含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位

翟正義，何建忠

(上海理工大學，上海 200082)

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含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位

翟正義，何建忠

(上海理工大學，上海 200082)

摘要:隨著分布式發(fā)電的普及，為了保證分布式電源接入后保護裝置能準確、快速地反應，必須對原有保護的配置做出適當?shù)母潞驼{(diào)整，以確保用戶安全用電。文中主要對分布式電源配電網(wǎng)的故障定位進行了研究。

關鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；故障定位

配電自動化是提高供電可靠性，實現(xiàn)高效配電、經(jīng)濟配電的重要手段。配電網(wǎng)故障定位是配電自動化的重要組成部分，對配電網(wǎng)故障定位的研究是當前的主要任務之一。只有快速可靠地對含分布式電源的電網(wǎng)故障進行準確的區(qū)間定位，才能從根本上保障電網(wǎng)安全，滿足人民安全用電的需要。

1　分布式發(fā)電的類型

(1)太陽能發(fā)電

太陽能發(fā)電一般可分為熱發(fā)電和光伏發(fā)電。太陽能熱發(fā)電是指將所獲取的太陽輻射轉(zhuǎn)變成熱能，然后運用相應的技術手段將熱能轉(zhuǎn)變成電能，或者通過汽輪機等熱機來帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。

(2)生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)能發(fā)電是指將生物質(zhì)進行機械處理后作為燃料直接進行燃燒發(fā)電。生物質(zhì)能發(fā)電還有一種發(fā)電方式是指將生物質(zhì)氣化，然后將這種可燃性氣體作為內(nèi)燃機的燃料，通過燃燒產(chǎn)生熱能，再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。

(3)風力發(fā)電

風能發(fā)電是將風的動力能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術，由風力機、發(fā)電機和控制裝置等構成發(fā)電系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的運行機制下，風能通過風力機轉(zhuǎn)化為機械能，而機械能則由發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。

2　分布式電源的故障特征

(1)電機類分布式電源

電機類分布式電源指的是通過同步發(fā)電機或異步發(fā)電機直接連接到配電網(wǎng)上的電源，通常小型水利發(fā)電等采用的是同步發(fā)電機直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)點發(fā)生短路時，同步發(fā)電機輸出的起始短路電流可達到額定電流的7倍左右。如果短路點距離分布式電源安裝點較遠，實際短路的電流會小一些。

(2)變流器類分布式電源

一般來說，燃料電池、光伏電池、儲存裝置等都是通過變電器并網(wǎng)的。變流器類分布式電源的限流特征取決于變流器的控制和保護策略。接入到配電網(wǎng)運行的變流器類電源基本上采用三相電壓源變流器，其直流母線接收來自儲能裝置的直流電，經(jīng)過連接電抗器的緩沖和濾波后接入配電網(wǎng)中。

3　分布式電源接入配電網(wǎng)的故障定位對策

(1)分布式電源接入配電網(wǎng)仿真分析

通過仿真軟件對電力系統(tǒng)配電網(wǎng)模型進行分析，得出對短路電流調(diào)控的分析觀測，對故障發(fā)生后保護機制如何運行進行正確分析，同時縱聯(lián)方向保護可以加強配電網(wǎng)反饋線的敏捷保護，且不會受到輸出功率的影響，對故障位置提供準確的定位。

(2)分布式電源接入配電網(wǎng)故障點不同位置的確立

a.DG下游區(qū)域出現(xiàn)故障時

分布式電源通過主線B接入整體配電網(wǎng)絡，當BC段f1出現(xiàn)故障，可對饋線2的故障進行保護。f1為短路電流通過饋線2位于BC后的整體電流大小，I20設定為電流BC的數(shù)值，I21為f1點發(fā)生故障后BC的數(shù)值。

通過圖1可以看出：在線路正常運行中，整體電流I20在配電網(wǎng)數(shù)值是不會改變的，但當反饋線2處在BC中f1點后引起的故障短路問題，經(jīng)過的分布式電源接入電流會造成I21數(shù)值的攀高。對其位置2的保護電流也隨之提高。結論表示了分布式電源對下游2的電流有提升的直接加速影響。最后要按照整個加速電流對線路2進行數(shù)值確定，同時對相關配電網(wǎng)保障配置進行調(diào)整和改變。

圖1 DG下游f1點短路時配電網(wǎng)模型

b.DG上游區(qū)域出現(xiàn)故障時

圖2中當分布式配電器通過主線連入整體配電網(wǎng)絡后其AB出尾部的f2位置發(fā)生故障。根據(jù)在f2點產(chǎn)生的故障短路電流變化程度提出對其保護情況分析。根據(jù)圖2呈現(xiàn)結果分析，其f2點處于短路饋線2處，并位于BC段，I20表示其正常狀態(tài)下電流經(jīng)過BC后數(shù)值[3]，而I21則表示為當故障發(fā)生時電力經(jīng)過BC后電流值變化得出的數(shù)值。

