配电网孤岛划分含不同类型DG的配电网孤岛划分原则

DG须具备以下条件才能单独供电，称之为可靠性DG:①电源输出的功率稳定且大小可以调节;②有综合控制策略来维持该区域的电压和频率的稳定;③具备一定的通信能力，在其单独对某一区域进行供电时，采集点将系统实时的电压、频率和负荷变化等信息传回DG , DG根据这些信息采用相应的控制策略，维持该区域电压和频率的稳定。

可靠性DG主要包括燃料电池、微型燃气轮机、配置储能装置的风能发电及光伏发电等。

一般的风能发电及光伏发电，由于其出力波动极大且很难进行调节，为非可靠性DG，需与可靠性DG一起对一个负荷区域联合供电 。

因此，含DG的配电网在进行孤岛划分时需考虑以下几个原则。

1)重要负荷优先供给原则。在系统发生故障时，重要负荷优先得到供电恢复。因此，在孤岛划分时应首先将一、二级负荷划入孤岛内。

2)最大负荷原则。在满足岛内总负荷不超过DG发电容量的前提下，为提高系统的供电可靠性，减少负荷失电量，充分发挥DG的作用，应将尽可能多的负荷并入孤岛内。

3)孤岛备用原则。当DG孤岛运行时，由于没有大网作为依托对岛内的频率和电压进行调节，因此需要部分机组具备一定的调节能力以应对可能出现的削峰填谷、平滑功率、调峰调频等情况。

4)联合供电原则。根据DG单独供电的要求，需要避免出现非可靠的DG独自供给区域负荷的情况，使划分后的每个孤岛都能安全可靠的运行。

DG的引入满足了负荷日益增长的供电需求，减少了环境污染，提高了能源的综合利用率，但同时也使得原先单电源辐射状的配电网络变成了多源网络，线路潮流和网络结构发生了根本性的改变，导致了继电保护装置误动，使配电网的运行和保护更加复杂，所以最初的IEEE Std 929-2000规定含DG的配电系统应尽量防止产生电力孤岛，这就不利于提高分布式能源的利用率，也不能降低用户的平均停电时间，在一定程度上破坏了DG发电商的利益。随着分布式发电技术的日趋成熟，IEEE Std 1547-2003标准允许并鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现孤岛运行，并在经济方面达成共识。后来IEEE又修订了该标准，并于2011年颁布了IEEE Std 1547-2011，该标准己成为一系列包含系统可靠性、系统保护、系统通信、安全标准、电能质量等DG与电力系统互联的规定 。

孤岛运行分为计划孤岛(intentional islanding)和非计划孤岛(unintentional islanding) .计划孤岛是根据本地负荷大小和分布式发电容量事先确定孤岛的范围和孤岛的运行控制方式，与大电网断开后能够稳定运行。计划孤岛是一种很好的故障处理方式，通过对其有效控制和合理规划可避免DG对电力系统安全稳定的不利影响，可以使电力系统更加高效可靠的运行，计划孤岛运行作为一种提高供电可靠性的有效方式越来越受到关注和青睐，实际电网中往往形成计划孤岛。

电网的孤岛运行模式是电网在事故情况下的一种特殊运行方式，孤岛将电网分成多个独立稳定的板块，以避免局部事故扩散从而引发大规模的停电灾难。电力孤岛的形成应充分考虑孤岛内DG的容量约束、孤岛的电气安全约束、总负荷恢复量，孤岛网络损耗等，实质上是一个多约束条件的目标优化问题。对此，国内外专家学者进行诸多研究，也取得了一定成果。现有关于孤岛问题的研究包括孤岛运行的可行性和孤岛运行控制研究孤岛运行对配电系统供电运行可靠性的影响、孤岛形成或孤岛划分算法的研究。其中孤岛生成算法的研究较多，纵观此类文献，其思路主要可以分为以下三类 :

其一，形成孤岛时仅仅考虑孤岛内功率约束，其代表方法是基于有根树的启发式搜索方法，以DG为根节点逐渐向外融合负荷，融合过程不考虑负荷的可控性，若负荷满足DG容量约束就将其纳入孤岛，不满足则舍弃;此类具有算法模型简单、易于实现等优点，但不足之处是未考虑实际中负荷的可控性以及联络开关的影响。文献「28]以馈线上的馈线终端单元(feeder terminal units, FTU)的分段断路器为节点，以相邻节点之间的元件为边形成配电网的简化模型，该简化模型下，输电线路、变压器、母线等元件被划分到负荷单元或源点单元中。从每个源点开始进行孤岛扩大操作，该算法能在较短的时间内得到可行的孤岛方案，但该算法不能保证对低级负荷的供电恢复。文献[ 根据配电网辐射状结构的特点，提出利用具有层次特性的根数对含分布式发电的孤岛形成问题进行建模，利用节点赋权和边赋权根数进行深度优先搜索，确定孤岛的范围，该文中采用了层次和自上而下的搜索方向后，孤岛搜索的复杂度大大的减小了，仿真结果也表明了算法的有效性。

