劉 舒,張益飛,程浩忠,謝 潛,肖遠(yuǎn)兵

（1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院,上海 2OO437；2.上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院,上海 2OOO9O；3.電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （上海交通大學(xué)）,上海 2OO24O）

文章編號(hào)：lOO7-2322（2Ol5）O6-OO23-O7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 中圖分類號(hào)：TM7l5

考慮負(fù)荷響應(yīng)的主動(dòng)配電網(wǎng)孤島劃分

劉 舒1,張益飛2,程浩忠3,謝 潛3,肖遠(yuǎn)兵2

（1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院,上海 2OO437；2.上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院,上海 2OOO9O；
3.電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （上海交通大學(xué)）,上海 2OO24O）

0 引 言

當(dāng)前主動(dòng)配電網(wǎng)（Active Distribution Network,ADN）發(fā)展趨于成熟,故障時(shí)允許在主動(dòng)管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制下繼續(xù)給非故障區(qū)域的重要負(fù)荷供電［1 2］,即計(jì)劃孤島運(yùn)行（Intentional Islanding）。當(dāng)分布式電源（Distributed Generation,DG）發(fā)電容量占總?cè)萘勘戎剌^大時(shí),孤島運(yùn)行非但不能很好地利用DG的發(fā)電能力,還會(huì)引起共模跳閘,降低配電網(wǎng)供電可靠性和用戶滿意度,有損DG發(fā)電商利益［3］。

我國(guó)居民電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)也更加多樣化,為供給空調(diào)、電熱水器等峰荷耗費(fèi)的單位電源建設(shè)費(fèi)遠(yuǎn)高于基荷,設(shè)備利用率有所下降。在此背景下學(xué)者提出負(fù)荷友好的概念,它是需求側(cè)響應(yīng)（Demand Response,DR）的一種。其本質(zhì)是用戶與供電商簽訂協(xié)議,允許供電商對(duì)負(fù)荷進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控達(dá)到調(diào)峰調(diào)頻的效果,而用戶可以從中獲得一筆可觀收益,以達(dá)到雙贏。

綜上所述,在ADN大背景下為減少用戶停電時(shí)間、頻率及損失,提高供電可靠性,充分利用DG出力形成孤島供電,需要展開基于需求側(cè)響應(yīng)的配電網(wǎng)孤島劃分研究。

文獻(xiàn)［4］、［5］提出基于多級(jí)Kernel K-Means分割算法的電力系統(tǒng)解列方法,對(duì)孤島劃分有一定指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)［6］中考慮了開關(guān)元件以確定孤島范圍。文獻(xiàn) ［7］采用簡(jiǎn)化的配電網(wǎng)模型,提出了一種基于啟發(fā)式搜索策略的孤島劃分算法。目前雖然我國(guó)DG基于安全考慮在故障情況下禁止運(yùn)行,但在孤島運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)IEEE l547 2OO3［8］推動(dòng)下,研究工作取得一定的進(jìn)展,孤島劃分搜索算法上有較大的突破。但是目前并沒有把配電網(wǎng)主動(dòng)控制及聯(lián)絡(luò)開關(guān)考慮進(jìn)去,未能完全發(fā)揮DG出力,對(duì)于DG運(yùn)營(yíng)商來(lái)說還有利潤(rùn)提升空間。

本文從ADN的角度分析了需求側(cè)響應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì),選取對(duì)電能質(zhì)量要求不高、彈性系數(shù)較大的電熱水器來(lái)消納風(fēng)機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)組合出力的波動(dòng)；提出了考慮DG波動(dòng)出力和需求側(cè)響應(yīng)的計(jì)劃孤島劃分方法,以DG供電范圍為目標(biāo)函數(shù),以電力供需平衡、配電線路安全等為約束條件建立數(shù)學(xué)模型。最后選取美國(guó)PG＆E69配電系統(tǒng)算例進(jìn)行驗(yàn)證分析。

