微電網對配電網自動重合閘的影響研究

楊思斯

摘要：在介紹微電網概念及傳統配電網結構以及其自動重合閘配置的基礎上，以包含微電網的配電系統為模型，詳細討論了瞬時故障和永久故障發生在微電網上游及相鄰線路時，對原有配電網重合閘裝置的影響，并提出了解決方案，為配電網接入微電網的重合閘裝置的方案設計提供了一定的理論依據。

關鍵詞：配電網 微電網 自動重合閘

中圖分類號：TM762.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0101-02

1 前言

微電網（Microgrid，MG）是一種由負荷和微型電源共同組成的系統，也是以一種更分散的方式調節分布式電源及與其相聯的負荷的電網體系，直接接在用戶側，它可同時提供電能和熱量。微電網的運行方式有兩種：并網運行和獨立運行，微電網的投入和退出對大電網可以起到削峰填谷的作用。并且，微電網可視為大電網中的一個可控單元，它可在數秒內動作，提高供電區域的供電可靠性、降低損耗、穩定電壓，還可以提供不間斷電源滿足用戶的特定需求，同時與大電網的互為備用，可以提高供電的可靠性。可是，盡管微電網的出現使得電力系統的運行更可靠和更經濟，但是，它的接入也給配電網帶來了影響。目前我國的中低壓配電網一般都是單側電源的輻射型網絡，10kV的線路大部分是屬于直接向用戶供電的終端線路，如圖1的1WL線路，由附近的35-220kV變電站的10kV母線送出，還有小部分的10kV線路的電能來自其它變電所的10kV母線，如3WL和4WL線路。與此同時，配電網的繼電保護也是按照單側電源輻射型網絡進行設計和整定的，一般配置傳統的三段式電流保護或者兩段式電流保護，并且由于配電網故障中絕大多數為瞬時性故障，因此，均配置了三相一次自動重合閘裝置，以保證線路在發生瞬時性故障后能迅速的恢復供電[1]。

2 微電網對配電網自動重合閘的影響分析

三相一次自動重合閘（Automatic reclosing，ARC）是在線路上發生任何故障，繼電保護裝置將三相斷路器斷開時，ARC起動，經一定的延時，發出重合閘脈沖，將三相斷路器一起合上。若為瞬時性故障，則重合成功，線路繼續運行，若為永久性故障，則繼電保護再次動作將三相斷路器斷開，不再重合。裝設重合閘裝置對提高線路供電可靠性、提高經濟效益十分明顯。根據運行資料統計，自動重合成功率可達70%～90%。在我國35kV以下的配電網一般采用前加速，即各鏈式線路只在電源端裝設一套公共的ARC裝置，如圖1分別在靠近電源側的線路1WL和2WL裝設ARC裝置。無論任何線段故障，均由靠近電源側的前加速保護首先無選擇性地瞬時動作跳閘，接著ARC動作進行三相一次重合閘，如線路故障是暫時性的，則重合成功，分不清是哪一回線路發生過故障；如故障是持續性的，則ARC后線路所有保護均恢復原有整定時限，利用動作時限實現有選擇性地切除故障。

微電網接入配電網后，可運行與從配電網吸收電能的負載狀態，也可以運行于向配電網輸送電能的電源狀態，下面分別從微電網在處于負荷狀態和電源狀態時對三相一次重合閘裝置的影響進行分析。

2.1 微電網運行于負載狀態

當MG處于負載狀態時將從配電網吸收功率，勢必會對線路的前加速保護造成影響。如果MG的容量較小時，其負荷電流不會使得保護動作，前加速保護的整定值仍然適用，不會誤動作[2]。但是當微電網的容量較大時，即使在正常情況下，MG也會從電網吸收較大功率的電能，導致接入點上游的線路過負荷，如圖1的2WL線路，當過載嚴重時，可能造成流經保護2的過負荷電流達到保護動作值，使前加速保護誤動作，造成大面積的停電事故。

2.2 MG處于電源狀態

當MG處于電源狀態接入配電線路后，配電線路從單側電源輻射型網絡變成雙側電源供電網絡，這使得網絡潮流發生變化，給重合閘帶來較大的影響。

2.2.1 當故障為瞬時故障時

在傳統配電網結構下，故障線路被迅速斷開后，故障點電弧即自行熄滅，周圍介質的絕緣強度重新恢復，這時重合閘動作，就能夠恢復正常供電，從而可以提高供電的可靠性。微電網接入后，在圖1中，當K2發生短路故障時，保護2動作跳閘，與此同時，由于MG處于電源狀態，在保證自身負荷的同時，會繼續對3WL和4WL線路供電，則在保護2跳閘和重合的期間，MG與負荷所形成的網絡持續運行，將于系統電源形成相角差，傳統單側電源配電線路重合閘并未配備檢同期重合，則保護2的重合閘動作將變成非同期合閘，產生的沖擊電流將可能使保護2再次跳閘，并對系統造成影響，使得重合閘失去提高供電可靠性的作用[3]。

當瞬時故障發生在MG接入點相鄰線路K1時，系統和MG同時對K1提供短路電流，保護1的靈敏性提高，使得保護1將瞬時動作切除故障并重合成功。但是MG提供的短路電流也會流過線路2WL，2WL線路保護1上也裝設了前加速重合閘，如果MG提供的短路電流足夠大，達到保護1的動作值，就有可能造成保護1重合閘裝置的誤動作。