圖2 DG上游f2點短路時配電網(wǎng)模型表示

圖2顯示在配電網(wǎng)末尾發(fā)生故障后其I20數(shù)值會降低。結果證明了分布式電源對電網(wǎng)承擔了電流的分擔，并且也取代了原配置線路供電。當反饋線2中AB段位置f2出現(xiàn)故障后其I21數(shù)值開始出現(xiàn)0值，并在第二次接入啟動改后變化為1622值。結果證明了分布式電源會通過主線C對其位置f2問題故障點進行電流的再次供給。同時對逆向電流提供位置2的保護，對位置2處安裝的方向改變配置器有引起其位置誤保護情況的發(fā)生，最后引起問題故障點電弧的切斷，對重合開關的再次開啟造成失效。對接入后AC從單側電源供電線路的保障轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向的線路運行，并在滿足位置2的要求上失衡。同時i對BC位置新的保護器安置和新的方向器的調(diào)整都可以進行再次的電流保護設置，進而保護整體配電網(wǎng)絡。

(3)保護方案仿真驗證

圖3 10kV含DG配電網(wǎng)模型

圖3中AB段和BC段在反饋線1為架空位置，對其數(shù)值定義為x1=0.341 Ω/km，r1=0.249 Ω/km；CD段與DE段參數(shù)為r1=0.258 Ω/km，x1=0.092 Ω/km；線路AB段、BC段、CD段和DE段等于2 km、2 km、7 km和14 km。

根據(jù)設定的仿真模型規(guī)定進行判定得出，在分布式電源的輸出發(fā)生調(diào)整改變后，在BC段發(fā)生的故障問題會隨著線路上AC段的方向縱聯(lián)安裝得到穩(wěn)定的方向確定，并且當分布式電源處理方向與配電網(wǎng)發(fā)生作用變化是其出現(xiàn)問題的故障線路AC段，其會根據(jù)重合開關進行高速反應關閉，并在主線上配置的阻斷開關進行重疊影響。如果發(fā)生的故障是即時性問題故障，會引起開關的第二次開啟成功，讓整體配電網(wǎng)絡穩(wěn)定運行。相反當問題故障為持久性時在位置2處重合開關開啟，并切斷整個問題線路進而判定為BC處線路問題故障。隨后在CD段進行問題故障的二次反饋，當發(fā)現(xiàn)問題后對位置3處進行重合開關的關閉，阻斷電流的輸出。對DE段問題也如同BC段問題處理，對位置4進行阻斷關閉保障其配電網(wǎng)絡整體安全運作。

4　結　論

通過對分布式電源接入配電網(wǎng)后的故障定位分析，可以提高整體配電網(wǎng)絡的安全和電流的穩(wěn)定，保障配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]趙勇帥. 含分布式電源的配電網(wǎng)可靠性評估模型研究[D].重慶：重慶大學,2013.

[2]張榮森. 含分布式電源的配電網(wǎng)故障定位技術及暫態(tài)穩(wěn)定性研究[D].長沙：湖南大學,2013.

[3]洪小雨. 主動配電網(wǎng)故障恢復重構研究[D].北京：北京交通大學,2014.

沈慶河(1965-)男，山東濟寧人，本科，高級工程師，從事輸電線路及防污閃、電纜、帶電作業(yè)技術方面研究。

劉輝(1986-)，男，山東威海人，碩士，工程師，主要從事輸電線路狀態(tài)評價、輸變電設備防污閃研究。

張有平(1984-)，男，陜西寶雞人，本科，工程師，從事變壓器、GIS、電纜局部放電在線監(jiān)測、帶電檢測研究。

胡曉黎(1967-)，女，山東濰坊人，本科，高級工程師，從事輸電線路及防污閃、電纜、帶電作業(yè)技術方面研究。

何建忠(1956-)，男，教授，研究方向為復雜工業(yè)過程的先進控制。

設計應用

Fault Location for Distribution Network with Distributed Generations

ZHAI Zheng-yi, HE Jian-zhong

(University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200082, China)

Abstract:With the popularity of distributed generation, to guarantee accurate and rapid action of protection device after the distributed power supply is connected to the grid, appropriate updates and adjustments must be made to the original protection configuration in order to provide safe electricity for user. This article mainly focuses on the research on fault location for distribution network with distributed generation.

Key words:distributed generation; distribution network; fault location

中圖分類號：TM732

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0077-02

作者簡介：翟正義(1990-)，男，山東臨沂人，碩士研究生，主要研究方向為預測控制及其在工程上的應用。 劉嶸(1984-)，男，山東臨邑人，碩士，工程師，從事輸電線路及防污閃、電纜、帶電作業(yè)技術方面研究。

收稿日期：2014-12-1 2014-11-18