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(xué)，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(xué)，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(hù)裝置能準(zhǔn)確、快速地反應(yīng)，必須對(duì)原有保護(hù)的配置做出適當(dāng)?shù)母潞驼{(diào)整，以確保用戶安全用電。文中主要對(duì)分布式電源配電網(wǎng)的故障定位進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；故障定位

配電自動(dòng)化是提高供電可靠性，實(shí)現(xiàn)高效配電、經(jīng)濟(jì)配電的重要手段。配電網(wǎng)故障定位是配電自動(dòng)化的重要組成部分，對(duì)配電網(wǎng)故障定位的研究是當(dāng)前的主要任務(wù)之一。只有快速可靠地對(duì)含分布式電源的電網(wǎng)故障進(jìn)行準(zhǔn)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(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電一般可分為熱發(fā)電和光伏發(fā)電。太陽(yáng)能熱發(fā)電是指將所獲取的太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)變成熱能，然后運(yùn)用相應(yīng)的技術(shù)手段將熱能轉(zhuǎn)變成電能，或者通過(guò)汽輪機(jī)等熱機(jī)來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(jìn)行機(jī)械處理后作為燃料直接進(jìn)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(jī)的燃料，通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。

(3)風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)能發(fā)電是將風(fēng)的動(dòng)力能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)，由風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制裝置等構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制下，風(fēng)能通過(guò)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而機(jī)械能則由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。

2　分布式電源的故障特征

(1)電機(jī)類分布式電源

電機(jī)類分布式電源指的是通過(guò)同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)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(jī)直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，同步發(fā)電機(jī)輸出的起始短路電流可達(dá)到額定電流的7倍左右。如果短路點(diǎn)距離分布式電源安裝點(diǎn)較遠(yuǎn)，實(shí)際短路的電流會(huì)小一些。

(2)變流器類分布式電源

一般來(lái)說(shuō)，燃料電池、光伏電池、儲(chǔ)存裝置等都是通過(guò)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(hù)策略。接入到配電網(wǎng)運(yùn)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(lái)自儲(chǔ)能裝置的直流電，經(jīng)過(guò)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(duì)策

(1)分布式電源接入配電網(wǎng)仿真分析

通過(guò)仿真軟件對(duì)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)模型進(jìn)行分析，得出對(duì)短路電流調(diào)控的分析觀測(cè)，對(duì)故障發(fā)生后保護(hù)機(jī)制如何運(yùn)行進(jìn)行正確分析，同時(shí)縱聯(lián)方向保護(hù)可以加強(qiáng)配電網(wǎng)反饋線的敏捷保護(hù)，且不會(huì)受到輸出功率的影響，對(duì)故障位置提供準(zhǔn)確的定位。

(2)分布式電源接入配電網(wǎng)故障點(diǎn)不同位置的確立

a.DG下游區(qū)域出現(xiàn)故障時(shí)

分布式電源通過(guò)主線B接入整體配電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)BC段f1出現(xiàn)故障，可對(duì)饋線2的故障進(jìn)行保護(hù)。f1為短路電流通過(guò)饋線2位于BC后的整體電流大小，I20設(shè)定為電流BC的數(shù)值，I21為f1點(diǎn)發(fā)生故障后BC的數(shù)值。

通過(guò)圖1可以看出：在線路正常運(yùn)行中，整體電流I20在配電網(wǎng)數(shù)值是不會(huì)改變的，但當(dāng)反饋線2處在BC中f1點(diǎn)后引起的故障短路問(wèn)題，經(jīng)過(guò)的分布式電源接入電流會(huì)造成I21數(shù)值的攀高。對(duì)其位置2的保護(hù)電流也隨之提高。結(jié)論表示了分布式電源對(duì)下游2的電流有提升的直接加速影響。最后要按照整個(gè)加速電流對(duì)線路2進(jìn)行數(shù)值確定，同時(shí)對(duì)相關(guān)配電網(wǎng)保障配置進(jìn)行調(diào)整和改變。

圖1 DG下游f1點(diǎn)短路時(shí)配電網(wǎng)模型

b.DG上游區(qū)域出現(xiàn)故障時(shí)

