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含分布式电源的配电网安全性校验方法

发布于：2015-09-07 11:29:07 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

国网张家口供电公司的研究人员孟玲梅、李振生、高雅洁，在2015年第7期《电气技术》杂志上撰文，N-1安全校验是配电网规划的重要步骤，而分布式电源接入后如何对配电网进行N-1安全校验这一问题尚未解决，对此本文提出了一种含分布式电源的配电网N-1安全校验方法。

首先给出了配电网发生N-1故障后分布式电源的处理方法，其次提出了含分布式电源的配电网N-1安全校验流程，最后通过一个实际的配电网算例证明了所给出方法的有效性和实用性。本文工作对含分布式电源的配电网规划具有一定的参考价值。

“N-1”安全准则是配电网规划的重要准则[1-2]。N-1安全即在配电网中主变、馈线等发生N-1故障后，通过负荷转带保证不甩负荷的供电安全性。

研究表明，分布式电源的接入对提高配电网供电安全性具有十分重要的作用和积极的影响[3-6]。分布式电源接入配电网的容量和位置合理和适当的情况下，可提高配电网供电的可靠性和安全性。未来配电网规划需考虑分布式电源的影响，N-1安全性校验是配电网规划的一个重要步骤，而分布式电源接入配电网后如何对配电网进行N-1安全性校验这一问题尚未解决，这对未来配电网的规划和安全性评价均有很重要的意义和作用。

因此，本文提出了一种含分布式电源的配电网N-1安全校验方法。为含分布式电源的配电网规划提供了基础工具和方法。

1 配电网N-1后DG的处理方法

1.1 与配网N-1相关的DG分类

根据分布式电源(DG, Distributed Generation)在配电网N-1故障发生后是否可以作为配电网的备用电源，分布式电源可分为备用电源DG和非备用电源DG[3]。备用电源DG的输出功率通常可以控制，包括发电机组、微型燃气轮机、燃料电池以及带有储能装置的风力发电机和光伏等;非备用电源DG输出功率往往具有间歇性和波动性，受天气环境等因素的影响比较大，如未配有储能设备的风机和光伏等。

根据分布式电源在配电网N-1故障后是否与主电网联网又可以分为并网DG和脱网DG[3]。并网DG与主电网保持并网运行;脱网DG包括三种，一是电网正常运行时作为备用电源但未并网的DG;二是故障发生后直接退出运行的非备用电源DG;三是故障后形成孤岛运行的DG[3-4]。

根据分布式电源在配电网N-1故障发生后所处的区域还可以分为故障区DG和非故障区DG。故障区DG是指N-1故障发生后所形成的断电区域电网中的DG;非故障区DG同理是指N-1故障发生后处于非断电区域的DG。

不难看出，并网DG和脱网DG以及故障区DG和非故障区DG的概念都不是绝对的，任何一个分布式电源在故障发生后随着故障恢复过程的进行，其类型也在随之改变。

1.2 配电网N-1后DG处理

当配电网中发生N-1故障后，对于不同的分布式电源，其处理方法也有所不同[3-4]。需指出的是，在备用DG形成孤岛运行时，在保证给当地用户供电的基础上，根据自身的容量裕度，尽可能扩大供电范围，形成多用户孤岛运行模式，以提高配电网的供电可靠性[3][6]。以上各类型DG在潮流计算时均可看作为PQ节点[5]。

2 含DG配电网N-1安全校验流程

根据含分布式电源的配电网故障恢复流程[3,5,6]总结得出的含分布式电源的配电网N-1安全校验流程如下。

1)假设配电网内一个主变(一条馈线出口处)发生了N-1故障，自故障点向下找出故障区域。故障区域内如有非备用DG，则将其退出运行;如有备用DG(包括并网DG和脱网DG)，就近尽可能的形成多用户孤岛运行，否则解列成单元孤岛只对当地负荷供电。

2)找出故障断电区域和非故障正常供电区域之间的联络线。对与故障断电区域有联络关系的各个非故障正常供电区域进行潮流计算，得出各自的馈线容量裕度以及节点电压分布。

3)利用容量裕度最大且末端节点电压仍未越限的馈线对故障区域负荷进行供电恢复，每尝试恢复对一定数量负荷的供电，都要进行一次潮流计算，如馈线以及馈线所属主变容量均未过载且馈线上各节点电压均未越限，则继续进行恢复供电尝试，否则终止恢复。

在恢复过程中，如果故障区域形成的孤岛可以并网，则并网运行。否则继续孤岛运行。

在供电恢复的过程中，配电网需满足传统供电恢复过程的约束条件[5,7]，即(1)节点电压约束，各节点电压应保持在电压约束范围内;(2)支路潮流约束，支路潮流不能超过各条馈线的容量上限，即不能过载;(3)主变容量约束，主变的出线馈线上所有负荷之和不能超过主变额定容量;(4)辐射状供电约束，不考虑DG的影响，配电网在供电恢复过程中应保持辐射状供电。

4)每次用非故障正常供电的馈线对故障区域恢复供电后，则重新形成新的故障断电区域，重复步骤2)和步骤3)。直到对故障断电区域全部恢复供电或者仍有故障断电区域但是没有非故障正常供电馈线可以再对其进行供电恢复为止。

5)如果可以对故障断电区域的负荷全部恢复供电。则该主变(馈线)N-1安全校验通过，转向第步骤6);否则该配电网N-1安全校验为不通过，校验结束。

6)检测配电网内是否还有未进行N-1安全校验的主变(馈线)，如果有则对下一个主变(馈线)再次进行N-1安全校验，即进行步骤1)到步骤5);如果没有，则该配电网N-1安全校验通过，校验结束。

3 算例分析(略)

4 结论

本文提出了一种计及分布式电源的配电网N-1安全校验方法，研究表明，馈线容量约束和节点电压约束是制约负荷转带的最主要的两个因素，详细说明如下。

1)当辐射线路较长时，节点电压随着线路的延伸下降很快，故容易出现节点电压触及电压下限的问题，而此时线路负载率并不是很高，线路潮流还有相当的裕度，但是馈线由于电压约束的限制往往不能再接纳更多的负荷，分布式电源的加入可有效的抬高馈线节点电压，使其能接纳更多的转带负荷。

2)当辐射线路较短，节点电压随线路延伸下降较慢，此时线路容量约束成为负荷转带时最主要的制约因素，分布式电源的加入可减小线路潮流，使其能接纳更多的转带负荷，提高配电网的供电安全性。