1 需求側(cè)響應(yīng)在孤島運(yùn)行中的應(yīng)用

需求側(cè)響應(yīng)通過用戶主動(dòng)負(fù)荷調(diào)整來(lái)削峰填谷,改善日負(fù)荷運(yùn)行曲線,提高電網(wǎng)利用率。文獻(xiàn)［9］闡述了需求側(cè)響應(yīng)的概念、類型及美國(guó)相應(yīng)輔助服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展,給出需求側(cè)響應(yīng)參與市場(chǎng)備用的建議。文獻(xiàn) ［lO］分析了主動(dòng)配電網(wǎng)的負(fù)荷分類,提出含友好負(fù)荷的整體負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。目前歐美及臺(tái)灣電網(wǎng)均制定了一定的互動(dòng)化策略來(lái)優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行,提高用戶參與需求側(cè)響應(yīng)的積極性。在故障情況下對(duì)孤島供電區(qū)域負(fù)荷主動(dòng)控制同樣有著重要意義,若能抑制可控負(fù)荷特別是一些大功率電器的使用,保證用戶基本用電需求例如燈光、充電器等的正常供電,將減少節(jié)點(diǎn)功率總量,擴(kuò)大孤島供電范圍。此外,電熱水器作為一種典型可中斷負(fù)荷,制定一定的響應(yīng)策略能夠在孤島中達(dá)到削減峰荷的作用,提高DG利用率。

1.1 主動(dòng)配電網(wǎng)下的負(fù)荷分類

緊急情況下,如因惡劣天氣斷線或短路引起斷路器跳閘,用戶對(duì)燈光及插座設(shè)備需求度高于空調(diào)、電熱水器等。斷電期間若能保證基本電力供應(yīng)將提高用戶滿意度,減小經(jīng)濟(jì)損失。依據(jù)用戶對(duì)負(fù)荷需求度及重要程度將負(fù)荷分為必需負(fù)荷和非必需負(fù)荷兩大類。

①必需負(fù)荷主要為傳統(tǒng)負(fù)荷,例如日光燈、電腦等一些小功率家用電器。用戶對(duì)此類負(fù)荷需求度高于其他負(fù)荷,在需求側(cè)響應(yīng)下需優(yōu)先供電,用11表示。

②非必需負(fù)荷指空調(diào)、電熱水器等大功率電器,暫時(shí)停運(yùn)無(wú)重大損失。非必需負(fù)荷包括可控負(fù)荷,即已與電網(wǎng)簽訂電價(jià)補(bǔ)償協(xié)議的負(fù)荷。緊急情況下電力公司完全控制非必需負(fù)荷關(guān)停并利用其消納DG波動(dòng)出力,用12表示。

為了表示緊急情況下電網(wǎng)對(duì)用戶負(fù)荷調(diào)度調(diào)控能力,本文定義節(jié)點(diǎn)重要系數(shù)λi:

式中:λi指節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷重要系數(shù),可以直接用于孤島劃分計(jì)算；11表示節(jié)點(diǎn)i的所有必需負(fù)荷總和；12表示節(jié)點(diǎn)i的所有非必需負(fù)荷總和。

另外,大部分一類負(fù)荷及工業(yè)負(fù)荷通過專線接入電網(wǎng),這些負(fù)荷若供電中斷將影響公共秩序,帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失,因此應(yīng)該優(yōu)先保證此類負(fù)荷供電,不對(duì)其進(jìn)行負(fù)荷控制?？紤]需求側(cè)響應(yīng)的負(fù)荷分類如圖1所示。

圖1 主動(dòng)配電網(wǎng)負(fù)荷分類

在ADN中需求側(cè)響應(yīng)能夠減小負(fù)荷峰值,同時(shí)通過主動(dòng)調(diào)控減小故障情況下負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率,增大供電面積。考慮負(fù)荷重要系數(shù),得到考慮需求側(cè)響應(yīng)下的峰值負(fù)荷:

式中:Pi為節(jié)點(diǎn)i應(yīng)用于孤島劃分中的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率；Ptot為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)總功率。

1.2 孤島運(yùn)行中的電熱水器集中響應(yīng)

近年來(lái)政策利好促使資本涌入DG發(fā)電市場(chǎng),風(fēng)機(jī)及太陽(yáng)能滲透率逐漸增大。光伏發(fā)電受光照限制無(wú)法提供穩(wěn)定出力,本文考慮光伏與燃?xì)廨啓C(jī)的組合出力。圖2為考慮光伏和燃?xì)廨啓C(jī)的分布式能源組合出力示意圖。