圖2中當(dāng)分布式配電器通過(guò)主線連入整體配電網(wǎng)絡(luò)后其AB出尾部的f2位置發(fā)生故障。根據(jù)在f2點(diǎn)產(chǎn)生的故障短路電流變化程度提出對(duì)其保護(hù)情況分析。根據(jù)圖2呈現(xiàn)結(jié)果分析，其f2點(diǎn)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(guò)BC后數(shù)值[3]，而I21則表示為當(dāng)故障發(fā)生時(shí)電力經(jīng)過(guò)BC后電流值變化得出的數(shù)值。

圖2 DG上游f2點(diǎn)短路時(shí)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(huì)降低。結(jié)果證明了分布式電源對(duì)電網(wǎng)承擔(dān)了電流的分擔(dān)，并且也取代了原配置線路供電。當(dāng)反饋線2中AB段位置f2出現(xiàn)故障后其I21數(shù)值開(kāi)始出現(xiàn)0值，并在第二次接入啟動(dòng)改后變化為1622值。結(jié)果證明了分布式電源會(huì)通過(guò)主線C對(duì)其位置f2問(wèn)題故障點(diǎn)進(jìn)行電流的再次供給。同時(shí)對(duì)逆向電流提供位置2的保護(hù)，對(duì)位置2處安裝的方向改變配置器有引起其位置誤保護(hù)情況的發(fā)生，最后引起問(wèn)題故障點(diǎn)電弧的切斷，對(duì)重合開(kāi)關(guān)的再次開(kāi)啟造成失效。對(duì)接入后AC從單側(cè)電源供電線路的保障轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向的線路運(yùn)行，并在滿足位置2的要求上失衡。同時(shí)i對(duì)BC位置新的保護(hù)器安置和新的方向器的調(diào)整都可以進(jìn)行再次的電流保護(hù)設(shè)置，進(jìn)而保護(hù)整體配電網(wǎng)絡(luò)。

(3)保護(hù)方案仿真驗(yàn)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(duì)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(shè)定的仿真模型規(guī)定進(jìn)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(wèn)題會(huì)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(dāng)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(wèn)題的故障線路AC段，其會(huì)根據(jù)重合開(kāi)關(guān)進(jìn)行高速反應(yīng)關(guān)閉，并在主線上配置的阻斷開(kāi)關(guān)進(jìn)行重疊影響。如果發(fā)生的故障是即時(shí)性問(wèn)題故障，會(huì)引起開(kāi)關(guān)的第二次開(kāi)啟成功，讓整體配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。相反當(dāng)問(wèn)題故障為持久性時(shí)在位置2處重合開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，并切斷整個(gè)問(wèn)題線路進(jìn)而判定為BC處線路問(wèn)題故障。隨后在CD段進(jìn)行問(wèn)題故障的二次反饋，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后對(duì)位置3處進(jìn)行重合開(kāi)關(guān)的關(guān)閉，阻斷電流的輸出。對(duì)DE段問(wèn)題也如同BC段問(wèn)題處理，對(duì)位置4進(jìn)行阻斷關(guān)閉保障其配電網(wǎng)絡(luò)整體安全運(yùn)作。

4　結(jié)　論

通過(guò)對(duì)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(luò)的安全和電流的穩(wěn)定，保障配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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沈慶河(1965-)男，山東濟(jì)寧人，本科，高級(jí)工程師，從事輸電線路及防污閃、電纜、帶電作業(yè)技術(shù)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(píng)價(jià)、輸變電設(shè)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(cè)、帶電檢測(cè)研究。

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

何建忠(1956-)，男，教授，研究方向?yàn)閺?fù)雜工業(yè)過(guò)程的先進(jìn)控制。

設(shè)計(jì)應(yīng)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(hào)：TM732

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3664(2015)02-0077-02

作者簡(jiǎn)介：翟正義(1990-)，男，山東臨沂人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)轭A(yù)測(cè)控制及其在工程上的應(yīng)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(shù)方面研究。

收稿日期：2014-12-1 2014-11-18