的效果, 本文通过仿真软件DIg SILENT Power Factory对一个独立海岛供电系统进行仿真分析, 仿真参数见表1。

该海岛为10 k V环网供电系统, 系统主接线如图4所示。

独立海岛典型日负荷曲线如图5所示, 光伏风机出力如图6所示。

3.1 集中式差动保护对稳定影响

为了验证全网集中差动保护与配电网常规过流保护在故障隔离中系统的暂态响应的差异, 仿真Line 5发生三相短路故障后系统频率的暂态过程。

集中式差动保护对事故定位50 ms, 事故隔离150 ms, 共计200 ms的处理时间。常规继电保护10 k V线路的保护跳闸时间多在1 s及以上 (包含重合闸时间) 。因此仿真供电线路在0.1 s时发生三相短路故障, 分别在0.3 s和1.1 s时断开线路开关, 实现隔离故障。仿真结果如图7所示, 其中0.3 s切除故障时, 系统频率在经过一个短暂的波动后趋于稳定, 而故障在1.1 s切除时, 系统频率将逐渐升高并最终崩溃。

由仿真结果可知, 采用常规配网保护, 独立海岛电网由于系统容量小、抗扰动能力弱, 系统在发生三相短路故障时, 故障切除不及时将导致系统失稳。

3.2 小干扰动态稳定控制

模拟仿真某负荷在0.1 s被切除后系统电压和频率波动如图8和图9所示。图中虚线为负荷被切除后系统不采取任何措施时的频率和电压曲线, 而红线表征在0.3 s时调节储能出力平抑频率波动后的频率和电压曲线。图10显示了调节前后各电源 (包括柴油发电机、风机、光伏与储能) 的有功出力。

根据仿真结果可知, 如果负荷被切除后系统不做控制调节, 由于系统的脆弱性其频率在经过较长时间的波动后将趋于稳定, 但电压呈发散趋势。而通过快速调节储能出力使其吸收盈余功率后, 系统电压和频率很快趋于稳定。仿真验证本文提及的动态稳定控制能有效维持系统稳定。

3.3 经济优化调度

海岛上采用光伏、风机、柴油发电机作为供电电源, 由于光伏和风力发电为可再生能源, 无需燃料成本, 因此在经济性分析中主要根据柴油发电机在不同功率下的燃油成本与储能充放电成本决定储能的充放电功率, 使最终系统总运行成本最小。根据当前油价、柴油发电机耗油曲线、储能充放电投资费用和损耗等, 可折算出本海岛最终的经济优化调度目标函数为

通过对目标函数的求解, 可计算得出在优化前后本独立海岛电网日耗油量和日燃油费用如表2所示, 其中通过优化控制每年将直接节省32.19万元的燃料投资费用。

图11、图12结果显示, 通过优化柴油发电机出力, 能很好地降低燃油成本, 最大可能利用分布式发电。

4 结论

随着国家对海岛经济、环保、有序开发, 如何保证含有高渗透率分布式电源的独立海岛供电系统安全、稳定、经济运行成为一个全新的课题。本文提出基于就地控制层、集中控制层、优化调度层的三层控制体系, 解决海岛电网暂态、动态、稳态运行问题的独立海岛三态控制方案。三态控制分别为:基于区域电流差动集中保护的暂态控制, 基于广域量测数据分析实现系统频率动态稳定控制, 以及基于经济优化调度的稳态能量管理。

分布式供电 第6篇

关键词：智能配电网,分布式发电,供电恢复,孤岛运行,粒子群优化算法

0 引言

面对国际国内经济形势、能源形势的变化,根据我国能源结构情况,从发展清洁能源、应对气候变化、保障能源安全、促进经济增长的需要,国家电网公司提出了建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网的战略目标。智能电网具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征,包含发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节[1,2]。其中智能配电应综合应用各种先进自动化技术、通信技术、信息技术,实现具备自愈能力、更高的安全性、电能质量、支持分布式电源的大量接入和对配电网及其设备实现可视化管理的目的。自愈能力主要是以保障供电不间断为目标,在故障发生后的短时间内及时发现并自动隔离故障,防止大面积停电,并快速从紧急状态恢复到正常状态。

分布式发电(Distributed Generation,DG)是指分散配置在用户附近的几十k W到几十MW的小规模发电装置,如燃气轮机、内燃机以及以太阳能光伏电池、燃料电池、风能为能源的新型发电装置[3~4]。由于DG能提高能源利用效率、节能、多样化地利用各种清洁和可再生能源,DG在未来的智能电网中的应用将会越来越广泛。DG通常直接接入配电系统,具有并网运行和孤岛运行两种运行模式。并网运行模式是指DG接入电网后与原有系统一起向负荷供电的运行模式;孤岛运行模式是指电网发生故障后,DG和主电网分离,对停电区域负荷独立供电的运行模式[5,6,7]。国际能源机构提出:当电网的部分线路因故障或维修而停电时,停电线路由所连的并网发电装置继续供电,并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛现象,这种现象叫做DG的孤岛效应。随着DG在配电网中数量不断增加,在电网输配电系统发生故障时,利用DG孤岛效应,继续保持为重要负荷供电,从而提高系统供电可靠性,为智能电网应对电网大面积停电提供了一种新措施。

