电力孤岛划分方法

电力系统的运行状态越接近极限系统就会越脆弱，而影响电网脆弱性的潜在因素可以分为内部和外部两类。内部因素包括电网元件故障、保护和控制系统故障、信息系统和通信网络故障以及不充分（或不可靠）的安全评估。外部因素包括自然灾害、人的操作错误和蓄意破坏等。两类因素都可能导致灾难性的后果和连锁故障。一个自愈和坚强的电力系统除了能解决地方和区域级别的功率失调和停机故障外，必须能通过各种合理的协调操作和控制措施，吸收和化解各种范围更广、更系统化的事故甚至蓄意破坏等对系统的安全稳定性所带来的影响及冲击，并将其影响限制在局部范围之内。这样，一旦因各种因素使得系统的安全性及稳定性受到潜在或无法避免的巨大破坏时，也可成功应对，避免因系统崩溃所造成的大面积长时间的停电。而在适当时机实施系统可控孤岛划分就是避免系统全面崩溃的重要措施。

关于电力系统孤岛相关的研究分为以下两个方面：

一、被动孤岛：通过事先整定的解列装置实现对系统的孤岛被动划分。

二、最优孤岛：根据系统的实时运行状态及系统故障信息，选择最优的孤岛方案，主动把系统划分成数个独立运行的孤岛系统。

电力孤岛划分方法被动孤岛

当互联系统受到大干扰而失去同步时，由失步解列装置所形成的被动孤岛是当前防止系统全面崩溃的最后一道防线及措施。电力工程技术人员通过对系统故障情况的离线仿真得到系统可能的振荡失步断面，然后将失步解列装置安装到这些断面中的线路上。当系统发生振荡时，失步解列装置根据就地的量测信息（如电压、相角）和设定的解列判据判断系统是否发生了异步振荡及失步中心是否落在装置所在的线路上，然后确定是否动作将系统解列成若干孤岛。如何准确地判定系统的振荡中心位置，如何利用局部信息、先进测量装置信息（如相量测量单元信息）及系统开关的联动信息正确地判断系统是否已失步而实施系统失步解列，是失步解列研究需要关注的重点。

电力孤岛划分方法主动孤岛

主动孤岛与被动孤岛的最大区别在于没有延续“离线整定，在线判断”的传统继电保护动作方式，而是遵循“

实时信息，全局控制”的思路。它根据系统实际运行工况，在保证同调机群在同一子系统、非同调机群彼此之间不连通的前提下，选择出使各个子系统功率差额最小且能稳定运行的网络孤岛运行方案。该策略在消除系统全面崩溃威胁的同时实现切除负荷总量最小，从而将系统瓦解所造成的经济损失降低到最少。与被动孤岛相比较，最优主动孤岛得到的电力孤岛在系统维护和系统恢复方面具有明显的优势：各个子系统运行更加稳定，更不容易出现全面系统崩溃。此外，如果孤岛方案设计和操作合理，还可以降低系统恢复的复杂程度，减少总的恢复时间。

对于配电网，由于实际配电系统往往结构复杂，分布式电源分布不均且数量庞大，含 DG 的配电系统孤岛划分问题其实是 一个 NP 难题。从方法学而言，所 提 出 的 方 法 均 属 于 “搜索 调整”思路，是考虑到问题的复杂性和实际工程对计算时间的要求所采取的简化求解策略。对于其中的搜索问题，可以通过改进相应图论算法而进一步改善其计算速度和计算精度。而调整过程中的优化问题，是一个多变量的优化调度问题，需进一步采取先进优化技术或理论加以解决。并且从问题的本质来看，应当把搜索和调整两个步骤更紧密地结合在一起求解，从而得到更为优化的电力孤岛划分方案。再者，基于考虑问题的侧重点，当前各种方法的模型所计及的因素并不全面，均没有考虑配电系统中联络开关的作用；如果在模型中计及联络开关，配电系统中部分负荷的供电方式将有多种选择，现有基于放射性树结构的求解策略将无法直接使用，需研究在此情况下的相应有效求解策略。对于输电网孤岛划分，以下问题有必要进一步深化研究。

