CN104158207A - 配电网黑启动方案生成方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电网黑启动方案生成方法和***，方法包括：电源确定步骤，根据配电网中可用黑启动电源的输出特性与所述可用黑启动电源的容量确定目标黑启动电源；路径确定步骤，根据所述配电网中的可用设备确定多个配电网路径；路径搜索步骤，根据所述目标黑启动电源的带负载能力与约束参数从所述多个配电网路径中搜索出可行的配电网路径；建立步骤，依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。通过该技术方案，可以使配电网在大面积失电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，恢复部分负荷供电。

Description

配电网黑启动方案生成方法和***

技术领域

本发明涉及黑启动技术领域，具体而言，涉及一种配电网黑启动方案生成方法和一种配电网黑启动方案生成***。 

背景技术

黑启动指整个***因故障停电后，不依赖其它***的帮助，通过***中具有自启动能力机组的启动带动无自启动能力的机组，并逐渐扩大***供电范围，最终实现整个***全面恢复的过程。目前，黑启动领域的研究主要集中在输电网，其主要研究成果表现在如下几个方面： 

(1)黑启动电源的研究。输电网络中黑启动电源机主要包括：燃气轮机，带低水头、短导水渠的水电机组与带汽包型锅炉的燃气或燃油汽轮机。其中，水电机组、抽水蓄能机组由于厂用电少、启动迅速，用作启动电源最为方便。美国学者Lindstrom R在论文中介绍了Nebraska电力***用两台14.5MVA水轮机组启动总容量为1300MW的两台燃煤机组的情况。此外有学者提出了利用燃气轮机来启动其他蒸汽机组的方案。而这些机组往往是一般配电网中不具备的。 

(2)黑启动的过程研究。黑启动过程主要分为黑启动机组启动(30至60分钟)，网架结构恢复(3至4小时)，负荷恢复三个阶段。黑启动过程中的技术问题主要是有功平衡和频率控制、无功平衡和电压控制、自动装置和保护装置整定限制三方面，同时这些技术问题同样存在于配电网黑启动过程中。 

(3)黑启动方案的生成。黑启动方案的生成主要考虑的问题包括：电压转换次数、能力传输距离、开关操作、***运行安全等因素，是一个多目标、多阶段的混合非线性多约束优化问题。上世纪八十年代，日本学者Sakaguchi T等人，将专家***应用于电力***的恢复问题中，此后， Liu C等人将这种方法扩展到配电网的恢复中。此外，目前还有人工神经网络、决策支持***、模糊理论、Petri网等方法应用于求解黑启动的多阶段的混合非线性多约束优化问题中。 

以上是目前对输电网中黑启动方案的主要研究，尽管目前针对电力***黑启动方案生成方法已有大量的研究，国内外已有若干黑启动事例，但是研究重点集中在输电网恢复，对配电网的研究很少，几乎没有成熟的技术方案。目前我国对配电网黑启动方案的研究主要在于，中国电力科学院等单位提出，控制具有储能功能的自同步电压源换流器运行于不同模式，以实现离网型微电网的黑启动方案，其主要研究在于黑启动过程中换流器的控制方法。此外，配电网通常为辐射状，约束条件与输电网络不同；电压转换次数、能力输送距离等因素也不是配电网中主要考虑的问题，同时输电网的优化目标与配电网也不相同。 

因此，如何实现一种全新的***的黑启动配电网方案成为亟待解决的问题。 

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，可以使配电网在局部断电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。 

有鉴于此，本发明提出了一种配电网黑启动方案生成方法，包括：电源确定步骤，根据配电网中可用黑启动电源的输出特性与所述可用黑启动电源的容量确定目标黑启动电源；路径确定步骤，根据所述配电网中的可用设备确定多个配电网路径；路径搜索步骤，根据所述目标黑启动电源的带负载能力与约束参数从所述多个配电网路径中搜索出可行的配电网路径；建立步骤，依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。 

在该技术方案中，通过选用具有自启动能力的电源作为配电网的可用黑启动电源，并根据可用黑启动电源的输出特性及容量对可用黑启动电源进行进一步筛选，可以选出性能最好带负载能力最强的自启动电源(如光 伏电源)；同时，通过对可行的配电网路径进行进一步评定，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在大面积断电后，大量的负载可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。 