配电网供电恢复是在配电网发生故障后,通过网络重构在确保系统运行安全的条件下,快速恢复对非故障停电区域失电负荷的供电。目前已有大量文献对供电恢复算法进行了研究,如采用启发式搜索法,模糊数学法,遗传算法,模拟退火算法等来寻找最优恢复方案[8,9,10,11,12]。DG并网后,配电网结构和运行控制方式都将发生巨大改变,DG孤岛的形成使传统配电网供电恢复算法不再符合新的要求[13]。因此,研究电网大面积停电后,利用DG孤岛效应,维持重要负荷供电的前提下最大限度地对非故障停电区域恢复供电,提高电力系统抗灾防御能力具有重要的意义。

本文根据DG并网后的运行特性,提出了利用DG孤岛效应的配电网供电恢复算法。故障发生后,首先检查故障支路下游是否包含DG,如果包含DG,按预先制定的孤岛划分方案将DG转化为孤岛模式运行,维持孤岛内重要负荷的供电。然后,将开关转换次数最少作为目标函数,并综合考虑网络拓扑结构、DG容量、节点电压安全、支路功率等约束,采用基于二进制粒子群优化算法(Binary Particle Swarm Optimization,BPSO)的供电恢复算法,最大限度地对孤岛外的非故障停电区域恢复供电。

1 配电网供电恢复数学模型

配电网供电恢复是一个多约束的非线性优化问题。本文将开关转换次数最少作为目标函数,并综合考虑网络拓扑结构、DG容量、节点电压安全、支路功率等约束,具体数学模型如下:

(1)目标函数

开关转换次数最少

式中:SW为开关转换次数,Swi为第i个开关的开、关状态,分别用0和1表示,Sw Oi为第i个开关的初始状态。

(2)约束条件

1)DG注入功率不应超过DG最大容量;

2)节点电压应保持在允许电压范围内,即电压介于最大和最小值之间;

3)支路功率不超过最大功率约束;

4)供电恢复过程中,配电网络结构应保持呈辐射状;有孤岛形成后,配电网中与根节点相连接部分网络也应呈辐射状。

2 含DG孤岛的配电网供电恢复算法

2.1 BPSO概述

BPSO是Kennedy博士和Eberhart博士为解决离散空间的优化问题于1997年提出了BPSO算法[13]。优化过程为随机初始化粒子群N,第i个粒子用d维向量xi和vi分别表示其位置和速度,将其代入优化目标函数得出适应值,更新粒子速度和位置,通过迭代寻求最优解。粒子速度和位置的更新方程为:

式中:第i个粒子用d维向量表示vidk和xidk分别为粒子i在第k次迭代时的第d维速度和位置;ω为惯性权重系数;c1、c2为加速系数,分别调节向全局最优粒子和个体最优粒子方向飞行的步长;r1、r2为[0,1]之间的随机数;pid为粒子i第d维个体最优点的位置;gd为整个群在第d维全局最优点的位置。粒子i的位置xidk取值为0或1,速度越大表示位置取值为1的概率越大。r为[0,1]之间的随机数,S(x)=1/(1+e-x)。为防止S(x)函数饱和,可将粒子速度设定在[-4,4]内。

2.2 基于BPSO的配电网供电恢复算法

配电网供电恢复算法是配电网故障后通过改变网络开关状态,在满足网络安全运行的条件下,调整网络结构,将非故障停电区域内负荷转移到正常供电区域,达到缩小停电范围,快速恢复供电的目的。本文将开关状态变量作为基本粒子,分别用0、1表示断开和闭合状态,按BPSO算法求解。供电恢复过程中,每次开关状态更新后都要对配电网进行一次潮流计算,确定粒子更新位置的适应值[15]。

BPSO供电恢复算法流程如下:

(1)输入配电网络初始信息,确定可操作分段开关和联络开关位置,确定基本粒子维数。

(2)设定粒子群规模N,惯性权重系数ω,加速系数c,迭代次数t等参数。

(3)随机初始化粒子群,得到N个可行解。

(4)对每个粒子进行粒子的速度和位置更新。

(5)进行潮流计算,计算粒子更新位置后的适应值fitness=F(x)。

(6)如果达到最大迭代次数,则停止计算,否则返回第(4)步。

2.3 DG孤岛划分算法

确定孤岛划分方案时应考虑以下两方面的原则:

(1)孤岛内负荷容量与DG总发电容量应达到功率平衡,负荷容量超过DG总发电容量将导致系统频率降低,对系统运行和设备安全都带来严重的危害。

(2)电力系统中按负荷重要程度的不同分为等级高低的负荷,孤岛划分方案应保证重要负荷优先供电。

本文对DG进行动态孤岛划分,孤岛划分的目标是使孤岛内所包含负荷点的等值有效负荷之和最大[14]。以DG所在馈线的负荷点为圆心,沿着网络拓扑方向,以DG的额定容量为半径搜索负荷,该圆内包含的负荷点集合称为功率圆,并采用广度优先搜索来确定功率圆的范围。从DG所在馈线的负荷点出发,首先访问与负荷点相连的所有支路,然后访问下层支路,在孤岛对区域D连通性条件下,遍历功率圆图,直至目标函数达到最大值。执行这种搜索算法,就可以得到配电网故障后的最优孤岛划分方案。这个孤岛的端点是孤岛划分方案执行时需要跳开的节点,即分段开关的配置位置。