电力孤岛划分方法完善和实用化最优主动解列算法

从前述的大量最优孤岛划分的研究成果中不难看到，利用图论相关理论求解大电网最优孤岛问题已经成为研究的主流和趋势。其主要原因是最优孤岛断面的搜索问题可以通过对 图论中一些典型问题，如最小割问题和图分割问题的扩展进行很好的描述和求解。但是，迄今为止，以各孤岛功率差额最小为目标的输电网孤岛中所抽象的图论问题并未见诸报道，用于搜索孤岛断面的策略多为典型图分割方法与简单启发式规则的结合，问题的复杂性往往是 NP难题，如何提高其计算速度，需要进一步研究和探索。再者，当前的图分解方法往往无法保证连通性

，均需要进行人工干预才能使连通约束和同调约束得到满足，导致结果最优性无法保证，最多是次优或次次优如何减少人工干预而保证解的最优性也是需要深入研究和探索的问题。

电力孤岛划分方法完善和实用化最优主动解列模型

当前绝大多数电力孤岛的划分均是基于同调约束、连通约束以及功率平衡约束，此3种约束应该说还只是最优孤岛所需满足的基本约束，它们保证了所形成的孤岛子系统的暂态稳定性和系统的静态安全性。当前的方法并没更多地计及动态稳定性、电压稳定性、无功功率平衡等方面的约束。而这些约束也是保证孤岛子系统能否安全稳定运行的重要约束，因此也很有必要进一步研究如何计及这些约束，使得最后所得到的所有电力孤岛子系统能够真正地安全稳定运行。

电力孤岛划分方法解列时机判定策略研究

为了防止系统大面积停电，主动解列的实施时机同样关键。若时机把握不好，主动解列的实施可能适得其反或效果不好。在线的主动解列时机选择建立在准确而迅速的暂态稳定性判别的基础上，因此基于决策树等方法的解列时机判定方法的研究有待深入。

电力孤岛划分方法广域信息的利用

作为未来广域系统保护的重要组成部分，主动解 列 成 功 发 挥 效 用 的 关 键 在 于 相 量 测 量 单 元（PMU）/WAMS信息的有效利用。如何基于广域信息而正确且快速地获得相关的系统解列决策，是一个前景广阔的研究方向。

智能电网（智能输电网/智能配电网）中的自愈功能建设将是智能电网体系构 建的关键一环。其中，最优电力孤岛划分即为电网自愈中的最关键技术之一。对于输电网而言，在系统崩溃之前，把系统提前分解成数个独立稳定运行的子系统，可以在实现故障隔离的同时，将负荷损失降到最低。对于配 电 网 而 言，由 于 分 布 式 电 源 （distribu tedgenerator，DG）的 渗 透 性 越 来 越 强，如 国 内 6 MW以下的光伏电站无条件并网的政策已经在部分地区试执行；随着该政策的全面执行，在国内的各地配电网中即将包含有大量以小光伏发电为主的 DG 系统，配电网正逐步拥有某些与输电网类似的运行特性；在因输电系统或配电系统发生故障导致配电系统全面停电的情况下，因 DG 具有主动发电的能力，可以通过形成以 DG 为电源的配电网电力孤岛运行而恢复一部分重要负荷的供电，在提高配电网的供电可靠性的同时，也一并提高 DG 的利用效率。

孤岛运行是相对于联网运行而言的，而孤岛指的是暂时脱离主网运行的局部独立系统。输电网孤岛运行和配电网孤岛运行作为电网故障处理的一种应急运行方式，均可明显提升系统供电的可靠性和安全性。但由于两者所包括的电源性质、规模及网络结构的差异性，两者又有很大的不同。首先，二者的目标不同：输电网孤岛运行的目标是在保证故障隔离（即孤岛划分过程要计及故障信息）的前提下分离失步机群，实现各个孤岛安全稳定运行，且同时考虑尽量降低负荷切除量；配电网直接与用户相连，其孤岛运行的目标是在配电网故障安全隔离之后，使失电区域中重要负荷得到优先恢复的同时，尽可能多地恢复其他负荷，即实现恢复供电收益最大。

基于此目标的不同，两者划分所 要考虑的 条件不同：①输电网孤岛要求每个孤岛内机组归属于同一同调机群，以保证孤岛系统运行的动态稳定性，而 DG 多为逆变型电源，调节及控制方便，故配电网孤岛无同调要求，可以灵活配置；②基于 负 荷损失最小的目标，输电网孤岛要求任一负荷在没被切除之前，至少有一个电源与之相连，即连通性要求，而 DG 容量一般比较小，难以实现失电区域整体供电恢复，所以配电网孤岛没有这一要求，但为了充分发挥在电网失电之后 DG 出力的最大效用，配电网孤岛需计及负荷的重要性及可控性。其次，输电网孤岛一般要求电网是环网结构，而配电网孤岛要求电网是放射性结构。含有大量可再生能源并网的现代互联输电网/配电网一般均规模庞大，接线形式非常复杂，跨越地域辽阔，在实现最优能源传输及分配的同时，也蕴含着重大事故发生的隐患。在重大事故发生时，如何快速有效地确定最佳电力孤岛，实现故障隔离，尽可能减少停电范围，尽可能发挥具有独立发电能力的可再生能源的作用以提高供电可靠性，对于智能输电网及智能配电网来说均是亟待解决的一个难题。