在上述技术方案中，优选地，还包括：根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个设备进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网，其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：所述设备对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。 

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，并利用最优的配电网路径建立配电网，进而有效地提高用户的供电恢复体验。 

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(设备的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个设备，为了方便对多个设备进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对设备对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。 

在上述技术方案中，优选地，所述电源确定步骤具体包括：选择具有自启动能力的电源作为所述可用黑启动电源，根据所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率和/或所述母线电压的输出波形的总谐波畸变率对所述可用黑启动电源进行筛选，并根据所述可用黑启动电源的容量从筛选出的所述可用黑启动电源中确定出所述目标黑启动电源。 

在该技术方案中，在确定最佳的黑启动电源时，主要通过以下判断步骤：①判断是否具有自启动能力：配有储能或备用设备的电源是否满足自启动能力，并将具有自启动能力的电源作为可用黑启动电源；②电源类型与控制方法，通过仿真或计算，得到该电源与10kV母线连接后的母线相电压有效值、频率偏移率、输出波形总谐波畸变率三个指标，判断是否在规定的范围内；③在满足①、②的电源中选择容量最大的电源作为黑启动电源。 

在上述技术方案中，优选地，所述可用设备包括：第一电源、第二电 源、第一负荷和第二负荷，以及，所述约束参数包括：所述配电网的母线的供电恢复时间、所述第一电源的供电恢复时间、所述第二电源的供电恢复时间、所述第一负荷的供电恢复时间以及所述第二负荷的供电恢复时间，以及所述路径确定步骤具体包括：根据所述可用设备中所述第一电源的数量、所述第二电源的数量、所述第一负荷的数量和/或所述第二负荷的数量确定出所述多个配电网路径。 

在该技术方案中，在确定多个配电网路径时，首先将配电网中的设备分为4类：逆变器可控电源、逆变器可控负荷、普通电源、普通负荷，并假设各类分别有n₁、n₂、n₃、n₄个设备，则根据各类设备接入顺序的不同，可以确定出n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径，然后根据优先恢复母线供电、再次恢复逆变器可控电源、再次恢复逆变器可控负荷、再次恢复普通电源、最后恢复普通负荷的基本恢复原则，即可快速地从上述n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径确定出可行的配电网路径。 

在上述技术方案中，优选地，所述评定参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中所述可行的配电网路径中每条路径的输出功率、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的最大供电恢复容量、所述配电网的无功比例。 

在该技术方案中，这些参数都是为了对可行黑启动路径进行评定，以评定出最优的黑启动路径，且这些参数的权重不是一样的。 

其中，以母线供电恢复时间最短、负荷容量恢复最大、***各个时刻无功份额最小为指标为重要权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数作为约束条件，以便于按照优先次序对可行黑启动路径进行评定，进而快速确定出目标黑启动路径并建立目标配电网。 

根据本发明的另一方面，还提出了一种配电网黑启动方案生成***，包括：电源确定模块，根据配电网中可用黑启动电源的输出特性与所述可用黑启动电源的容量确定目标黑启动电源；路径确定模块，根据所述配电网中的可用设备确定多个配电网路径；路径搜索模块，根据所述目标黑启 动电源的带负载能力与约束参数从所述多个配电网路径中搜索出可行的配电网路径；建立模块，依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。 

在该技术方案中，通过选用具有自启动能力的电源作为配电网的可用黑启动电源，并根据可用黑启动电源的输出特性及容量对可用黑启动电源进行进一步筛选，可以选出性能最好带负载能力最强的自启动电源(如光伏电源)；同时，通过对可行的配电网路径进行进一步评定，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在大面积断电后，大量的负载可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。 

在上述技术方案中，优选地，还包括：校验模块，根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个设备进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网，其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：所述设备对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。 

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，并利用最优的配电网路径建立配电网，进而有效地提高用户的供电恢复体验。 

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(设备的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个设备，为了方便对多个设备进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对设备对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。 

