含分布式電源的配電網故障定位及網絡重構分析

張文龍

摘要：隨著分布式發電和配電網自動化技術的不斷發展，配電網中接入的中、低壓分布式電源與日俱增。配電網量大面廣、故障率較發、輸、變電環節更高，在配電網發生故障后，如何快速進行故障定位，并充分利用分布式電源恢復非故障區域供電已經引起越來越多的關注。含分布式電源配電網的故障定位和網絡重構分析十分重要，關乎到用戶的用電質量和用電安全，本文對此進行了討論。

關鍵詞：分布式發電;智能配電網;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。分布式發電能夠因地制宜，選用更具經濟性、有效性的能源，降低電網配置成本。配電網發生故障后，充分利用網絡重構等手段，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]根據凸優化理論，提出了一種考慮光伏和風電的配電網重構方法。文獻[2]提出了一種考慮開關操作順序優化的方法。文獻[3]提出一種考慮網絡抗毀能力的多目標重構方法。文獻[4]提出了一種考慮安全性的雙重優化方法。文獻[5]提出了考慮配電網三相不平衡的優化方法。本文結合目前多地區采用的南瑞配電自動化主站中的饋線自動化功能，對目前實際應用的配電網故障定位和網絡重構方法進行探討。

一、分布式發電的的定義及優點

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

二、配電網故障定位和網絡重構

（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變為雙向潮流。由于輸電網多聯絡，網架結構堅強，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，因此，配電網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，國家電網公司提出“以客戶為中心，專業專注、持續改善”和“人民電業為人民”企業宗旨和定位，對配電網的供電質量提出更高要求。由于分布式電源配電網的構造比較復雜，故障定位的難度大，容易導致繼電保護錯誤運行。因此如何準確地定位故障、隔離故障，合理利用分布式電源恢復供電值得行業關注。

（二）傳統電網故障定位和網絡重構

文獻[6]提出了一種故障分支區域搜索的電流方向判別法。對于多分支線路，判斷邏輯較為復雜。實際配電網多為輻射狀結構。針對傳統單電源配電網，可根據拓撲關系，從電源點開始，根據拓撲順序，搜索自動化開關過流信息，故障區域通常位于最后一個出現過流信號的開關下游。

如圖1，S1、S2、S3為變電站，113、124、135為變電站出線斷路器，其余為配網開關，開關黑色實心為合位，白色空心為分位。事故發生時，斷路器113、配網A開閉所101、103保護動作，由于為單電源供電，可判斷故障區域位于“A開閉所103～B環網柜101”之間，斷開A開閉所103、B環網柜101隔離故障區域，合上B環網柜108或者C環網柜102恢復故障下游供電，合上113恢復上游供電。

（三）含分布式電源配電網故障定位和網絡重構

分布式電源的配電網具有閉環設計和開環運行的特性，因此配電網中包含著大量的分段開關和少數聯絡開關。當故障發生時，配電網的重構就是通過改變這些開關的閉合，來改變拓撲結構，將正常線路連接至非故障停電區域，來保證當地負荷的正常用電。在這個重構過程中涉及了大量的不確定關系，比如線路運行狀態、負荷數量、線損大小等，是一個多目標、多約束的優化問題。

配電網發生故障的時候，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，提高配電網的供電可靠性。當無故障孤島內的功率達到平衡時，可設置計劃孤島。由于DG系統輸出功率帶有不確定性，配電網的負荷具有波動性等特點，配電網中應構建可續的儲能系統和頻率可控的控制方式[7]。

恢復供電時，優先選擇主電網電源，主網電源不足時，考慮分布式電源恢復供電。當有多個分布式電源都有恢復供電能力時，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優先恢復，或者優先恢復電源容量大的電源，保證分布式電源運行的穩定性。啟動第一個分布式電源后，逐一恢復負荷，當恢復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，需結合電流方向來判定故障區域，但方向保護設備成本高，因此含分布式電源的配電網故障定位問題需進一步研究。S1變電站113和A開閉所101開關之間發生故障，且C環網柜102開關處于“檢修”狀態，無法進行負荷轉供，如果僅靠B環網柜108開關可能無法轉供全部非故障區域負荷，此時可考慮分布式電源DG來帶部分負荷。

結論：充分利用分布式電源符合我國新能源戰略，但由于含分布式電源配電網的特殊性，故障定位的難度也比較大，如何更準確、更經濟地實現故障區域自動定位，并給出網絡重構的最優方法，值得進一步研究。

參考文獻：

[1]徐玉濤，談竹奎.計及分布式電源接入的配電網重構[J].電測與儀表，2019，56（07）：89-93.

[2]朱嘉麒，朱炳銓.計及過程安全性的配電網重構開關順序優化[J].電力自動化設備，2019，39（05）：37-42.

[3]李宴君，張章煌，陳瑋.兼顧抗毀度的含風電配電網多目標重構[J].電力系統保護與控制，2019，47（04）：1-8.

[4]江鈞，成樂祥，孫國強.考慮安全域的配電網重構二階錐雙層規劃模型[J].電力系統保護與控制，2019，47（04）：9-16.

[5]吳在軍，成晟，朱承治.三相不平衡有源配電網魯棒動態重構[J].電力系統自動化，2019，43（05）：66-74.

[6]于毅，尹麗菊，申晉.改進整數規劃的含分布式電源配電網故障定位[J].智慧電力，2020，48（03）：104-108+116.

[7]邰彬，王朋，趙偉.分布式電源網損約束下智能配電網故障定位方法研究[J].電子設計工程，2020，28（08）：145-149.