2.2.2 當故障為永久故障時

在圖1中，當K2發生永久故障時，保護2動作跳閘，斷開系統電源，但是MG會持續向故障點提供短路電流，導致故障點電弧持續燃燒，線路絕緣擊穿，使故障范圍進一步擴大。若K1處發生永久性故障，因為是永久故障，保護1動作后會重合失敗，這時線路的保護將按照整定的動作時限依次進行動作，如果故障點在瞬時電流速斷的范圍外，即在延時保護使斷路器跳閘期間MG仍然會向K1提供短路電流，首先可能使得沿線絕緣被擊穿，造成事故擴大化，并有可能將引起保護2誤動作，擴大停電面積[4]。

3 對策分析

第一，從經濟性出發，希望繼續沿用原有的重合閘裝置和整定方案，這就需要盡量減少或避免MG帶來的影響。因此考慮在故障時，將微電網退出配電網，這樣在故障時將不會改變配電網的結構和潮流，對配電網的改動最小，也成本最低。但是這種方法需要考慮以下幾個問題：MG需要檢測到故障才能退出，這就要增加故障檢測單元，并且對故障檢測單元提出了比較高的要求；發生故障時，線路電壓降低，供電可靠性變差，電力系統本身希望運行于電源狀態的MG具有一定的低電壓穿越能力，提高系統的穩定性，MG在故障時提前退出，不僅會失去這種功能，甚至會加劇系統的不穩定；配電網故障較多為瞬時性故障，若MG在瞬時性故障時頻繁的切投，會加劇斷路器等設備的老化，也增加了MG重新并網的控制工作量[5]。并且保護需要在MG退出后再動作跳閘重合，這對保護和重合閘的速動性帶來了影響。

第二，MG接入后，改變了配電網故障時的短路電流的方向和大小，嚴重影響了重合閘原有的整定。因此考慮改變原有的配置方案來降低配電網接入所帶來的影響，可在微電網接入點上游裝設重合閘線路的另一側也裝設斷路器加重合閘裝置。故障時，兩側斷路器分別跳閘切除故障，之后分別檢定無電壓重合和檢定同步進行重合，即在故障線路跳閘后，其一側斷路器可在檢定線路無電壓情況下先重合；另一側斷路器則檢定頻率差在允許范圍時重合，采用這種方式來解決引入微電網后網絡變為雙側電源線路的問題。對于相鄰線路故障時，本線路重合閘可能誤動作的這一情況，可引入方向啟動判據，給微電網上游各重合閘加裝方向元件來判斷微電網提供的反向短路電流，一旦流過重合閘的短路電流是反向的，重合閘保護閉鎖[6]。采用這種方法，對原有重合閘的配置改動比較大，保護方案也比原有方案復雜很多。

第三，考慮現有良好的通信條件，采用多代理智能控制。將線路、微電網和斷路器等單元的模擬量以及開關量信息采集至智能終端首先進行最簡單的信息處理，再通過通信網絡將這些信息首先對終端信息進行分區分層后匯集到區域處理單元進行更多的信息處理，最后從區域處理單元將信息送至中央處理單元對這些信息進行綜合分析判斷，從整個網絡的角度進行全局分析調控，進行整體的控制。除在裝設重合閘的線路對側也加裝重合閘的保護裝置外，在其它線路裝設低周低壓解列裝置，發生故障時，控制中心對整個配電網進行整體判斷，控制中心作出正確判斷，決定各線路斷路器是否跳閘或重合。多代理控制動作的判斷不再單純地只依賴本地采集到的信息，通信網絡可以整合用于故障準確定位的各點信息，保護的整定不再受限于單一的標準，大大提高了動作判斷的靈活性和準確性。但構建通信網絡的成本同樣很高，同時在使用這種方法時，對以上所涉及到的一些問題，包括模型設計、信息處理方式、通信網絡構建等，都需要進行全面的考慮[7]。

4 結語

考慮微電網接入后對配電網重合閘的影響，進行對策分析，三個方案的原理不一樣，最終的所產生的成本及效果也不盡相同。在具體配電網重合閘設計時，可綜合考慮實際情況，針對實際配電網的結構、微電網的容量和接入點等信息的不同，有針對性的進行方案設計，實現最優的配電網重合閘前加速保護方案。

參考文獻

[1]蔡淵.含微電網的配電網系統結構及功能研究，2013，29（1）：35-39.

[2]連潔，楊炳元.含分布式電源的配電網保護改進方法[J].技術與應用，2010，10：49-52.

[3]周衛，張堯，等.分布式發電對配電網繼電保護的影響[J].電力系統保護與控制，2010，38（3）：1-5.

[4]劉森.含分布式電源的配電網保護研究[D].天津大學，2007.

[5]張連芹.微電網運行若干關鍵技術研究[D].上海交通大學，2013.

[6]劉林，李建兵，等.分布式發電對配電網繼電保護和重合閘的影響[J].四川電力技術，2011，34（1）：44-45.

[7]尚瑨，等.考慮分布式電源的配電網保護改進方案研究綜述[J].電力系統保護與控制，2012，40（24）：41-45.