在上述技术方案中，优选地，所述电源确定模块具体用于：选择具有自启动能力的电源作为所述可用黑启动电源，根据所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率和/或所述母线电压的输出波形的总谐波畸变率对所述可用黑启动电源进行筛选，并根据所述可用黑启动电源的容量从筛选出的所述可用黑启动电源中确定出所述目标黑启动电源。 

在该技术方案中，在确定最佳的黑启动电源时，主要通过以下判断步骤：①判断是否具有自启动能力：配有储能或备用设备的电源是否满足自 启动能力，并将具有自启动能力的电源作为可用黑启动电源；②电源类型与控制方法，通过仿真或计算，得到该电源与10kV母线连接后的母线相电压有效值、频率偏移率、输出波形总谐波畸变率三个指标，判断是否在规定的范围内；③在满足①、②的电源中选择容量最大的电源作为黑启动电源。 

在上述技术方案中，优选地，所述可用设备包括：第一电源、第二电源、第一负荷和第二负荷，以及，所述约束参数包括：所述配电网的母线的供电恢复时间、所述第一电源的供电恢复时间、所述第二电源的供电恢复时间、所述第一负荷的供电恢复时间以及所述第二负荷的供电恢复时间，以及所述路径确定模块具体用于：根据所述可用设备中所述第一电源的数量、所述第二电源的数量、所述第一负荷的数量和/或所述第二负荷的数量确定出所述多个配电网路径。 

在该技术方案中，在确定多个配电网路径时，首先将配电网中的设备分为4类：逆变器可控电源、逆变器可控负荷、普通电源、普通负荷，并假设各类分别有n₁、n₂、n₃、n₄个设备，则根据各类设备接入顺序的不同，可以确定出n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径，然后根据优先恢复母线供电、再次恢复逆变器可控电源、再次恢复逆变器可控负荷、再次恢复普通电源、最后恢复普通负荷的基本恢复原则，即可快速地从上述n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径确定出可行的配电网路径。 

在上述技术方案中，优选地，所述评定参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中所述可行的配电网路径中每条路径的输出功率、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的最大供电恢复容量、所述配电网的无功比例。 

在该技术方案中，这些参数都是为了对可行黑启动路径进行评定，以评定出最优的黑启动路径，且这些参数的权重不是一样的。 

其中，以母线供电恢复时间最短、负荷容量恢复最大、***各个时刻无功份额最小为指标为重要权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数 作为约束条件，以便于按照优先次序对可行黑启动路径进行评定，进而快速确定出目标黑启动路径并建立目标配电网。 

通过以上技术方案，可以使配电网在大面积断电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电，并缩短停电时间，提高用户的用电体验。 

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成方法的流程图； 

图2示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成***的结构示意图； 

图3示出了根据本发明的实施例的配电网启动电源逆变器的电压频率控制方式的对应控制框图； 

图4示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成***的原理结构图； 

图5示出了根据本发明的实施例的待恢复的配电网设备分类示意图。 

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。 

图1示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成方法的流程图。 

如图1所示，根据本发明的实施例的配电网启动电源配电网黑启动方案生成方法，包括：电源确定步骤102，根据配电网中可用黑启动电源的输出特性与所述可用黑启动电源的容量确定目标黑启动电源；路径确定步 骤104，根据所述配电网中的可用设备确定多个配电网路径；路径搜索步骤106，根据所述目标黑启动电源的带负载能力与约束参数从所述多个配电网路径中搜索出可行的配电网路径；建立步骤108，依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。 

在该技术方案中，通过选用具有自启动能力的电源作为配电网的可用黑启动电源，并根据可用黑启动电源的输出特性及容量对可用黑启动电源进行进一步筛选，可以选出性能最好带负载能力最强的自启动电源(如光伏电源)；同时，通过对可行的配电网路径进行进一步评定，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在大面积断电后，大量的负载可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。 

在上述技术方案中，优选地，还包括：根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个设备进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网，其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：所述设备对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。 

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，并利用最优的配电网路径建立配电网，进而有效地提高用户的供电恢复体验。 

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(设备的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个设备，为了方便对多个设备进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对设备对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。 

