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东北电力大学陈厚合团队提出考虑多能协同的配电网供电恢复策略

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2022-05-11  来源:电气新科技  浏览次数:51

能源互联网背景下,配电网与其他能源系统紧密耦合,多能协同效应使得配电网运行方式更为灵活,为配电网供能恢复提供了新思路。为此,现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)的研究人员陈厚合、丛前、姜涛、张儒峰、李雪,在2022年第3期《电工技术学报》上撰文,提出一种考虑多能协同的配电网主动解列控制策略。

 

 

配电网主动解列作为最有效的供电恢复策略之一,能够在输电网发生故障不能持续为配电网进行供电时,保证配电网中部分重要负荷持续供电,减少因停电造成的人身安全威胁和经济损失。配电网主动解列后,将形成以分布式电源(Distributed Generator, DG)供电为主,且能够安全运行的电力孤岛,减少故障对配电网的不利影响,并缩小停电范围,提高配电网的供电质量、供电安全性和可靠性。

 

 

配电网主动解列是指在系统崩溃前,通过求解一组合理的解列点,将系统分解为若干独立运行的子系统,使系统失负荷量最小。目前,国内外学者已应用多种方法开展配电网主动解列的相关研究。但有关研究主要从主动解列模型及求解算法等方面提出了含有分布式电源的配电网供电恢复策略。但分布式电源存在不确定性且易受外界环境影响等特点,其对电网供能恢复的作用有限。
 

 

 

此外,配电网中部分负荷是以电力驱动的能量转换设备,其作用在于将电能转换成热、冷等多种形式的能源,在故障情况下该部分电负荷可转由相应子系统进行供给。提升配电网的供能恢复能力,不仅要从配电网电源侧进行考虑,更要从配电网的多类型负荷的灵活性角度入手,通过调节配电网中能量转换设备等特殊的灵活性负荷,进一步挖掘配电网的潜在供电恢复能力。
 

 

 

多能耦合的能源互联网背景下,传统的配电网正在转变为以配电网为核心,融合电、气、热等多种能源网络构成的多能耦合能源系统。由于其具有灵活的运行方式和多能互补等特性,因此,一方面为配电网的主动解列提供了更为优质、合理的方案,另一方面也为配电网的安全控制提供了新机遇。
 

 

 

相较于传统的主动解列策略,燃气轮机、热电联产机组(Combined Heat and Power, CHP)等元件由于其具有良好的稳定性和可控性,对配电网支撑作用明显强于光伏、风电等传统的分布式电源,可通过定量增大耦合元件出力的方式为配电网主动解列提供更有力的电源支撑;其次,电力驱动的能量转换设备可通过降低功率或直接停止工作等方式减轻配电网负荷,缺失的热、冷等能量支撑可由相应能源系统进行供给,从而减少配电网待恢复负荷量。
 

 

 

综上,考虑多能互补效应后,故障情况下多能耦合的能源系统通过协调多类型能源的方式为配电网提供电源支撑,并通过转换热、冷等网络的能量供给方式削减配电网负荷,对提高系统故障恢复效果具有重要作用,但在此方面却鲜有研究。
 

 

 

为此,现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)的研究人员充分发挥多能系统间的互补替代功能,分别从负荷用能类型转移和电源支撑两个方面研究多能协同效应对配电网主动解列策略的影响,进而提出一种考虑多能协同的配电网主动解列控制策略,以提升配电网的供电恢复能力,最后通过算例对所提策略的准确性和有效性进行分析、验证。
 

 

图1 考虑多能耦合的配电网基本结构

 

研究人员首先建立电-气-热耦合的多能流网络模型;然后,从多能协同角度出发,提出适用于多能协同的配电网主动解列替代控制和协调控制策略,分别从负荷用能类型转移和电源支撑两方面研究多能协同效应对配电网主动解列策略的影响;进而,以配电网恢复供能量最大和负荷匹配度最高为目标,综合考虑负荷优先级及可控性,构建多能协同的配电网主动解列模型,采用贪心算法求解故障下配电网的主动解列策略;最后,通过PG&E69节点配电系统、32节点配热网和11节点天然气系统耦合的多能耦合配电网测试系统算例,对所提配电网主动解列控制策略进行分析、验证,结果验证了所提方法的准确性和有效性。

 

图2 考虑多能耦合的配电网拓扑结构

 

他们最后得出相关结论如下:

 

 

1)考虑系统多能协同效应后,通过协调多种形式的能源互补替代功能,充分挖掘多能耦合系统的供能潜力,有效提高了配电网的供能恢复量,相较于传统仅用分布式电源进行供电恢复,所提方法形成的孤岛开关动作次数更少,有利于故障消除后系统恢复正常运行状态。
 

 

 

2)在配电网供电恢复过程中,为充分发挥系统多能协同效应,可根据系统结构选择对应的控制策略,若系统中存在电供给型耦合元件,则优先采用替代控制策略,然后再根据系统运行状态判断是否能够采用协调控制策略。
 

 

 

3)在考虑配电网多能耦合效应的基础上,借助SOP可进一步提高配电网的供电恢复能力,提高配电网负荷恢复水平。

 
 
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