CN109802431A - 一种新能源并网运行控制方法及系统 - Google Patents

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梁硕
栗峰
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Abstract

本发明涉及一种新能源并网运行控制方法及系统，所述方法包括：对主动配电网进行分区；利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式；其中，所述故障方向信息包括故障电流方向和潮流方向标识，本发明提供的技术方案，对发生故障的主动配电网进行分区控制，分布式电源可以继续向孤岛运行的区域供电，大大减少了配电网的停电范围，充分发挥了分布式电源的潜力，提高了供电的可靠性。

Description

一种新能源并网运行控制方法及系统
技术领域
本发明涉及配电网的控制领域，具体涉及一种新能源并网运行控制方法及系统。
背景技术
在配电网中合理的分配分布式电源，可以改善电能的质量，降低电能的损耗，因此，分布式发电技术得到了广泛应用。传统意义上，配电网是由单一电压的辐射型馈线组成，只在出口断路器上配备电流保护装置，随着配电网中分布式电源的渗透，配电网中出现了双向潮流，给传统的电流保护和控制方案带来了一系列的挑战。
目前，基于集中式保护的自适应保护方案和控制策略是缓解分布式电源对保护系统影响的重要方法。但是，由于集中式保护方法对通信能力要求很高，需要配备强大的重要控制器，当配电网中包括大量分布式电源时，这种保护策略便不再适用。
现阶段针对含大量分布式电源的高渗透配电网的保护研究主要集中在利用广域测控系统来解决上述问题，但是，这种方案由于输入信息有限，现有的大多数保护和控制方案在连接分布式电源的控制和操作方面反应缓慢且性能不佳。
发明内容
本发明提供一种新能源并网运行控制方法及系统，其目的是对发生故障的主动配电网进行分区控制，减少配电网的停电范围，充分发挥分布式电源的潜力，提高供电的可靠性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种新能源并网运行控制方法，其改进之处在于，包括：
对主动配电网进行分区；
利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式；
其中，所述故障方向信息包括故障电流方向和潮流方向标识。
优选的，所述对主动配电网进行分区，包括：
以分布式电源为搜索起点，以指向分布式电源所在馈线末端方向为搜索方向，搜索主动配电网内的可孤岛运行区域；
可孤岛运行区域搜索依据为区域内分布式电源的输出功率与其连接的负载的总需求功率之差小于等于阈值，则将该分布式电源及与其连接的负载划分为一个可孤岛运行区域；
其中，当存在负载同属于两个区域时，则将两个区域合并为一个区域。
优选的，所述利用各区域的故障方向信息识别故障区域，包括：
若区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识与一个相邻区域j中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均相同，且区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识与另一个相邻区域k中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均不同，则区域k为故障区域；
所述元器件包括分布式电源及与其连接的负载。
优选的，所述根据故障区域的位置控制各区域的运行方式，包括：
对故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行跳闸操作；
控制故障区域上游的区域保持并网运行状态，根据故障区域的故障类型控制故障区域下游区域的运行状态；
其中，上游到下游的方向为正潮流方向。
进一步的，所述根据故障区域的故障类型控制故障区域下游区域的运行状态，包括：
若故障区域的故障类型为瞬时性故障，则故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行重合闸操作；
若故障区域的故障类型为永久性故障，则根据故障区域下游区域的有功功率控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
进一步的，所述根据故障区域下游区域的有功功率控制故障区域下游区域采用孤岛运行，包括：
若故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，则控制故障区域下游区域采用孤岛运行，否则，对故障区域下游区域进行切负荷，直至故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
进一步的，所述孤岛运行条件，包括：
故障区域下游区域内的有功功率小于等于故障区域下游区域内主动不平衡功率的最大阈值。
进一步的，按下式确定故障区域下游区域内的有功功率P：
P＝∑Pin-∑Pout
其中，Pin为故障区域下游区域内的输入功率，Pout为故障区域下游区域内的输出功率。
进一步的，按下式确定所述主动不平衡功率的最大阈值α：
其中，Pi为故障区域下游区域内第i个负载的功率，N为故障区域下游区域内负载的数量，PDG为故障区域下游区域内分布式电源的输出功率，a％为裕度，范围为5％～10％。