圖2 光伏和燃?xì)廨啓C(jī)的分布式能源組合出力曲線

曲線1為典型日照強(qiáng)度時(shí)序變化與燃?xì)廨啓C(jī)最大出力疊加圖,近似呈正態(tài)分布。在l3點(diǎn)左右達(dá)到峰值,燃?xì)廨啓C(jī)出力曲線2相對(duì)穩(wěn)定。為充分發(fā)揮DG作用,提高燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率,盡量使其恒定接近滿負(fù)額出力。

電熱水器對(duì)電能質(zhì)量要求較低,運(yùn)行中遇到電壓暫降、短時(shí)中斷等問題不影響其使用,同時(shí)它也是一種彈性系數(shù)較高的需求響應(yīng),具有很好的緩沖作用［11］。電熱水器大致分為兩種:一種是容積式,一種是即熱式。即熱式功率高達(dá)7 OOOW,對(duì)電網(wǎng)沖擊過大,不提倡使用,本文以容積式為研究對(duì)象消納風(fēng)力波動(dòng)。DG供電的電熱水器原理類似于集中式太陽(yáng)能熱水器,不同的是增加了將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能、電生熱的過程,省去家庭式太陽(yáng)能熱水器安裝、占地等麻煩。兩者能源利用率的高低還有待進(jìn)一步考證。

圖3為電熱水器集中響應(yīng)消納光伏-燃?xì)廨啓C(jī)組合峰值出力示意圖。

圖3 電熱水器集中響應(yīng)消納光伏 燃?xì)廨啓C(jī)組合峰值出力示意圖

容積式電熱水器功率如曲線3所示。熱水器可看作為多個(gè)加熱管工作,因此可以認(rèn)為熱水器在工作過程中功率基本恒定。曲線4為故障情況下不考慮電熱水器、空調(diào)等大功率負(fù)荷使用的配電網(wǎng)日負(fù)荷曲線,本文把晚上電熱水器集中加熱轉(zhuǎn)為分散加熱,使得晚負(fù)荷峰值更加平穩(wěn)。各電熱水器功率曲線的響應(yīng)策略應(yīng)用聚類分析得到,圖中顯示加熱時(shí)間集中在DG出力高峰期。把曲線4與所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)熱水器功率曲線疊加可以較好地吻合DG功率曲線。因此對(duì)電熱水器集中式控制不僅能夠達(dá)到移峰填谷的效果,還能較好地消納光伏的波動(dòng),使故障時(shí)孤島運(yùn)行更加穩(wěn)定。

要實(shí)現(xiàn)上述控制及互動(dòng)化策略,ADN下的需求側(cè)響應(yīng)依賴于以下技術(shù)的發(fā)展:

①大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于用戶用電行為分析,以便使電熱水器的主動(dòng)控制更好地符合居民生活習(xí)慣；

②電網(wǎng)營(yíng)銷部門制定有吸引力的電價(jià)補(bǔ)償協(xié)議,提高用戶主動(dòng)參與電網(wǎng)調(diào)控的積極性,減少電網(wǎng)投資和用戶用電費(fèi)用；

③用戶自主參與需求側(cè)響應(yīng)將耗費(fèi)較多精力,建議成立獨(dú)立輔助公司。個(gè)人與公司簽訂協(xié)議,而公司利用其簽約用戶集中與電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度互動(dòng)；

④智能電表、智能插座、智能控制系統(tǒng)、智能家居以及物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)研制是需求側(cè)響應(yīng)的前提。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)孤島劃分問題

對(duì)于含分布式風(fēng)力發(fā)電的配電網(wǎng),其形成含風(fēng)電孤島的主要原因有上級(jí)電網(wǎng)故障、電壓頻率越限、振蕩失步及例行檢修等,當(dāng)上級(jí)電網(wǎng)供電無(wú)法恢復(fù)時(shí),含風(fēng)電孤島能夠成功形成并穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵為風(fēng)電機(jī)組的出力能否滿足負(fù)荷功率的要求［l2］。

孤島劃分問題的目標(biāo)是在保證電力系統(tǒng)安全的前提下,使DG給周邊盡可能多的負(fù)荷供電。負(fù)荷的主動(dòng)控制能夠增大供電范圍,減少DG出力波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。劃分模型以恢復(fù)供電量最大為目標(biāo)函數(shù),可以表示為

