含分布式電源的配電網(wǎng)故障定位及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)分析

張文龍

摘要：隨著分布式發(fā)電和配電網(wǎng)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)中接入的中、低壓分布式電源與日俱增。配電網(wǎng)量大面廣、故障率較發(fā)、輸、變電環(huán)節(jié)更高，在配電網(wǎng)發(fā)生故障后，如何快速進行故障定位，并充分利用分布式電源恢復(fù)非故障區(qū)域供電已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注。含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)分析十分重要，關(guān)乎到用戶的用電質(zhì)量和用電安全，本文對此進行了討論。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電;智能配電網(wǎng);故障定位

引言：綠水青山就是金山銀山。我國高度重視綠色、清潔能源的接入。張北風(fēng)電基地等綠色能源潛力巨大，但也遠離負荷中心，面臨著大容量、遠距離外送問題。分布式發(fā)電能夠因地制宜，選用更具經(jīng)濟性、有效性的能源，降低電網(wǎng)配置成本。配電網(wǎng)發(fā)生故障后，充分利用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等手段，可以進一步減小停電范圍和停電時間，提高新能源利用率和供電可靠性。

文獻[1]根據(jù)凸優(yōu)化理論，提出了一種考慮光伏和風(fēng)電的配電網(wǎng)重構(gòu)方法。文獻[2]提出了一種考慮開關(guān)操作順序優(yōu)化的方法。文獻[3]提出一種考慮網(wǎng)絡(luò)抗毀能力的多目標(biāo)重構(gòu)方法。文獻[4]提出了一種考慮安全性的雙重優(yōu)化方法。文獻[5]提出了考慮配電網(wǎng)三相不平衡的優(yōu)化方法。本文結(jié)合目前多地區(qū)采用的南瑞配電自動化主站中的饋線自動化功能，對目前實際應(yīng)用的配電網(wǎng)故障定位和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法進行探討。

一、分布式發(fā)電的的定義及優(yōu)點

分布式發(fā)電是指在接近用電負荷的地方，在中、低壓電網(wǎng)中接入小型發(fā)電設(shè)備。分布發(fā)電的電源一般都是自然能源，包括太陽能、風(fēng)能等。太陽能發(fā)電又分為“光能-電能”轉(zhuǎn)換和“光能-熱能-機械能-電能”兩種模式。風(fēng)能發(fā)電是通過風(fēng)力機、發(fā)電機、控制裝置等組成的系統(tǒng)，將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。根據(jù)不同的氣候和地理特性，利用適宜的自然能源，不僅能夠減少傳統(tǒng)發(fā)電帶來的污染，而且可以節(jié)省配電網(wǎng)擴建成本，具有鋪設(shè)方便、安裝靈活、環(huán)保性高等特點，是未來配電網(wǎng)演變趨勢之一。

二、配電網(wǎng)故障定位和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

（一）分布式電源對智能配電故障定位的影響

配電線路中接入分布式電源（DG）后，線路中的潮流分布由原來的單向潮流轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向潮流。由于輸電網(wǎng)多聯(lián)絡(luò)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅強，且變電站10kV出線斷路器通常配有保護跳閘功能，配電線路的故障通常不會傳播至上級電網(wǎng)，因此，配電網(wǎng)故障自動定位問題沒有得到廣泛重視。如今，隨著人民日益增長的美好生活需要，國家電網(wǎng)公司提出“以客戶為中心，專業(yè)專注、持續(xù)改善”和“人民電業(yè)為人民”企業(yè)宗旨和定位，對配電網(wǎng)的供電質(zhì)量提出更高要求。由于分布式電源配電網(wǎng)的構(gòu)造比較復(fù)雜，故障定位的難度大，容易導(dǎo)致繼電保護錯誤運行。因此如何準(zhǔn)確地定位故障、隔離故障，合理利用分布式電源恢復(fù)供電值得行業(yè)關(guān)注。