在上述技术方案中，优选地，所述电源确定步骤具体包括：选择具有自启动能力的电源作为所述可用黑启动电源，根据所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率和/或所述母线电压的输出波形的总谐波畸变率对所述可用黑启动电源进行筛选，并根据所述可用黑启动电源的容量从筛选出的所述可用黑启动电源中确定出所述目标黑启动电源。 

在该技术方案中，在确定最佳的黑启动电源时，主要通过以下判断步骤：①判断是否具有自启动能力：配有储能或备用设备的电源是否满足自启动能力，并将具有自启动能力的电源作为可用黑启动电源；②电源类型与控制方法，通过仿真或计算，得到该电源与10kV母线连接后的母线相电压有效值、频率偏移率、输出波形总谐波畸变率三个指标，判断是否在规定的范围内；③在满足①、②的电源中选择容量最大的电源作为黑启动电源。 

在上述技术方案中，优选地，所述可用设备包括：第一电源、第二电源、第一负荷和第二负荷，以及，所述约束参数包括：所述配电网的母线的供电恢复时间、所述第一电源的供电恢复时间、所述第二电源的供电恢复时间、所述第一负荷的供电恢复时间以及所述第二负荷的供电恢复时间，以及所述路径确定步骤具体包括：根据所述可用设备中所述第一电源的数量、所述第二电源的数量、所述第一负荷的数量和/或所述第二负荷的数量确定出所述多个配电网路径。 

在该技术方案中，在确定多个配电网路径时，首先将配电网中的设备分为4类：逆变器可控电源、逆变器可控负荷、普通电源、普通负荷，并假设各类分别有n₁、n₂、n₃、n₄个设备，则根据各类设备接入顺序的不同，可以确定出n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径，然后根据优先恢复母线供电、再次恢复逆变器可控电源、再次恢复逆变器可控负荷、再次恢复普通电源、最后恢复普通负荷的基本恢复原则，即可快速地从上述n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径确定出可行的配电网路径。 

在上述技术方案中，优选地，所述评定参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中所述可行的配电网路径中每条路径的输出功率、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的最大供电恢复容量、所述配电网的无功比例。 

在该技术方案中，这些参数都是为了对可行黑启动路径进行评定，以评定出最优的黑启动路径，且这些参数的权重不是一样的。 

其中，以母线供电恢复时间最短、负荷容量恢复最大、***各个时刻 无功份额最小为指标为重要权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数作为约束条件，以便于按照优先次序对可行黑启动路径进行评定，进而快速确定出目标黑启动路径并建立目标配电网。 

图2示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成***的结构示意图。 

如图2所示，根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成***200，包括：电源确定模块202，根据配电网中可用黑启动电源的输出特性与所述可用黑启动电源的容量确定目标黑启动电源；路径确定模块204，根据所述配电网中的可用设备确定多个配电网路径；路径搜索模块206，根据所述目标黑启动电源的带负载能力与约束参数从所述多个配电网路径中搜索出可行的配电网路径；建立模块208，依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。 

在该技术方案中，通过选用具有自启动能力的电源作为配电网的可用黑启动电源，并根据可用黑启动电源的输出特性及容量对可用黑启动电源进行进一步筛选，可以选出性能最好带负载能力最强的自启动电源(如光伏电源)；同时，通过对可行的配电网路径进行进一步评定，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在大面积断电后，大量的负载可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。 

在上述技术方案中，优选地，还包括：校验模块210，根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个设备进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网，其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：所述设备对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。 

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，并利用最优的配电网路径建立配电网，进而有效地提高用户的供电恢复体验。 

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(设备的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个设备，为了方便 对多个设备进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对设备对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。 

在上述技术方案中，优选地，所述电源确定模块202具体用于：选择具有自启动能力的电源作为所述可用黑启动电源，根据所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率和/或所述母线电压的输出波形的总谐波畸变率对所述可用黑启动电源进行筛选，并根据所述可用黑启动电源的容量从筛选出的所述可用黑启动电源中确定出所述目标黑启动电源。 

在该技术方案中，在确定最佳的黑启动电源时，主要通过以下判断步骤：①判断是否具有自启动能力：配有储能或备用设备的电源是否满足自启动能力，并将具有自启动能力的电源作为可用黑启动电源；②电源类型与控制方法，通过仿真或计算，得到该电源与10kV母线连接后的母线相电压有效值、频率偏移率、输出波形总谐波畸变率三个指标，判断是否在规定的范围内；③在满足①、②的电源中选择容量最大的电源作为黑启动电源。 