一种新能源并网运行控制系统，其改进之处在于，包括：
划分单元，用于对主动配电网进行分区；
控制单元，用于利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式。
其中，所述故障方向信息包括故障电流方向和潮流方向标识。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的技术方案，对主动配电网进行分区；利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式。基于本发明提供的技术方案，对主动配电网进行分区控制，当主动配电网发生故障时，分布式电源可以继续向孤岛运行的区域供电，大大减少了配电的停电范围，充分发挥了分布式电源的潜力，提高了供电的可靠性；
同时，本发明提供的技术方案，可以实现快速准确的故障定位并隔离故障区域，保证并网运行与孤岛运行的无缝切换；
在配电网解列后，对计划孤岛运行的区域进行功率平衡控制，确保了孤岛区域的稳定运行。
附图说明
图1是本发明提供的一种新能源并网运行控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的区域划分示意图；
图3是本发明实施例提供的智能馈线终端单元位置及其交互通信配电馈线示例；
图4是本发明实施例提供的一种10KV配电网并网运行控制示意图；
图5是本发明一种新能源并网运行控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种新能源并网运行控制方法，如图1所示，包括：
101.对主动配电网进行分区；
102.利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式；
其中，所述故障方向信息包括故障电流方向和潮流方向标识。
例如：所述潮流方向标识包括1和-1,1表示正向潮流方向，-1表示反向潮流方向
所述对主动配电网进行分区，包括：
以分布式电源为搜索起点，以指向分布式电源所在馈线末端方向为搜索方向，搜索主动配电网内的可孤岛运行区域；
可孤岛运行区域搜索依据为区域内分布式电源的输出功率与其连接的负载的总需求功率之差小于等于阈值，则将该分布式电源及与其连接的负载划分为一个可孤岛运行区域；
若区域内分布式电源的输出功率与其连接的负载的总需求功率之差大于阈值，则扩大搜索范围，直到满足所述可孤岛运行区域搜索依据。
其中，当负载x属于区域y且属于区域z，则将区域y和区域z合并为一个区域。
例如：在分区结束后，每个区域都被断路器(circuit breaker，CB)隔离，每个区域的边界处都配有智能馈线终端单元(intelligent feeder terminal unit，IFTU)，用于控制相应断路器的开关，如图2所示，包含三个区域Z1、Z2和Z3，，每个区域都被断路器所隔离。
每个智能馈线终端单元都配置有本地断路器的名称、本地断路器的名称ID、本地断路器的名称类型属性、自身所连接的区域以及相邻智能馈线终端单元的ID，正常运行期间，智能馈线终端单元均配有方向过流继电器来监控电流方向和潮流信息，可持续监控相应断路器、电压、电流分布和潮流状态。
负载侧的智能电子设备(intelligent electronic device,IED)配置有自身的ID、本地名称、负载大小、负载优先级和所属区域等信息；分布式电源侧的智能电子设备(intelligent electronic device,IED)配置有自身的ID、本地名称、输出功率和所属区域等信息。
如图3所示，为IFTU的位置及其交互通信配电馈线示例，所述智能馈线终端单元采用分布式对等通信进行信息故障交互。
所述利用各区域的故障方向信息识别故障区域，包括：
若区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识与一个相邻区域j中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均相同，且区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识与另一个相邻区域k中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均不同，则区域k为故障区域；
所述元器件包括分布式电源及与其连接的负载。
所述根据故障区域的位置控制各区域的运行方式，包括：
对故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行跳闸操作；
控制故障区域上游的区域保持并网运行状态，根据故障区域的故障类型控制故障区域下游区域的运行状态；
其中，上游到下游的方向为正潮流方向。
所述根据故障区域的故障类型控制故障区域下游区域的运行状态，包括：
若故障区域的故障类型为瞬时性故障，则故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行重合闸操作；
若故障区域的故障类型为永久性故障，则根据故障区域下游区域的有功功率控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
