含分布式电源配电网的故障定位

翟正义，何建忠

(上海理工大学，上海 200082)



含分布式电源配电网的故障定位

翟正义，何建忠

(上海理工大学，上海 200082)

摘要:随着分布式发电的普及，为了保证分布式电源接入后保护装置能准确、快速地反应，必须对原有保护的配置做出适当的更新和调整，以确保用户安全用电。文中主要对分布式电源配电网的故障定位进行了研究。

关键词：分布式电源；配电网；故障定位

配电自动化是提高供电可靠性，实现高效配电、经济配电的重要手段。配电网故障定位是配电自动化的重要组成部分，对配电网故障定位的研究是当前的主要任务之一。只有快速可靠地对含分布式电源的电网故障进行准确的区间定位，才能从根本上保障电网安全，满足人民安全用电的需要。

1　分布式发电的类型

(1)太阳能发电

太阳能发电一般可分为热发电和光伏发电。太阳能热发电是指将所获取的太阳辐射转变成热能，然后运用相应的技术手段将热能转变成电能，或者通过汽轮机等热机来带动发电机旋转发电。

(2)生物质能发电

生物质能发电是指将生物质进行机械处理后作为燃料直接进行燃烧发电。生物质能发电还有一种发电方式是指将生物质气化，然后将这种可燃性气体作为内燃机的燃料，通过燃烧产生热能，再通过发电机转化为电能。

(3)风力发电

风能发电是将风的动力能转化为电能的一种技术，由风力机、发电机和控制装置等构成发电系统，在控制系统的运行机制下，风能通过风力机转化为机械能，而机械能则由发电机转化为电能。

2　分布式电源的故障特征

(1)电机类分布式电源

电机类分布式电源指的是通过同步发电机或异步发电机直接连接到配电网上的电源，通常小型水利发电等采用的是同步发电机直接并网，在并网点发生短路时，同步发电机输出的起始短路电流可达到额定电流的7倍左右。如果短路点距离分布式电源安装点较远，实际短路的电流会小一些。

(2)变流器类分布式电源

一般来说，燃料电池、光伏电池、储存装置等都是通过变电器并网的。变流器类分布式电源的限流特征取决于变流器的控制和保护策略。接入到配电网运行的变流器类电源基本上采用三相电压源变流器，其直流母线接收来自储能装置的直流电，经过连接电抗器的缓冲和滤波后接入配电网中。

3　分布式电源接入配电网的故障定位对策

(1)分布式电源接入配电网仿真分析

通过仿真软件对电力系统配电网模型进行分析，得出对短路电流调控的分析观测，对故障发生后保护机制如何运行进行正确分析，同时纵联方向保护可以加强配电网反馈线的敏捷保护，且不会受到输出功率的影响，对故障位置提供准确的定位。

(2)分布式电源接入配电网故障点不同位置的确立

a.DG下游区域出现故障时

分布式电源通过主线B接入整体配电网络，当BC段f1出现故障，可对馈线2的故障进行保护。f1为短路电流通过馈线2位于BC后的整体电流大小，I20设定为电流BC的数值，I21为f1点发生故障后BC的数值。

通过图1可以看出：在线路正常运行中，整体电流I20在配电网数值是不会改变的，但当反馈线2处在BC中f1点后引起的故障短路问题，经过的分布式电源接入电流会造成I21数值的攀高。对其位置2的保护电流也随之提高。结论表示了分布式电源对下游2的电流有提升的直接加速影响。最后要按照整个加速电流对线路2进行数值确定，同时对相关配电网保障配置进行调整和改变。

图1 DG下游f1点短路时配电网模型

b.DG上游区域出现故障时

图2中当分布式配电器通过主线连入整体配电网络后其AB出尾部的f2位置发生故障。根据在f2点产生的故障短路电流变化程度提出对其保护情况分析。根据图2呈现结果分析，其f2点处于短路馈线2处，并位于BC段，I20表示其正常状态下电流经过BC后数值[3]，而I21则表示为当故障发生时电力经过BC后电流值变化得出的数值。