在上述技术方案中，优选地，所述可用设备包括：第一电源、第二电源、第一负荷和第二负荷，以及，所述约束参数包括：所述配电网的母线的供电恢复时间、所述第一电源的供电恢复时间、所述第二电源的供电恢复时间、所述第一负荷的供电恢复时间以及所述第二负荷的供电恢复时间，以及所述路径确定模块204具体用于：根据所述可用设备中所述第一电源的数量、所述第二电源的数量、所述第一负荷的数量和/或所述第二负荷的数量确定出所述多个配电网路径。 

在该技术方案中，在确定多个配电网路径时，首先将配电网中的设备分为4类：逆变器可控电源、逆变器可控负荷、普通电源、普通负荷，并假设各类分别有n₁、n₂、n₃、n₄个设备，则根据各类设备接入顺序的不同，可以确定出n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径，然后根据优先恢复母线供电、再次恢复逆变器可控电源、再次恢复逆变器可控负荷、再次恢复普通电源、最后恢复普通负荷的基本恢复原则，即可快速地从上述n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径确定出可行的配电网路径。 

在上述技术方案中，优选地，所述评定参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中所述可行的配电网路径中每条路径的输出功率、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的最大供电恢复容量、所述配电网的无功比例。 

在该技术方案中，这些参数都是为了对可行黑启动路径进行评定，以评定出最优的黑启动路径，且这些参数的权重不是一样的。 

其中，以母线供电恢复时间最短、负荷容量恢复最大、***各个时刻无功份额最小为指标为重要权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数作为约束条件，以便于按照优先次序对可行黑启动路径进行评定，进而快速确定出目标黑启动路径并建立目标配电网。 

图3示出了根据本发明的实施例的配电网启动电源逆变器的电压频率控制方式的对应控制框图。 

图3示出了所述配电网启动电源逆变器的电压频率(即Vf)控制方式，大部分分布式电源通过逆变器与电网相连，逆变器的典型控制方式有PQ(有功无功)控制方式和Vf控制方式，其中，PQ控制方式控制的是逆变器输出的有功、无功比例；Vf控制方式控制的是逆变器输出的电压、频率。图3示出了Vf控制方式的原理图，其中，Vf逆变器的具体控制方式为母线电压矢量定向控制，逆变器会根据一定的指令只输出一定幅值和频率的交流电压，以维持母线(图4中B2母线)的电压，而本质上母线的电压上位幅值和频率是由整个平衡微电网内的有功和无功功率控制的。 

图4示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成***的原理结构图。 

如图4所示，示出了含有多种电源与负载的配电网缩略图，包括：分布式电源1、电源2；可控负荷，负荷1；其他负荷，负荷2，负荷3，负荷3为若干负荷的等效负荷；开关M1、M2、KM；低压变压器；线路等效模型，R_i+jX_i,i＝1、2、3；10kV电网等效模型，其中，图4中选择图3中的Vf控制并网的电源作为配电网启动电源，其具体的指令控制方式如图3所，即输出电压幅值、频率恒定的控制方式。 

下面将以图4为例，说明配电网(如图4所示的10kV的配电网络)在失电情况下，如何利用配电网内部电源，自动恢复供电，其具体过程如下步骤： 

1)第一步，选择最佳的黑启动电源。 

在具备自启动能力的电源(不需要外部电源即可启动输出电能的电源)中选择最佳的黑启动电源。图4中的电源1、电源2均为配有储能装置的光伏电站，容量依次为30kVA、100kVA。 

仿真或计算电源与10kV母线连接后的稳态母线相电压有效值、频率偏移率、输出波形总谐波畸变率，并判断这三个指标是否在规定的范围内。三个指标的具体计算方法为： 

1、母线相电压(图4中B3母线)的频率偏移量：df＝|f-f_e|/f_e,f_e＝50Hz，取三相最大值； 

2、母线相电压有效值的偏移量： 

du⁺＝(u_rmsmax-U_e)/U_e,U_e＝220V,du^-＝(u_rmsmin-U_e)/U_e,U_e＝220V，其中，u_rms max,u_rms min分别相电压有效值的最大值与最小值(取三相中最大的)； 