式中:λi表示節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷重要系數(shù)；Pi表示節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷值。

約束條件為

①功率平衡約束

式中:Pis、Qis為節(jié)點(diǎn)i的有功功率的注入和無(wú)功的注入；Ui即節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值大小,j∈i表示j為所有與節(jié)點(diǎn)i直接相連節(jié)點(diǎn)；Gij和Bij分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣實(shí)部與虛部；θij為節(jié)點(diǎn)i和j之間的相角差。

②節(jié)點(diǎn)電壓約束

式中:Ui,max和Ui,min分別表示節(jié)點(diǎn)i電壓幅值所允許上下限；Nnode表示孤島節(jié)點(diǎn)集合。

③支路功率約束

式中:Sk,max為支路所允許傳輸功率上限；Nline表示孤島支路集合。

④DG向上級(jí)電網(wǎng)輸送功率約束

式中:Pup,i為DG向上一級(jí)電網(wǎng)輸送的功率,國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定其不應(yīng)大于節(jié)點(diǎn)功率的3O％。

⑤輻射網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束

式中:m表示系統(tǒng)的支路數(shù)；n表示系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)。

3 主動(dòng)配電網(wǎng)孤島負(fù)荷的搜索過程

3.1 重要負(fù)荷的搜索過程

DG向周圍輻射供電可以當(dāng)成變電站來(lái)處理。因此變電站的部分相關(guān)技術(shù)可以應(yīng)用于DG孤島劃分中。

將主動(dòng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成圖4所示的輻射連通圖。其中包含l8個(gè)節(jié)點(diǎn),l8條饋線,節(jié)點(diǎn)2至節(jié)點(diǎn)l8間用虛線表示ADN中聯(lián)絡(luò)開關(guān)的作用。節(jié)點(diǎn)3、4分別接有DGl、DG2,節(jié)點(diǎn)lO、l8為重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn)?？紤]節(jié)點(diǎn)l7、l2間發(fā)生故障斷路器跳閘,短時(shí)間內(nèi)不可恢復(fù)對(duì)此片區(qū)域的供電。

圖4 主動(dòng)配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)輻射圖

①DG接入后可以當(dāng)作變電站來(lái)處理?？紤]線路損耗、電壓降落等原因制定DG的供電半徑,如虛線a、b所示。在功率圓外的節(jié)點(diǎn)將不再考慮供電,圓內(nèi)的節(jié)點(diǎn)再根據(jù)負(fù)荷重要程度、DG容量、負(fù)荷遠(yuǎn)近等因素選擇性供電。

當(dāng)兩個(gè)DG接入點(diǎn)相距不遠(yuǎn)時(shí),供電半徑存在重疊部分,節(jié)點(diǎn)4在虛線a、b重疊部分中。在此情況下考慮DGl與DG2聯(lián)合供電。聯(lián)合供電有如下好處:一方面可以減少開關(guān)的動(dòng)作次數(shù),延長(zhǎng)開關(guān)壽命,方便故障恢復(fù)后的供電；另一方面能夠增大供電用戶,更加有效利用DG,多電源供電將大幅度提高孤島供電可靠性。

②在孤島中應(yīng)優(yōu)先考慮對(duì)重要負(fù)荷供電。例如在功率圓a中,節(jié)點(diǎn)lO為重要負(fù)荷點(diǎn),那么供電路徑為1:3-7-6-lO。這樣即使在后續(xù)按供電層次來(lái)考慮時(shí)也應(yīng)保證節(jié)點(diǎn)lO、6、7的供電。

③主動(dòng)配電網(wǎng)的另一大特征是能夠靈活地應(yīng)用配電網(wǎng)中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)在故障情況下給負(fù)荷供電。大部分學(xué)者在孤島劃分建模中沒有考慮這點(diǎn)而放棄了一些重要負(fù)荷點(diǎn)的供電。可以想象在ADN成熟的情況下配電網(wǎng)將是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),那么輸電網(wǎng)主動(dòng)解列中圖論的知識(shí)將更加適合孤島劃分。本文考慮ADN初級(jí)階段中重要負(fù)荷的聯(lián)絡(luò)開關(guān)作用,忽略一些非重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的作用,這將大大減小計(jì)算維數(shù)。在圖4中節(jié)點(diǎn)l8為重要負(fù)荷,可以通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接至節(jié)點(diǎn)2。在DGl供電半徑劃分中節(jié)點(diǎn)l8在其范圍內(nèi),考慮聯(lián)絡(luò)開關(guān)的作用就能保證重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn)l8的供電。