2.4 含DG孤岛的配电网供电恢复算法流程

含DG孤岛的配电网供电恢复流程如下:

(1)按DG的安装位置和容量确定故障后DG的孤岛划分方案,确定孤岛划分方案执行时需要断开的分段开关配置位置。

(2)故障发生后,检查故障支路下游是否包含DG,如果包含DG,DG转入孤岛运行。

(3)查找DG孤岛形成时需断开的分段开关和停电区域支路分段开关位置。

(4)调整故障后配电网络结构信息,寻找非故障停电区域可恢复路径,确定可操作分段开关和联络开关数,确定基本粒子向量。

(5)根据孤岛形成后配电网拓扑结构变化,调整潮流计算程序中网络结构信息。对潮流计算程序中的支路矩阵,节点矩阵、发电机矩阵数据进行调整。

(6)执行BPSO供电恢复算法流程(2)~(6)。

(7)寻找系统中是否存在未被恢复区域,如果有无法恢复的的非故障停电区域,进行切负荷处理。

3 算例分析

本文采用文献[15]中的33节点系统作为算例。该系统共有37条支路,5个联络开关,分别是S33、S34、S35、S36、S37,假设每条支路都设置有一个分段开关。总负荷为3715 k W+j2265 kvar,额定电压为12.66 k V,该系统结构见图1。

本文在测试系统中接入了4个DG,假设DG的安装位置和容量在DG规划阶段根据重要负荷分布情况进行了优化分配,具体安装位置和容量见表1。

本文设定惯性权重系数ω=0.8,加速系数c1=c2=2.0,并设定BPSO算法中粒子数N=20,迭代次数为100次。

本文对2种故障情况进行了分析,验证了本文算法的有效性。文中假设供电恢复前,已完成故障检测与隔离操作,非停电支路的DG保持并网运行。

故障1:在支路9、22处同时发生永久性故障,对故障点隔离。支路9下层支路中包含DG2,支路22下层支路中包含DG3,因此对DG2、DG3进行孤岛划分,孤岛划分方案见表2。

由表2可见断开分段开关S12、S15后形成由DG2、支路13、14组成的孤岛2;断开分段开关S22后,形成由DG3、支路23、24组成的孤岛3,分别对孤岛内负荷供电。

由图1可见,故障后,故障支路9、22断开,孤岛2、3形成后,支路23、24、12、13、14、15和配电网分离,联络开关S34、S37连接节点14、24分别包含在孤岛2、3内不可用,可用联络开关为S33、S35、S36。从配电网中去掉故障支路、孤岛划分配置支路和不可用联络开关支路后,配电网变为27节点、27条支路系统,此时,配电网中只包含DG1和DG4。配电网结构调整后可操作分段开关和联络开关数为27,设定基本粒子维数为27。在潮流计算程序中修改配电网结构信息,对节点矩阵、支路矩阵、发电机矩阵重新排序编号。最后按照BPSO算法求解孤岛外非故障停电区域的配电网供电恢复方案。供电恢复后系统参数见表3。

由表3可见,为对非故障停电区域恢复供电,联络开关S35、S36闭合,S35闭合后支路10、11恢复供电,S36闭合后为支路15、16恢复了供电。系统供电恢复后,开关转换次数为3,节点15为电压最低点0.937 p.u.。该算法实现了故障1发生后对孤岛外所有非故障停电区域的供电恢复。

故障2:在支路5、30处发生永久性故障,对故障点隔离。支路6下层支路中包含DG1、DG2,支路30下层支路中包含DG4,因此对DG1、DG2、DG4进行孤岛划分,孤岛划分方案见表4。

由表4可见断开分段开关S5、S8、S25后将形成由DG1、支路6、支路7组成的孤岛1;断开分段开关S12、S15后将形成由DG2、支路13、14组成的孤岛2;断开分段开关S30后将形成由DG4、支路31、32组成的孤岛4,分别对孤岛内负荷供电。孤岛形成后,孤岛外支路9、10、11、12、15、16、17、26、27、28、29成为非故障停电区域,按照本文提出的BPSO算法对孤岛外非故障停电区域进行供电恢复,供电恢复后系统参数见表5。

由表5可见,为对非故障停电区域恢复供电,联络开关S35、S37闭合,S35闭合后对支路9、10、11恢复供电,S37闭合后对支路26、27、28、29恢复供电。系统供电恢复后,开关转换次数为2,节点25为电压最低点0.937 p.u.。由于支路16、17无可恢复路径无法恢复供电,对支路16、17进行切负荷处理。

由上述两种供电恢复结果数据可见,由于供电恢复和网络结构、故障位置和转换开关位置密切相关,因此,供电恢复算法主要目标是找到一系列开关动作组合,实现最大限度地对非故障停电区域恢复供电。

4 结论