智能配电网协同自愈控制关键技术

摘要

智能配电网技术是发展智能电网的重要构成部分，可有效提高电网对分布式电源兼容性，实现多能互补协同运行，并提升电网运行可靠性、稳定性以及经济性。据相关统计结果表明，我国80％以上的停电事故均由供电线路故障导致。因此研究智能配电网协同自愈控制技术，提升配电网故障时分布式电源对负荷的供电支撑能力，可有效提高配电网供电可靠性。同时，由于各分布式电源功率输出特性差异，智能配电网对控制与运行策略技术提出了更高的要求。由此，研究配电网主电源故障情况下的协同自愈控制技术。挖掘分布式电源供电能力提高配电网故障时的最大供电能力，并采用合理的电源运行控制策略提升电网运行稳定性、安全性以及经济性。
　　针对传统电网关键节点辨识方法采用链路中断或级联故障的方式研究网络中节点失效后对网络完整性、连通性等方面的影响，忽视了多源智能配电网复杂网络含不同类型节点单元、连通路径相对固定，且不同类型节点存在跨越中间路径节点的依存关系等现象，提出了异质依存网络特征分析与关键节点辨识方法。通过分析异质节点依存关系与网络衰退机理，提出节点效用耦合系数，用于描述不同故障场景下节点对邻居节点的影响方式。进一步设计节点耦合性动态传播算法，分析节点与网络之间的状态耦合性，并最终实现关键节点辨识。分别以智能配电网结构衰退与状态衰退为实验场景，计算节点失效或状态稳定性振荡对网络结构、运行状态的影响程度，验证了所提关键节点辨识方法的有效性。
　　以含非可靠电源配电网为研究对象，提出了配电网主电源故障情景下，考虑关键节点保护的配电网孤岛划分策略。计及非可靠电源功率波动性与间歇性等特征，建立智能配电网供电能力最大化孤岛划分目标函数。采用电网状态衰退模式下关键节点辨识方法，进一步优先恢复关键节点中重要负荷，降低供电恢复过程节点暂态振荡对电网运行稳定性影响，防止配电网发生二次故障扩散。提出考虑领地竞争的互斥萤火虫优化算法，提升孤岛划分最优解搜索能力。同时，针对孤岛划分不可控功率单元的0-1规划问题，构建二进制萤火虫优化算法求解方法。以PG&E69节点系统为测试对象，验证了所提孤岛划分策略可有效保障重要负荷与关键节点的供电可靠性，并有效降低供电恢复时智能配电网暂态振荡水平。
　　为防止智能配电网孤岛划分后出现因孤岛切换暂态振荡引起的二次故障，提出孤岛切换暂态振荡原因及其抑制方法。首先对孤岛切换过程进行状态分解，分析降低主逆变器暂态稳定性能的主要诱因。然后分别设计并网点潮流跟踪系统与主逆变器控制信号跟踪系统，形成孤岛切换双层控制系统及其控制策略，降低孤岛切换时因供需不平衡与主逆变器控制信号突变导致的暂态振荡。以主逆变器容量比例较低的微电网作为仿真对象，实验结果表明所提孤岛切换系统可有效实现孤岛平滑切换，保障自治区域进行运行模型变化时的供电稳定性。
　　针对智能配电网多微电网群协同运行控制，首先分析区域电网负荷波动性，并采用灰色关联性法提取与负荷变化具有强关联性的客观特征因素，并建立自适应随机增强随机网络。提出分层金字塔模型结构，采用滚动淘汰机制提升预测模型对微电网负荷特征变化的自适应性，提升负荷预测精度及其稳定性。考虑多孤岛协同运行功率分配问题，建立孤岛协同运行机制与能量管理策略，实现孤岛互联后功率供需平衡与运行经济性。为防止孤岛互联阶段出现暂态振荡导致故障扩散，构建多孤岛预同步控制系统。最后，通过仿真算例验证了所提能量管理策略与孤岛协同运行控制策略可效性保证多孤岛协同运行阶段的运行经济性与稳定性。
　　以含多分布式电源的辐射型配电网为测试对象，验证所提协同自愈控制过程技术对提升智能配电网故障应对能力的有效性。根据系统负荷、分布式电源分布与功率情况以及线路阻抗等参数进行配电网状态衰退场景下的关键节点辨识，并结合关键节点结果与负荷重要度进行孤岛划分，实现对重要负荷与关键节点的持续供电。采用所提孤岛平滑切换策略，分别对串联型孤岛与并联型孤岛进行孤岛运行模式切换，防止运行模式切换暂态振荡引起的二次故障，提高负荷电能质量。以运行经济性为目标制定孤岛运行能量优化计划，并假设孤岛出现供需不平衡风险进而实施多孤岛群互联运行调整与同步控制，实现多孤岛之间的协同互助运行，进一步提升智能配电网协同自愈的运行可靠性与稳定性。