3.2 一般負(fù)荷的有根樹模型及改進(jìn)有根樹算法

對(duì)于一般負(fù)荷供電,有根樹模型是一種目前比較實(shí)用的方法,以圖5為例。以接入DG的節(jié)點(diǎn)1為起點(diǎn),與其直接相連的節(jié)點(diǎn)2、3、4、5定義為第一層,與第一層直接相連的節(jié)點(diǎn)6～l3為第二層,以此類推。

首先把第一層經(jīng)過主動(dòng)控制處理后的節(jié)點(diǎn)功率疊加,看是否滿足:

若滿足則把第一層所有節(jié)點(diǎn)納入供電范圍內(nèi),繼續(xù)搜索第二層節(jié)點(diǎn)直到所有節(jié)點(diǎn)功率接近DG容量。假設(shè)DG不能滿足第N*層所有節(jié)點(diǎn)的供電,此時(shí)必須在第n層中挑選出一些節(jié)點(diǎn)供電。下面以圖5具體數(shù)據(jù)為例說明一般負(fù)荷搜索流程。

圖5 配電網(wǎng)樹狀模型

步驟1 對(duì)節(jié)點(diǎn)編號(hào)。DG節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1,與之直接相連的節(jié)點(diǎn)為2、3、4、5,然后從與第一層編號(hào)最小節(jié)點(diǎn)直接相連的節(jié)點(diǎn)開始繼續(xù)編號(hào),直到供電半徑內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)編號(hào)完成為止。

步驟2 假設(shè)DG容量為l7,節(jié)點(diǎn)1～l3功率分別為｛1、1、1、1、3、2、1、5、1、7、8、9、6｝。把屬于不同層數(shù)的節(jié)點(diǎn)功率按順序存入不同的矩陣。在本例中N1=［11 11 3］,N2=［2 1 5 1 7 8 9 6］。

步驟3 對(duì)矩陣N1求和并將其與DG容量比較,發(fā)現(xiàn)可以完全接納第一層節(jié)點(diǎn),把節(jié)點(diǎn)號(hào)存入供電節(jié)點(diǎn)矩陣W=［1 2 3 4 5］。對(duì)矩陣N1、N2求和,對(duì)比發(fā)現(xiàn)大于DG容量,此時(shí)對(duì)矩陣N2由大到小重新排列,更新后的N2=［9 8 7 6 5 2 11］。從左到右依次嘗試,發(fā)現(xiàn)7+9+2=l8,驗(yàn)證各種約束條件,得到更新后的W=［1 2 3 4 5 6 l2］為最佳供電節(jié)點(diǎn)。按參考文獻(xiàn)［9］方法得到:7+ 1+1+2+5=l6＜l8,7+1+1+2+5+6=22＞l8,其把矩陣N2由小到大排列并驗(yàn)證,這樣雖然可以增大供電用戶,但會(huì)使DG與負(fù)荷的差額較大,這種情況下DG還有2個(gè)單位沒有充分利用,與其相比本文提出的方法能夠提高DG利用率。

4 主動(dòng)配電網(wǎng)的孤島劃分策略

步驟1 輸入網(wǎng)架數(shù)據(jù),生成主動(dòng)配電網(wǎng)模型D。

步驟2 對(duì)電熱水器主動(dòng)調(diào)控以削峰填谷,得到DG聯(lián)合穩(wěn)定出力。

步驟3 以含DG的節(jié)點(diǎn)為中心,依據(jù)電壓降落要求制定供電半徑,若有DG供電半徑重疊則把DG合并聯(lián)合供電。統(tǒng)計(jì)出半徑內(nèi)所有重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn),若半徑內(nèi)有重要節(jié)點(diǎn)被故障隔離且含有聯(lián)絡(luò)開關(guān),則重構(gòu)恢復(fù)供電。把供電半徑內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)都存入矩陣U中,不在矩陣U內(nèi)的節(jié)點(diǎn)將不在后續(xù)步驟考慮范圍之內(nèi)。