3、母线相电压的总谐波畸变率：其中，U_h为各次谐波有效值，U_I为基波(50Hz)有效值，取三相最大值。 

根据本实施例采用图3所示的光伏电源Vf的控制方法及变压器采用T型等效模型，得到30kVA电源1与10kV母线连接后，母线相电压的有效值偏移率为du⁺＝4.6％,du^-＝-0.6％，频率偏移率为0、输出波形总谐波畸变率为11.5％；100kVA电源2与10kV母线连接后，母线相电压有效值偏移率为du⁺＝2.5％,du^-＝-0.2％，频率偏移率为0、输出波形总谐波畸变率为9.5％。 

由于380V配电网络的频率容许范围为，50Hz±0.2Hz，电压偏移容许范围为±5％，总谐波畸变率容许范围为±5％，同时，在黑启动过程属于极端情况时，频率、电压和谐波范围还可以有所增加，如频率容许范围可增加到，50Hz±0.5Hz，电压偏移容许范围可增加到±15％，总谐波畸变率容许范围可增加到±15％，因而，电源1、电源2均符合条件。 

在具备自启动能力且符合上述3个指标的电源中，选择容量最大的电源为黑启动电源，因而本实施例中的黑启动电源为电源2。 

2)第二步，生成黑启动路径集合。 

将***内的设备分为4类：可控电源(逆变器可控电源)、可控负荷(逆变器可控负荷)、其他电源(普通电源)、其他负荷(普通负荷)，假设这各类设备分别有n₁、n₂、n₃、n₄个设备。根据上述准则，则根据各类中设备接入的顺序不同，共有n₁！×n₂！×n₃！×n₄！种不同的黑启动路径，然后，以优先恢复母线供电、再次恢复可控电源、再次恢复可控负荷、再次恢复其他电源、最后其他负荷的基本的恢复原则从上述对黑启动路径中选择可行黑启动路径。 

本实施例中黑启动电源为电源2，可控电源为电源1，可控负荷为负荷1，其他电源无，其他负荷为负荷2和负荷3，如图5所示，同时假设负荷3为若干负荷的等效负荷，黑启动过程只恢复其中不超过电源可提供的最大输出的负荷容量。 

3)第三步，评定最优的黑启动路径。 

沿各个方案的恢复路径，检验每一步是否满足约束条件：各个时刻均满足有功、无功平衡，电源输出功率、线路输送容量是否满足限制，***负荷功率因数是否大于一定数值(其中，等效负荷3只接入满足条件的负荷容量)。 

同时，评定各个路径的优劣，评定标准包括： 

10kV母线恢复供电时间：t 

恢复负荷容量最大：Q 

全过程无功比例最大值：p 

如对图4***，负荷1的消耗功率为10kW，负荷2的容量为30kW+1kVar，负荷3的负荷容量为15kW+3kVar、0.8kW+1.5kVar、以及若干个3kW+0.3kVar负荷，电源1输出功率限制电源2输出功率限制各条线路输送容量限制均为I≤200A。 

同时，假定电源输出功率不超过额定值时，***内有功、无功平衡约束可满足，并循环上述过程，得到 

负荷3可接入的容量为75kW+7.5kVar，最优的黑启动路径为：依次 恢复电源2→10kV母线→电源1→负荷1→负荷2→负荷3的若干3kW+0.5kVar负荷，总恢复容量为69kW+9.5kVar，以及 

10kV母线供电恢复时间t为2次开关动作时间，恢复负荷容量最大值Q为110kW+10.5kVar，全过程无功比例最大值p为0.095。 

4)第四步，验证黑启动方案。 

确定最优方案后，通过仿真，得到各个母线的电压、电流、电源输出功率等数据，校验电压、谐波、频率范围与保护控制装置动作范围。计算或利用电磁暂态计算程序(如EMTP/ATP，EMTDC/PSCAD)，仿真黑启动过程，得到各个节点(设备)的电压、电流、电源输出功率数据，并校验电压、电流、频率、波形是否满足标准，相关保护控制装置动作范围是否满足。 