例如：当系统发生故障时，故障所在区域断路器跳闸，相应IFTU通过分布式对等通信直接与其相邻的IFTU通信。通过比较各区域边界的故障电流信息和潮流方向，位于故障区域上游的IFTU将会检测到较大的电流和潮流正向变化，而位于故障区域下游的IFTU会检测到反向变化或零，从而快速识别故障区域。对应IFTU向故障所在区域下游所有IFTU发送跳闸信号控制区域边界断路器跳闸，下游区域解列，上游部分保持与电网连接。由于电力系统故障中大多数故障是瞬时性故障，因此为了提高供电可靠性，各断路器配置三相一次自动重合闸。先对故障区域边界断路器进行重合，若为瞬时性故障，则重合闸成功的断路器所对应的IFTU向其他IFTU发送同期重合闸信号，控制相应断路器检同期重合闸，恢复供电；若为永久性故障，则保护再次动作，断路器断开，重合闸失败对应的IFTU保护加速闭锁，并向其他IFTU发送保护闭锁信号，相应IFTU受到保护闭锁信号后进行保护闭锁，故障区域下游含分布式电源区域根据之前划分好的区域进入孤岛运行状态。
其中，瞬时性故障包括：由雷电引起的绝缘子表面闪络、线路对树枝放电、大风引起的短时碰线、通过鸟类身体的放电等原因引起的短路等；永久性故障包括：线路与地(铁塔)间发生金属性连接等。
所述根据故障区域下游区域的有功功率控制故障区域下游区域采用孤岛运行，包括：
若故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，则控制故障区域下游区域采用孤岛运行，否则，对故障区域下游区域进行切负荷，直至故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
例如：负荷侧智能电子设备(intelligent electronic device,IED)控制故障区域下游区域进行切负荷。
所述孤岛运行条件，包括：
故障区域下游区域内的有功功率小于等于故障区域下游区域内主动不平衡功率的最大阈值。
按下式确定故障区域下游区域内的有功功率P：
P＝∑Pin-∑Pout
其中，Pin为故障区域下游区域内的输入功率，Pout为故障区域下游区域内的输出功率。
按下式确定所述主动不平衡功率的最大阈值α：
其中，Pi为故障区域下游区域内第i个负载的功率，N为故障区域下游区域内负载的数量，PDG为故障区域下游区域内分布式电源的输出功率，a％为裕度，范围为5％～10％。
例如：如图4所示，区域Z2和区域Z4为可孤岛运行的区域，若故障F1位于区域Z1的L2线上，当系统发生故障时，IFTU0检测到故障电流信息为正向，IFTU0通过分布式对等通信获取IFTU1检测到的故障电流信息为反向，则识别IFTU0与IFTU1间为故障区域，IFTU0控制CB0跳闸，IFTU1～IFTU 3控制相应的CB执行跳闸操作，若为永久性故障，则区域Z2和区域Z4以孤岛形式运行，断电范围从整个配电网络减少到区域3。
若故障F2位于区域Z3的L6线路上，当系统发生故障时，IFTU 0、IFTU 1和IFTU2同时检测到故障电流信息为正向，IFTU3检测到的故障电流信息为反向，则识别IFTU2与IFTU3间区域为故障区域，IFTU2和IFTU3分别控制CB2、CB3跳闸，隔离故障区域，同时，隔离信号传递至IFTU0和IFTU1，若为永久性故障且不需要切负荷，则控制区域Z4采用孤岛运行模式，区域Z1和区域Z2保持并网运行模式。
若故障F3位于区域4的L7线路上，当系统发生故障时，每个IFTU与其相邻的IFTU交互信息，所有IFTU检测到故障电流信息为正向，识别出故障区域不在任何两个相邻IFTU之间，IFTU 3与IFTU4通信得知IFTU4为终端，因此，确定故障区域为区域Z4，IFTU 3控制CB3跳闸以隔离故障区域，同时，IFTU3向IED3.3发送开关命令，分布式电源与区域4断开连接，若为永久性故障，则区域Z1、Z2和Z3保持并网运行，区域Z4断电。
基于上述控制方法的同一构思，本发明还提供一种新能源并网运行控制系统，如图5所示，包括：
划分单元，用于对主动配电网进行分区；
控制单元，用于利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式。
其中，所述故障方向信息包括故障电流方向和潮流方向标识。
所述划分单元，用于：
以分布式电源为搜索起点，以指向分布式电源所在馈线末端方向为搜索方向，搜索主动配电网内的可孤岛运行区域；
可孤岛运行区域搜索依据为区域内分布式电源的输出功率与其连接的负载的总需求功率之差小于等于阈值，则将该分布式电源及与其连接的负载划分为一个可孤岛运行区域；
其中，当负载x属于区域y且属于区域z，则将区域y和区域z合并为一个区域。
所述控制单元，包括：
识别模块，用于若区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识和其一个相邻区域j中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均相同，区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识和其另一个相邻区域k中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均不同，则区域k为故障区域。
所述控制单元，还包括：
第一控制模块，用于对故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行跳闸操作；
第二控制模块，包括：
第一控制子模块，用于控制故障区域上游的区域保持并网运行状态，根据故障区域的故障类型控制故障区域下游区域的运行状态；
第二控制子模块，用于若故障区域的故障类型为瞬时性故障，则故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行重合闸操作；
