含分布式电源的配电网故障定位及网络重构分析

张文龙

摘要：随着分布式发电和配电网自动化技术的不断发展，配电网中接入的中、低压分布式电源与日俱增。配电网量大面广、故障率较发、输、变电环节更高，在配电网发生故障后，如何快速进行故障定位，并充分利用分布式电源恢复非故障区域供电已经引起越来越多的关注。含分布式电源配电网的故障定位和网络重构分析十分重要，关乎到用户的用电质量和用电安全，本文对此进行了讨论。

关键词：分布式发电;智能配电网;故障定位

引言：绿水青山就是金山银山。我国高度重视绿色、清洁能源的接入。张北风电基地等绿色能源潜力巨大，但也远离负荷中心，面临着大容量、远距离外送问题。分布式发电能够因地制宜，选用更具经济性、有效性的能源，降低电网配置成本。配电网发生故障后，充分利用网络重构等手段，可以进一步减小停电范围和停电时间，提高新能源利用率和供电可靠性。

文献[1]根据凸优化理论，提出了一种考虑光伏和风电的配电网重构方法。文献[2]提出了一种考虑开关操作顺序优化的方法。文献[3]提出一种考虑网络抗毁能力的多目标重构方法。文献[4]提出了一种考虑安全性的双重优化方法。文献[5]提出了考虑配电网三相不平衡的优化方法。本文结合目前多地区采用的南瑞配电自动化主站中的馈线自动化功能，对目前实际应用的配电网故障定位和网络重构方法进行探讨。

一、分布式发电的的定义及优点

分布式发电是指在接近用电负荷的地方，在中、低压电网中接入小型发电设备。分布发电的电源一般都是自然能源，包括太阳能、风能等。太阳能发电又分为“光能-电能”转换和“光能-热能-机械能-电能”两种模式。风能发电是通过风力机、发电机、控制装置等组成的系统，将风的动能转化为电能的技术。根据不同的气候和地理特性，利用适宜的自然能源，不仅能够减少传统发电带来的污染，而且可以节省配电网扩建成本，具有铺设方便、安装灵活、环保性高等特点，是未来配电网演变趋势之一。

二、配电网故障定位和网络重构

（一）分布式电源对智能配电故障定位的影响

配电线路中接入分布式电源（DG）后，线路中的潮流分布由原来的单向潮流转变为双向潮流。由于输电网多联络，网架结构坚强，且变电站10kV出线断路器通常配有保护跳闸功能，配电线路的故障通常不会传播至上级电网，因此，配电网故障自动定位问题没有得到广泛重视。如今，随着人民日益增长的美好生活需要，国家电网公司提出“以客户为中心，专业专注、持续改善”和“人民电业为人民”企业宗旨和定位，对配电网的供电质量提出更高要求。由于分布式电源配电网的构造比较复杂，故障定位的难度大，容易导致继电保护错误运行。因此如何准确地定位故障、隔离故障，合理利用分布式电源恢复供电值得行业关注。

（二）传统电网故障定位和网络重构

文献[6]提出了一种故障分支区域搜索的电流方向判别法。对于多分支线路，判断逻辑较为复杂。实际配电网多为辐射状结构。针对传统单电源配电网，可根据拓扑关系，从电源点开始，根据拓扑顺序，搜索自动化开关过流信息，故障区域通常位于最后一个出现过流信号的开关下游。

如图1，S1、S2、S3为变电站，113、124、135为变电站出线断路器，其余为配网开关，开关黑色实心为合位，白色空心为分位。事故发生时，断路器113、配网A开闭所101、103保护动作，由于为单电源供电，可判断故障区域位于“A开闭所103～B环网柜101”之间，断开A开闭所103、B环网柜101隔离故障区域，合上B环网柜108或者C环网柜102恢复故障下游供电，合上113恢复上游供电。

（三）含分布式电源配电网故障定位和网络重构

分布式电源的配电网具有闭环设计和开环运行的特性，因此配电网中包含着大量的分段开关和少数联络开关。当故障发生时，配电网的重构就是通过改变这些开关的闭合，来改变拓扑结构，将正常线路连接至非故障停电区域，来保证当地负荷的正常用电。在这个重构过程中涉及了大量的不确定关系，比如线路运行状态、负荷数量、线损大小等，是一个多目标、多约束的优化问题。

配电网发生故障的时候，可允许有孤岛运行能力的分布式电源在一定条件下对周围供电，提高配电网的供电可靠性。当无故障孤岛内的功率达到平衡时，可设置计划孤岛。由于DG系统输出功率带有不确定性，配电网的负荷具有波动性等特点，配电网中应构建可续的储能系统和频率可控的控制方式[7]。

恢复供电时，优先选择主电网电源，主网电源不足时，考虑分布式电源恢复供电。当有多个分布式电源都有恢复供电能力时，可以考虑对分布式电源进行分类，按照不同分类进行排序：具备黑启动能力的DG优先恢复，或者优先恢復电源容量大的电源，保证分布式电源运行的稳定性。启动第一个分布式电源后，逐一恢复负荷，当恢复负荷大小与已启动的分布式电源负载能力相近后，再按顺序启动下一个分布式电源。

如图2，含分布式电源的配电线路中有双向潮流，需结合电流方向来判定故障区域，但方向保护设备成本高，因此含分布式电源的配电网故障定位问题需进一步研究。S1变电站113和A开闭所101开关之间发生故障，且C环网柜102开关处于“检修”状态，无法进行负荷转供，如果仅靠B环网柜108开关可能无法转供全部非故障区域负荷，此时可考虑分布式电源DG来带部分负荷。

结论：充分利用分布式电源符合我国新能源战略，但由于含分布式电源配电网的特殊性，故障定位的难度也比较大，如何更准确、更经济地实现故障区域自动定位，并给出网络重构的最优方法，值得进一步研究。

参考文献：

[1]徐玉涛，谈竹奎.计及分布式电源接入的配电网重构[J].电测与仪表，2019，56（07）：89-93.

[2]朱嘉麒，朱炳铨.计及过程安全性的配电网重构开关顺序优化[J].电力自动化设备，2019，39（05）：37-42.

[3]李宴君，张章煌，陈玮.兼顾抗毁度的含风电配电网多目标重构[J].电力系统保护与控制，2019，47（04）：1-8.

[4]江钧，成乐祥，孙国强.考虑安全域的配电网重构二阶锥双层规划模型[J].电力系统保护与控制，2019，47（04）：9-16.

[5]吴在军，成晟，朱承治.三相不平衡有源配电网鲁棒动态重构[J].电力系统自动化，2019，43（05）：66-74.

[6]于毅，尹丽菊，申晋.改进整数规划的含分布式电源配电网故障定位[J].智慧电力，2020，48（03）：104-108+116.

[7]邰彬，王朋，赵伟.分布式电源网损约束下智能配电网故障定位方法研究[J].电子设计工程，2020，28（08）：145-149.