（二）傳統(tǒng)電網(wǎng)故障定位和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

文獻[6]提出了一種故障分支區(qū)域搜索的電流方向判別法。對于多分支線路，判斷邏輯較為復(fù)雜。實際配電網(wǎng)多為輻射狀結(jié)構(gòu)。針對傳統(tǒng)單電源配電網(wǎng)，可根據(jù)拓撲關(guān)系，從電源點開始，根據(jù)拓撲順序，搜索自動化開關(guān)過流信息，故障區(qū)域通常位于最后一個出現(xiàn)過流信號的開關(guān)下游。

如圖1，S1、S2、S3為變電站，113、124、135為變電站出線斷路器，其余為配網(wǎng)開關(guān)，開關(guān)黑色實心為合位，白色空心為分位。事故發(fā)生時，斷路器113、配網(wǎng)A開閉所101、103保護動作，由于為單電源供電，可判斷故障區(qū)域位于“A開閉所103～B環(huán)網(wǎng)柜101”之間，斷開A開閉所103、B環(huán)網(wǎng)柜101隔離故障區(qū)域，合上B環(huán)網(wǎng)柜108或者C環(huán)網(wǎng)柜102恢復(fù)故障下游供電，合上113恢復(fù)上游供電。

（三）含分布式電源配電網(wǎng)故障定位和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

分布式電源的配電網(wǎng)具有閉環(huán)設(shè)計和開環(huán)運行的特性，因此配電網(wǎng)中包含著大量的分段開關(guān)和少數(shù)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。當(dāng)故障發(fā)生時，配電網(wǎng)的重構(gòu)就是通過改變這些開關(guān)的閉合，來改變拓撲結(jié)構(gòu)，將正常線路連接至非故障停電區(qū)域，來保證當(dāng)?shù)刎摵傻恼Ｓ秒?。在這個重構(gòu)過程中涉及了大量的不確定關(guān)系，比如線路運行狀態(tài)、負荷數(shù)量、線損大小等，是一個多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化問題。

配電網(wǎng)發(fā)生故障的時候，可允許有孤島運行能力的分布式電源在一定條件下對周圍供電，提高配電網(wǎng)的供電可靠性。當(dāng)無故障孤島內(nèi)的功率達到平衡時，可設(shè)置計劃孤島。由于DG系統(tǒng)輸出功率帶有不確定性，配電網(wǎng)的負荷具有波動性等特點，配電網(wǎng)中應(yīng)構(gòu)建可續(xù)的儲能系統(tǒng)和頻率可控的控制方式[7]。

恢復(fù)供電時，優(yōu)先選擇主電網(wǎng)電源，主網(wǎng)電源不足時，考慮分布式電源恢復(fù)供電。當(dāng)有多個分布式電源都有恢復(fù)供電能力時，可以考慮對分布式電源進行分類，按照不同分類進行排序：具備黑啟動能力的DG優(yōu)先恢復(fù)，或者優(yōu)先恢復(fù)電源容量大的電源，保證分布式電源運行的穩(wěn)定性。啟動第一個分布式電源后，逐一恢復(fù)負荷，當(dāng)恢復(fù)負荷大小與已啟動的分布式電源負載能力相近后，再按順序啟動下一個分布式電源。

如圖2，含分布式電源的配電線路中有雙向潮流，需結(jié)合電流方向來判定故障區(qū)域，但方向保護設(shè)備成本高，因此含分布式電源的配電網(wǎng)故障定位問題需進一步研究。S1變電站113和A開閉所101開關(guān)之間發(fā)生故障，且C環(huán)網(wǎng)柜102開關(guān)處于“檢修”狀態(tài)，無法進行負荷轉(zhuǎn)供，如果僅靠B環(huán)網(wǎng)柜108開關(guān)可能無法轉(zhuǎn)供全部非故障區(qū)域負荷，此時可考慮分布式電源DG來帶部分負荷。

結(jié)論：充分利用分布式電源符合我國新能源戰(zhàn)略，但由于含分布式電源配電網(wǎng)的特殊性，故障定位的難度也比較大，如何更準(zhǔn)確、更經(jīng)濟地實現(xiàn)故障區(qū)域自動定位，并給出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的最優(yōu)方法，值得進一步研究。

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