步驟4 計(jì)算U中所有節(jié)點(diǎn)的可控系數(shù),制定重要負(fù)荷的供電路徑并把路徑上所有節(jié)點(diǎn)存入矩陣W中,在離線搜索完成之后DG將給矩陣W所有節(jié)點(diǎn)恢復(fù)供電。

步驟5 驗(yàn)證DG是否能夠完全供給W中節(jié)點(diǎn)不可控負(fù)荷,若滿足則繼續(xù)；反之則去除重要度低的負(fù)荷及部分附帶負(fù)荷繼續(xù)。

步驟6 繪制普通節(jié)點(diǎn)的有根樹并把每層節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存入不同矩陣中。

步驟7 運(yùn)用一般負(fù)荷搜索辦法按層數(shù)搜索可存入W的節(jié)點(diǎn),直到所有非可控負(fù)荷總量最接近于DG穩(wěn)定出力為止,繼續(xù)步驟8。

步驟8 進(jìn)行電壓約束、設(shè)備載流量約束和往上級(jí)電網(wǎng)輸送功率約束校驗(yàn),若不滿足約束則進(jìn)行孤島調(diào)節(jié)［4］。經(jīng)過調(diào)節(jié)之后的結(jié)果即為最終孤島劃分方案。

5 算例分析

本文算例采用美國(guó)PG＆E 69節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)系統(tǒng)（系統(tǒng)參數(shù)如文獻(xiàn)［l3］所述）,如圖6。假設(shè)線路2-3發(fā)生三相接地故障,故障下游全部失電,失電總負(fù)荷達(dá)3 8OOkW。DGl～DG5在故障期間平均輸出功率分別為25OkW,4OOkW,5OkW,1 3OOkW 和4OkW。

節(jié)點(diǎn)按重要性劃分如表1所示,普通負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分7O％、8O％必需負(fù)荷節(jié)點(diǎn)兩種。DGl～DG5被消納系數(shù)指被電熱水器消納部分占比。69-l5、27-54節(jié)點(diǎn)之間加入了聯(lián)絡(luò)開關(guān)。為了對(duì)比,本文采用C++語(yǔ)言編寫算法,運(yùn)行機(jī)器的配置為CPU:2.OGHZ,RAM；lGB。

表1 負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分類及DG出力處理

圖6 PG＆E69節(jié)點(diǎn)主動(dòng)配電網(wǎng)接線圖

按第3節(jié)的劃分方法,DGl和DG3聯(lián)合供電，69、27為重要節(jié)點(diǎn)通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)就近接入DG。初步制定的重要供電路線為5-6-7-8-9,58-57 l2- l3- l4- l5- l6- l7- l8,69- l5,27- 54-53- 52,35- 34 -33- 32,38 -37 -36。考慮重要節(jié)點(diǎn)初步形成4個(gè)孤島如圖7所示,校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DG能夠滿足所有重要節(jié)點(diǎn)供電。

圖7 僅考慮重要節(jié)點(diǎn)孤島供電的初步劃分方案

按普通負(fù)荷節(jié)點(diǎn)劃分方法對(duì)剩余負(fù)荷節(jié)點(diǎn)搜索,考慮節(jié)點(diǎn)重要系數(shù)和DG被消納系數(shù),得到最終的孤島劃分如圖8所示。

圖8 主動(dòng)配電網(wǎng)最優(yōu)孤島劃分方案

計(jì)算結(jié)果顯示除了節(jié)點(diǎn) ｛43～5O｝不納入供電范圍,其他節(jié)點(diǎn)都可恢復(fù)供電。本文與參考文獻(xiàn)［l2］和 ［l4］孤島劃分方案差別主要存在于DG4所形成的孤島上。下面對(duì)其進(jìn)行解釋。本文算例中節(jié)點(diǎn)54、27都為重要節(jié)點(diǎn)宜優(yōu)先供電,而節(jié)點(diǎn)5O 為8O％節(jié)點(diǎn)且負(fù)荷為1 244k W,因此形成的孤島中不包含節(jié)點(diǎn)5O,借助于聯(lián)絡(luò)開關(guān)得以使DG4發(fā)揮最大作用。