随着节能减排压力的增大，以及 DG 技术的逐渐成熟，配电网中以各种可再生能源为一次能源的DG 越来越多，对配电网的运行方式及管理提出了更高的要求。根据现行规程规定，主网故障后配电网中的所有 DG 必须短时退出运行。但因 DG 具有独立供电的能力，故障隔离之后，利用 DG 恢复部分重要负荷的供电，将显著提高系统的供电可靠性。配电网的最优电力孤岛应综合考虑电气安全约束、负荷总恢复量、网络损耗、负荷可控性等因素。众多专家学者就如何形成配电网最优孤岛进行了广泛而有益的研究。

常见的孤岛划分可见表：

实施主动电力孤岛措施，对于智能输电网及智能配电网的建设而言，均是提高其安全稳定运行水平及供电可靠性的重要措施。该问题是智能调度领域中待解决的关键问题之一，已逐渐受到工程及科研人员的重视。本文在论述智能电网最优孤岛划分问题所要考虑的相关影响因素之后，对该领域国内外相关研究成果进行了全面分析和分类，指出了各种及各类方法的基本内容、优缺点及关键问题；进而阐述了该问题的发展趋势及亟待解决的问题

，为该领域问题的进一步研究奠定了一定的基础。随着智能电网最优孤岛划分研究的深入及方法的成熟，必将推动智能调度及管理技术的发展和提升。因各种故障所导致的大面积停电或供电中断，尽管不可避免，但在最优孤岛技术的帮助下其风险必将明显降低。从而使得电网的安全性、稳定性及供电可靠性提升到一个新的高度。

随着光伏产业的飞速发展，反孤岛技术也得到了飞速的发展。国内外的研究者们提出了各种各样的反孤岛技术，这些技术主要可以分为三大类:外部孤岛检测技术(Remotetechniques，主动孤岛检测技术(Active techniques，和被动孤岛检测技术(Passivetechniques，其中主动孤岛检测技术和被动孤岛检测技术又统称为内部孤岛检测技术 (Local techniques)。

外部孤岛检测技术是检测电网端的电网运行状态，这种技术可靠性高，盲区很小，但是成本高，对于小型光伏发电系统并不适应。另外，外部孤岛检测技术需要依赖电网与逆变器的通信，这就需要装置信号发生器和信号接收器，然而在电网端安装设备的审批和手续很繁琐。主动孤岛检测技术对电网施加扰动，成本低，可以有效减小盲区，但是扰动会导致电能质量降低，扰动力度太小，检测速度慢，盲区大，扰动力度大，则电能质量差，也可能导致系统不能正常工作，所以主动孤岛检测技术要控制好扰动力度。被动孤岛检测技术，不影响电能质量，成本也低，但是盲区太大。我国要求并网逆变器采用主动孤岛检测技术和被动孤岛检测技术至少各一种，两者结合，互相弥补 。

在新能源电力系统中，并网变流器必须具有防孤岛能力，否则，电网失电后会造成电网事故。孤岛效应检测方法有主动式孤岛检测方法和被动式孤岛检测方法。被动式孤岛检测方法在电网失电后，负载有功功率和并网变流器功率匹配会失效，进而造成电网不安全。并网变流器在电网失电后 ，被动式检测孤岛效应的方法会失效 。

在微电网并网运行中，其中一个重要的问题就是在进行防孤岛检测时尽可能的减少对电网的干扰影响。采用被动式防孤岛检测对电能质量基本没有影响，所以在多机并联的情况下，在能够保证防孤岛检测的效能下，可以将部分逆变器采用被动式防孤岛检测方案从而减小对电网的影响。

利用单机运行的孤岛检测盲区分析可知，其部分采用纯被动式防孤岛检测时，对盲区影响较大，若是采用这种方案必须尽可能的减少其逆变器输出功率的占比，从而减小对整体防孤岛检测效能的影响 。