根据第四步骤的判断标准对本实施例中的第三步得到的最优黑启动路径校验，得到： 

黑启动过程中母线相电压偏移最大值du⁺＝2.1％,du^-＝-13.7％，谐波总畸变率最大值7.8％，频率偏移0，且电压偏移超过10％所占比例3.1％，谐波总畸变率超过5％所占比例5.8％，相电流有效值最大值85A，符合各个约束条件，因此，步骤三得到的可行黑启动方案为最优黑启动方案。 

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，可以使配电网在大面积断电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，实现快速恢复供电。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，包括：

电源确定步骤，根据配电网中可用黑启动电源的输出特性与所述可用黑启动电源的容量确定目标黑启动电源；

路径确定步骤，根据所述配电网中的可用设备确定多个配电网路径；

路径搜索步骤，根据所述目标黑启动电源的带负载能力与约束参数从所述多个配电网路径中搜索出可行的配电网路径；

建立步骤，依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据

评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。

2.根据权利要求1所述的配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，还包括：

根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个设备进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网，其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：所述设备对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。

3.根据权利要求1所述的配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，所述电源确定步骤具体包括：

选择具有自启动能力的电源作为所述可用黑启动电源，根据所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率和/或所述母线电压的输出波形的总谐波畸变率对所述可用黑启动电源进行筛选，并根据所述可用黑启动电源的容量从筛选出的所述可用黑启动电源中确定出所述目标黑启动电源。

4.根据权利要求1所述的配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，

所述可用设备包括：第一电源、第二电源、第一负荷和第二负荷，以及，

所述约束参数包括：所述配电网的母线的供电恢复时间、所述第一电源的供电恢复时间、所述第二电源的供电恢复时间、所述第一负荷的供电恢复时间以及所述第二负荷的供电恢复时间，以及

所述路径确定步骤具体包括：

根据所述可用设备中所述第一电源的数量、所述第二电源的数量、所述第一负荷的数量和/或所述第二负荷的数量确定出所述多个配电网路径。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，

所述评定参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网对应的有功平衡比例、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中所述可行的配电网路径中每条路径的输出功率、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的最大供电恢复容量、所述配电网的无功比例。

6.一种配电网黑启动方案生成***，其特征在于，包括：

电源确定模块，根据配电网中可用黑启动电源的输出特性与所述可用黑启动电源的容量确定目标黑启动电源；

路径确定模块，根据所述配电网中的可用设备确定多个配电网路径；

路径搜索模块，根据所述目标黑启动电源的带负载能力与约束参数从所述多个配电网路径中搜索出可行的配电网路径；

建立模块，依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。

7.根据权利要求6所述的配电网黑启动方案生成***，其特征在于，还包括：

校验模块，根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个设备进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网，其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：

所述设备对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。

8.根据权利要求6所述的配电网黑启动方案生成***，其特征在于，所述电源确定模块具体用于：

选择具有自启动能力的电源作为所述可用黑启动电源，根据所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率和/或所述母线电压的输出波形的总谐波畸变率对所述可用黑启动电源进行筛选，并根据所述可用黑启动电源的容量从筛选出的所述可用黑启动电源中确定出所述目标黑启动电源。

9.根据权利要求6所述的配电网黑启动方案生成***，其特征在于，

所述可用设备包括：第一电源、第二电源、第一负荷和第二负荷，以及，

所述约束参数包括：所述配电网的母线的供电恢复时间、所述第一电源的供电恢复时间、所述第二电源的供电恢复时间、所述第一负荷的供电恢复时间以及所述第二负荷的供电恢复时间，以及

所述路径确定模块具体用于：

根据所述可用设备中所述第一电源的数量、所述第二电源的数量、所述第一负荷的数量和/或所述第二负荷的数量确定出所述多个配电网路径。

10.根据权利要求6至9中任一项所述配电网黑启动方案生成***，其特征在于，

所述评定参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网对应的有功平衡比例、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中所述可行的配电网路径中每条路径的输出功率、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的最大供电恢复容量、所述配电网的无功比例。