本文孤島恢復(fù)方案數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 孤島劃分方案參數(shù)

由表2可知,孤島計(jì)算速度較快,其運(yùn)行時(shí)間為O.OO9s,恢復(fù)效果相比文獻(xiàn)［l2］和［l4］更加理想,供電范圍更大,線路損耗為5.97kW較文獻(xiàn)［l5］中6.O29k W更低。其他文獻(xiàn)中由于考慮了節(jié)點(diǎn)5O的供電,DG容量利用率沒有本文高。

6 結(jié) 論

本文運(yùn)用改進(jìn)的有根樹算法研究了考慮負(fù)荷特性的主動(dòng)配電網(wǎng)孤島劃分問題,得出如下結(jié)論:

①負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)能夠減小每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷恢復(fù)值,增大供電范圍；

②電熱水器集中響應(yīng)策略有效地抑制了孤島頻率波動(dòng),節(jié)點(diǎn)電壓相比其他孤島劃分方案更加平穩(wěn)；

③改進(jìn)的有根樹算法搜索速度快,體現(xiàn)了就近供電的思想,減少線路損耗的同時(shí)保證了配電網(wǎng)輻射狀約束,DG總恢復(fù)負(fù)荷量有所增加。

④故障下DG孤島供電提高了DG供應(yīng)商收入,同時(shí)也增加了附近用戶的滿意度。

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（責(zé)任編輯:林海文）

Islanding Partition in Active Distribution Network by Considering Load Response

LIU Shu1,ZHANG Yifei2,CHENG Haozhong3,XIE Qian3,XIAO Yuanbing2
（1.State Grid Electric Power Research Institute,SMEPC,Shanghai 2OO437,China；2.College of Electrical Engineering，Shanghai University of Electric Power,Shanghai 2OOO9O,China；3.Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion（Shanghai Jiao Tong University）Ministry of Education,Shanghai 2OO24O,China）

針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的用戶需求響應(yīng)展開深入分析和總結(jié)，根據(jù)負(fù)荷重要程度和用戶對(duì)不同負(fù)荷供電依賴度進(jìn)行分類，提出一種故障情況下的用戶供電策略，該策略的核心思想為：故障時(shí)相對(duì)于熱水器、空調(diào)等大功率電器，用戶對(duì)燈光、插座等小功率電器的依賴度更高，對(duì)大功率電器采用主動(dòng)控制以增大供電范圍，同時(shí)應(yīng)用電熱水器消納分布式能源的波動(dòng)。為解決基于負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)的分布式能源孤島供電故障重構(gòu)的綜合規(guī)劃問題，建立優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型，將其轉(zhuǎn)化為有根樹搜索問題求解。結(jié)果分析顯示本文所提孤島劃分方法使得供電范圍較普通計(jì)劃孤島更大，用戶電力滿意度有較大程度的提高，對(duì)配電網(wǎng)孤島劃分具有一定的指導(dǎo)意義。

主動(dòng)配電網(wǎng)；分布式電源；負(fù)荷響應(yīng)；計(jì)劃孤島

In this paper,the demand response of active distribution network（ADN）are analyzed and summarized in depth.Load is classified according to its importance degree and its dependence on power supply.A power supply strategy in fault status is presented,which can actively control large power electric appliances to increase the power supply range and reduce fluctuation of DGs by applying electric water heater.To deal with the islanding complex problem based on load demand,a mathematical model for optimization issue is built,and the improved minimum spanning tree is used to solve the model.Simulation results show that the power supply range is larger than that by normal schedule，and the satisfaction of customers is greatly improved,which has certain guidance significance for islanding classification of ADN.

active distribution network；distributed generation；demand response；intentional islanding

2Ol5-Ol-2O

劉 舒（l987—）,女,碩士,研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電、微網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行,E-mail:liuxshu2Ol2@l63.com；

張益飛（l989—）,男,碩士研究生,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃,E-mail:zhangyifeiO7Ol@l26.com；

程浩忠（l962—）,男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃、電壓穩(wěn)定、電能質(zhì)量等,E-mail:hzcheng@sjtu.edu.com。

國(guó)網(wǎng)上海市電力公司科技項(xiàng)目（52O94Ol35O3C）；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃863計(jì)劃（2Ol4AAO5l9Ol）