分布式電源孤島劃分的研究

摘要：隨著電力技術的不斷提高，在配電網中大量接入了分布式電源（DG），傳統的配電網發生了變革性的改變。論述了DG的研究背景及研究現狀，分析了含DG的配電網孤島劃分的策略，并指出了今后研究的問題和方向。

關鍵詞：分布式電源;孤島劃分

1.研究背景

隨著社會的不斷發展與進步、新能源技術的不斷提高，在傳統的配電網中引入了分布式電源（distributed generation，DG），為電力系統注入了新的活力。DG以獨有的環保性和經濟性成為提高能源綜合利用率的有效途徑，但越來越多DG的加入，使得配電網發生了變革性的改變，原有的一些電網系統與體制在當今復雜的網絡體系下難以再適用。

目前很多DG并網后是基于不影響配電網運行的準則而存在的，這就大大地影響了DG的運行，也忽視了DG的作用與意義。孤島運行是DG并網后出現的新的運行方式，當配電網發生故障后，由DG單電源向負荷供電形成一個區域性的孤島自我運行，這種孤島運行方式不但可以提高供電的可靠性，也可以將DG 的作用發揮到最大。所以研究含DG的配電網故障后的孤島運行方法不但有利于電網的運行控制，也有利于DG 的發展，能做到將資源利用最大化。

2.分布式電源孤島劃分研究現狀

對含DG的配電網進行合理的孤島劃分，討論不同的孤島結果對配電網的影響，能夠保證配電網安全運行，提高可靠性。同時可以減少停電帶來的經濟損失，排除故障，提高供電效率。對此諸多國內外學者研究了含DG 的配電網孤島問題，采用不同的算法對配電網進行孤島劃分，討論分析不同的DG種類對孤島的影響有何不同，就孤島形成、孤島控制和孤島優化等進行研究。配電系統發生故障后，首先要保證一級負荷的供電安全，再考慮二級和三級負荷的需求。此時主電源不在供電，配電系統可以劃分為若干孤島，進行孤島運行，由DG代替主電源進行小范圍供電，這樣可以降低配電網中的重要負荷因故障失電而產生連鎖反應，造成重大經濟損失，危害人民安全，并且能夠為系統的恢復爭取足夠的時間。含DG的配電區域孤島運行模式可在如下場景中發揮優勢 ①上游電網因故障或停電檢修而造成缺電停電;②因天氣狀況造成線路或者電力系統設備發生故障;③電力系統電壓崩潰。因此研究配電網的孤島優化劃分，提高電力系統的安全性及可靠性，保證DG發揮最大的作用。

3.分布式電源孤島劃分策略

1.縮短電網停電時間，提高配電網的可靠性

胡哲晟等[1]通過引入“虛擬節點”和“虛擬需求”，建立了新的配電網模型-支路方向可變，保證了配電網島運行區域的連通性，保持了配電網閉環設計開環運行的結構特點。所提出的基于有向圖型的孤劃分策略，可以對不同運行狀況的孤島區域進行有效劃分，將圖論的概念與數學劃方法相結合，建立了有效的孤島劃分模型，當發生故障時，斷開相應的開關使配電網按照提前劃分的孤島區域進行運行，恢復對非故障區域失電負荷的供電，有效地縮短了電網停電時間。

2. 減小停電范圍，降低經濟損失。

余浩斌等[2]研究了可黑啟動的DG ， 在配電網發生故障后，利用DG的緊急黑啟動功能，形成計劃孤島區域從而實現轉移關鍵負荷，此策略有效保證在配電網發生故障后，關鍵負荷仍能正常運行。易新、陸于平[3]以DG為研究重點內容，在滿足孤島電網功率平衡的前提下，采用啟發式搜索算法進行孤島劃分。使用該算法得出結論，在含DG的配電網發生故障時， 孤島電網的運行方式可有效的減小停電范圍，降低經濟損失。邱劍洪等構建了以島內功率平衡為約束， 以運行時保有停電損失費用最大的孤島為目標的劃分策略， 搜索得到最優的孤島劃分策略。結合不同用戶的停電損失函數、系統中節點的平均故障率和節點負荷等因素，計算節點的停電損失費用，以節點停電損失費用為目標函數和島內功率平衡為約束條件，搜索停電損失費用最小的孤島，全面考慮系統的重要元素，使得故障后系統經濟損失最小。

張帆等[4]首先對失電區域建立孤島劃分模型，簡化負荷節點信息，引入功率圓的概念，通過搜索孤島劃分的可行域，形成孤島劃分矩陣，進而建立孤島劃分求解方法，實現故障后配電網失電區域的負荷恢復，其策略在于考慮負荷損失最小的配網孤島劃分策略。

3. 保證電網穩定性，提高供電可靠性

曾佳斌、張巍等[5]對含DG的環網狀的配電網進行孤島劃分研究，以破圈法的角度，將環網解開，將孤島劃分問題轉化為數學模型，即求取連通圖的最小生成樹問題。其算例結果可以有效的保證電網在斷電后穩定的運行，提高供電可靠性。張東生分析了含DG配電網的結構特點與運行時的各項指標，將孤島劃分問題轉化為網絡中各個相互聯系的社團問題。實現故障時能夠快速切換到孤島模式，加強電網的穩定性。為解決配電網中的孤島劃分問題，提出了一種兩階段的算法解決方案。其計算結果表明，該方法在保證基本電力負荷穩定性和提高用電率方面具有良好的效果。

4.總結

綜上所述，目前現有文獻中分布式電源孤島劃分方法多種多樣，算法也是各有各的特點，策略也各有不同，但這些策略中都有考慮不周的一些問題，如未考慮孤島的位置以及供電恢復的問題，未考慮到采用智能算法導致結果的隨機性而無法滿足工程要求等等。在研究分析時，要根據我國輻射狀網絡運行的特點，最大程度地體現出分布式電源的優勢，不能針對某一電網模式而使方法具有了局限性。

參考文獻：

[1] 胡哲晟，郭瑞鵬，藍海波，等. 基于有向圖的含分布式電源配電網孤島劃分模型[ J ] . 電力系統自動化，2015，39（14） ：97-104.

[2] 余浩斌，梅紅興，程浩忠，等. 考慮分布式電源孤島運行的配電網故障恢復研究[ J ] . 水電能源科學，2015，33（11） ：192-196.

[3]易新，陸于平.分布式發電條件下的配電網孤島劃分算法[J].電網技術，2006，30（7）：49-54

[4]張帆，楊翾，商佳宜，高璐，李榛，陳致遠，張震雷.考慮負荷損失最小的配網孤島劃分策略研究[J].高壓電器，2021，57（04）：181-188.

[5]曾佳斌，張巍，李曉英，孫坡.基于破圈法的含分布式電源配電網孤島劃分方法[J].電站系統工程，2019，35（01）：15-19.

作者簡介：王涵（1998.08.26），男，漢族，江蘇宿遷市人，畢業單位：南京工程學院，研究方向 ：電力及自動化。