其二，孤岛形成算法中不仅考虑了功率平衡，还顾及负荷优先级和可控性。代表方法是基于树背包问题的图论算法，该类算法一般采用动态规划算法和分支定界法，边搜索边调节，不断修正使得最终的孤岛最优。此类算法的模型精度和算法复杂度都符合辐射状孤岛划分要求，但也未考虑馈线之间联络开关的影响。一种基于树背包问题的含分布式发电配电系统最优孤岛划分新模型;在孤岛形成过程中全面考虑了负荷的优先级、可控性、功率平衡约束，将配电网中含有多个DG的孤岛划分问题分解为多个树背包问题，然后使用动态规划算法进行求解，再进行孤岛合并(若可以)，最后对孤岛的可行性进行校验 。该算法计算时间复杂度低，具有很强的理论基础，具有恢复负荷多、孤岛网损小等优点，但不足的是形成孤岛时需要逐个检验负荷节点是否应该加入孤岛。考虑了负荷的优先级和可控性，直接在失电区直接形成一个包含所有的DG的孤岛，然后再根据孤岛内功率平衡约束调整负荷，其中向孤岛中加入负荷时候优先加入不可控负荷，减负荷时优先切除不可控负荷，该算法形成的孤岛较大，造成较大的网损。

其三，全面考虑功率平衡、负荷的优先级和可控性、孤岛个数、联络开关的影响。

代表方法是基于Prim算法的连通图搜索方法，此类算法将考虑联络开关的孤岛划分问题转化为求取连通图的最小生成树，对前面两类算法进行了补充和完善，与实际系统更加吻合，实用性明显增强，但存在难以保障孤岛功率差额最小，无法充分利用分布式能源。]首先为网络中的节点和支路赋权以建立配电网的带权重的连通图模型，将孤岛的划分问题转换为在连通图中寻找最小生成树问题，采用改进的克鲁斯卡尔算法确定最优孤岛范围。将孤岛划分问题转化为求取连通图的最小生成树问题，但不同的是该文采用改进的普里姆算法来搜索孤岛，该算法能够适应配电网的环网结构，有利于配网故障恢复后孤岛运行模式和并网模式快速切换。

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( distributedgenerator, 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己经在部分地区试执行;随着该政策的全而执行，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;在因输电系统或配电系统发生故障导致配电系统全而停电的情况下，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J决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，智能配电网来说均是函待解决的一个难题。

1. 以功率最大的 DG 为根节点建立功率树，结合连通性约束和放射性约束用隐枚举法在不考虑网损的情况下进行优化求解获得初始划分方案，然后在计及网损条件下通过对每个孤岛进行静态生存性约束校验来修正恢复供电的负荷量，从而得到最终的孤岛划分方案。

2. 分别以 DG 为中心，通过功率圆遍历的方法确定恢复等值有效负荷最大的孤岛方案。但当 DG 较多时，以不同 DG 为中心的功率圆会存在相互重叠的可能，相交区域内负荷的不同归属判定将会得到不同的孤岛划分方案。

3. 分别利用基于树背包理论的分支定界算法和深度优先动态规划算法，并采用“搜索 校核”策略，实现了最优孤岛的划分，其孤岛划分的最优性具有较强的理论支撑。

4. 从 DG 最优源点开始，根据节点电压约束、支路潮流约束与无电磁环网约束，逐条线路扩展供电范围，当约束条件不能满足时即完成一个源点的扩展，当所有的源点扩展结束时即完成了孤岛划分,

对于配电网孤岛划分，以下问题有必要进一步深化研究 。

配电网孤岛划分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己经成为研究的主流和趋势。其主要原因是最优孤岛断而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，迄今为比，以各孤岛功率差额最小为目标的输电网孤岛中所抽象出的图论问题并未见诸报道，用于搜索孤岛断而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。

配电网孤岛划分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、无功功率平衡等方而的约束。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。

配电网孤岛划分解列时机判定策略研究

为了防比系统大而积停电，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。

配电网孤岛划分广域信息的利用

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信息有效利用口〕。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。2100433B

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：

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。