图2 DG上游f2点短路时配电网模型表示

图2显示在配电网末尾发生故障后其I20数值会降低。结果证明了分布式电源对电网承担了电流的分担，并且也取代了原配置线路供电。当反馈线2中AB段位置f2出现故障后其I21数值开始出现0值，并在第二次接入启动改后变化为1622值。结果证明了分布式电源会通过主线C对其位置f2问题故障点进行电流的再次供给。同时对逆向电流提供位置2的保护，对位置2处安装的方向改变配置器有引起其位置误保护情况的发生，最后引起问题故障点电弧的切断，对重合开关的再次开启造成失效。对接入后AC从单侧电源供电线路的保障转变为双向的线路运行，并在满足位置2的要求上失衡。同时i对BC位置新的保护器安置和新的方向器的调整都可以进行再次的电流保护设置，进而保护整体配电网络。

(3)保护方案仿真验证

图3 10kV含DG配电网模型

图3中AB段和BC段在反馈线1为架空位置，对其数值定义为x1=0.341 Ω/km，r1=0.249 Ω/km；CD段与DE段参数为r1=0.258 Ω/km，x1=0.092 Ω/km；线路AB段、BC段、CD段和DE段等于2 km、2 km、7 km和14 km。

根据设定的仿真模型规定进行判定得出，在分布式电源的输出发生调整改变后，在BC段发生的故障问题会随着线路上AC段的方向纵联安装得到稳定的方向确定，并且当分布式电源处理方向与配电网发生作用变化是其出现问题的故障线路AC段，其会根据重合开关进行高速反应关闭，并在主线上配置的阻断开关进行重叠影响。如果发生的故障是即时性问题故障，会引起开关的第二次开启成功，让整体配电网络稳定运行。相反当问题故障为持久性时在位置2处重合开关开启，并切断整个问题线路进而判定为BC处线路问题故障。随后在CD段进行问题故障的二次反馈，当发现问题后对位置3处进行重合开关的关闭，阻断电流的输出。对DE段问题也如同BC段问题处理，对位置4进行阻断关闭保障其配电网络整体安全运作。

4　结　论

通过对分布式电源接入配电网后的故障定位分析，可以提高整体配电网络的安全和电流的稳定，保障配电网的稳定运行。

参考文献：

[1]赵勇帅. 含分布式电源的配电网可靠性评估模型研究[D].重庆：重庆大学,2013.

[2]张荣森. 含分布式电源的配电网故障定位技术及暂态稳定性研究[D].长沙：湖南大学,2013.

[3]洪小雨. 主动配电网故障恢复重构研究[D].北京：北京交通大学,2014.

沈庆河(1965-)男，山东济宁人，本科，高级工程师，从事输电线路及防污闪、电缆、带电作业技术方面研究。

刘辉(1986-)，男，山东威海人，硕士，工程师，主要从事输电线路状态评价、输变电设备防污闪研究。

张有平(1984-)，男，陕西宝鸡人，本科，工程师，从事变压器、GIS、电缆局部放电在线监测、带电检测研究。

胡晓黎(1967-)，女，山东潍坊人，本科，高级工程师，从事输电线路及防污闪、电缆、带电作业技术方面研究。

何建忠(1956-)，男，教授，研究方向为复杂工业过程的先进控制。

设计应用

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

中图分类号：TM732

文献标识码：A

文章编号：1009-3664(2015)02-0077-02

作者简介：翟正义(1990-)，男，山东临沂人，硕士研究生，主要研究方向为预测控制及其在工程上的应用。 刘嵘(1984-)，男，山东临邑人，硕士，工程师，从事输电线路及防污闪、电缆、带电作业技术方面研究。

收稿日期：2014-12-1 2014-11-18