第三控制子模块，用于若故障区域的故障类型为永久性故障，则根据故障区域下游区域的有功功率控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
其中，上游到下游的方向为正潮流方向。
所述第三控制子模块，还用于：
若故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，则控制故障区域下游区域采用孤岛运行，否则，对故障区域下游区域进行切负荷，直至故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
所述孤岛运行条件，包括：
故障区域下游区域内的有功功率小于等于故障区域下游区域内主动不平衡功率的最大阈值。
按下式确定故障区域下游区域内的有功功率P：
P＝∑Pin-∑Pout
其中，Pin为故障区域下游区域内的输入功率，Pout为故障区域下游区域内的输出功率。
按下式确定所述主动不平衡功率的最大阈值α：
其中，Pi为故障区域下游区域内第i个负载的功率，N为故障区域下游区域内负载的数量，PDG为故障区域下游区域内分布式电源的输出功率，a％为裕度，范围为5％～10％。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源并网运行控制方法，其特征在于，所述方法包括：
对主动配电网进行分区；
利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式；
其中，所述故障方向信息包括故障电流方向和潮流方向标识。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对主动配电网进行分区，包括：
以分布式电源为搜索起点，以指向分布式电源所在馈线末端方向为搜索方向，搜索主动配电网内的可孤岛运行区域；
可孤岛运行区域搜索依据为区域内分布式电源的输出功率与其连接的负载的总需求功率之差小于等于阈值，则将该分布式电源及与其连接的负载划分为一个可孤岛运行区域；
其中，当存在负载同属于两个区域时，则将两个区域合并为一个区域。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用各区域的故障方向信息识别故障区域，包括：
若区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识与一个相邻区域j中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均相同，且区域i中元器件的故障电流方向和潮流方向标识与另一个相邻区域k中元器件的故障电流方向和潮流方向标识均不同，则区域k为故障区域；
所述元器件包括分布式电源及与其连接的负载。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据故障区域的位置控制各区域的运行方式，包括：
对故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行跳闸操作；
控制故障区域上游的区域保持并网运行状态，根据故障区域的故障类型控制故障区域下游区域的运行状态；
其中，上游到下游的方向为正潮流方向。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据故障区域的故障类型控制故障区域下游区域的运行状态，包括：
若故障区域的故障类型为瞬时性故障，则故障区域两端及其下游区域两端的断路器进行重合闸操作；
若故障区域的故障类型为永久性故障，则根据故障区域下游区域的有功功率控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据故障区域下游区域的有功功率控制故障区域下游区域采用孤岛运行，包括：
若故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，则控制故障区域下游区域采用孤岛运行，否则，对故障区域下游区域进行切负荷，直至故障区域下游区域的有功功率满足孤岛运行条件，控制故障区域下游区域采用孤岛运行。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述孤岛运行条件，包括：
故障区域下游区域内的有功功率小于等于故障区域下游区域内主动不平衡功率的最大阈值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按下式确定故障区域下游区域内的有功功率P：
P＝∑Pin-∑Pout
其中，Pin为故障区域下游区域内的输入功率，Pout为故障区域下游区域内的输出功率。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按下式确定所述主动不平衡功率的最大阈值α：
其中，Pi为故障区域下游区域内第i个负载的功率，N为故障区域下游区域内负载的数量，PDG为故障区域下游区域内分布式电源的输出功率，a％为裕度，范围为5％～10％。
10.一种新能源并网运行控制系统，其特征在于，所述系统包括：
划分单元，用于对主动配电网进行分区；
控制单元，用于利用各区域的故障方向信息识别故障区域，并根据故障区域的位置控制各区域的运行方式。
其中，所述故障方向信息包括故障电流方向和潮流方向标识。
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