逆变型分布式电源接入配电网的故障分析方法研究

谷源

国网河南省电力公司舞阳县供电公司 河南漯河 462400

在电力能源系统内，低电压配电网扮演着很重要的角色，用户的电能质量大多由低电压配电网的运行状态决定。所以，我们要格外注重低电压配电网的运行状态，避免故障的发生，保障人民用电的安全性与质量性。目前，低压400V系统采用中性点直接接地的运行方式，其特点为：三相和单相负荷都能正常使用，且在三相负荷不平衡的情况下供电电压基本对称，保证了供电质量。这种运行方式下短路故障有三相短路、两相（及对地）短路，单相对地短路。两相（及对大地）、三相短路因短路时电流是通过电力线路构成回路，电力线路因本身阻抗很小，短路电流大，是变压器额定电流几倍或十几倍，系统的电流型保护正确动作切除故障线路。这两类短路故障因短路电流大，能量大，能把故障点烧炸开，肉眼巡视基本能明显看到。但是，单相对地、零线因回路阻抗较大，短路电流小，能量小，造成故障点不明显。目前配电网单相接地故障定位方法主要有注入信号法、阻抗法和行波法。由于配电网发生单相接地故障时，线路分支多，阻抗小导致故障信号本身非常微弱，难以识别，而且配电网线路分支多，结构复杂,一般多为树形拓扑结构，给故障测距带来了很大困难。为克服这一难题，介绍了可采用加装剩余电流保护或零序电流保护作单相接地故障保护，这样同时可以满足电气火灾防护的要求。提出了一种基于非侵入式的低压配电网短路故障定位方法，构建了低压配电网非侵入式短路故障识别系统，实现故障的粗略定位。本文在传统电路保护的基础上，分析低压对地故障的原理，研制出一套适合现场查找的故障快速定位装置，并在实际应用中获得了成功。

1 目标与优势

缩短设备维修时间是配电运维一体化管理主要目的，即在设备运行维护的同时，还要提高监管效率，第一时间发现错误并在短时间内进行维修，降低设备单项维修的时间损耗，能够提高设备维修效率，从而加强设备的维修安全性能。配电运维一体化，专业化管理的实施，最重要的体现是在机器设备出现故障时，能够有效减少维修时长。在经过这一流程时，不单单缩短了修理的时间，将维修的技术人员分工到具体工作中，从而减少了维修人员的检修工作量，简化了维修工作日程，通过提升工作人员的工作效率来让电力企业实现经济效益最大化[1]。

2 逆变型分布式电源接入配电网的故障分析方法研究

2.1 创建配电数据库，提高运检效率

为提高配电线路运行效率，建设配电线路时，需要创建配电系统数据库，数据库中涵盖了关键设备的位置和区域内配电线路布局等内容。以信息技术监控线路和设备运行状态，能够显著提高配电运行效率，与此同时，也可在分析大数据的过程中，掌握发生概率较高的线路故障及故障产生的主要原因，加大监控力度。工作人员在运检工作中应将该设备作为关键点，高度重视线路常见的故障以及发生故障的主要原因。在数据全面，功能稳定的数据库支持下，促进设备安全、平稳运行。再者，高水平的数据库也可优化区域内的供电配置，为线路平稳运行奠定坚实的基础。用电高峰期，配电管理系统也可自动开展限流管理活动，调整线路的运行状态，维护配电线路运行的稳定性。

2.2 故障定位思路

我们可根据电气特征有针对性地测量和快速查找故障点。经过实践，我们发现上述第1点的电气特征量测量比较麻烦，而且测量不准确。第2点的电气特征量虽然测量方便，但很难判断是三相负荷不平衡还是对接故障引起的，易误判断。第3点的电气特征量现场用钳形电流表直接测量就知道故障情况，而且能根据测量电流值大小来判断故障严重程度。综上所述，遇到供电异常，怀疑可能是对地故障时，到现场后的步骤如下。第一步：确定是否有对地故障。就是测量变压器接地引上线电流，农村综合变上做好必要技术措施后退出剩余电流保护后强送，让故障电流重现。这个电流很小，一般不大于1A；城镇公用变这个电流较大，一般小于5A。超过此值，应该有对地故障了。第二步：停电做测试准备。断开故障线路的开关、熔断器，做好停电措施，解开故障线路的零线，并将零线悬空。第三步：确认故障相别。把故障线路的三相和零线短接（不接地并悬空），从电源侧引一相电源（经过灯泡降压，安全考虑）至已短接的故障线路上，然后用钳型电流表分别测量A、B、C、N线（暂叫四相）上电流。农村综合变：这四根线上最大电流那一相为故障相，其他三相为通过负载与接地点形成回路的电流。城镇公用变：如果N相电流很小，说明此变压器零线无重复接地。这时就像综合变线路查故障一样。如果N相电流很大，说明此变压器零线有重复接地，先把重复接地查到并断开（参照第四步方法），然后看A、B、C三相中最大电流那一相为故障相。这样，故障相就已确认。第四步：确认故障电流流向。在确认的故障相上登杆用钳形电流表测量电流，电流值与在确认故障相别电流差不多的，说明故障点此杆后段（有支接时每个支接方向都要测量，搭接点为基准点）。用此方法来来不断换杆登杆测量，最终就能找到故障点[2]。

2.3 拓扑搜索方法

通过广度优先搜索（breadth-first search，BFS）与深度优先搜索（depth-first search，DFS）对配电网结构进行遍历。BFS从根节点开始搜索与之相连的节点，并对该层节点编号，以该层节点作为顶点继续搜索下一层子节点，逐层搜索，直至搜索完所有节点。DFS从根节点开始搜索，若有相邻边未搜索到，则沿该路径搜索。当节点所有边均搜索完毕，搜索回溯到发现该节点的那条边的起始点，直至搜索完根节点可达的所有节点。

2.4 加强运维人员的培训，提高运维人员的水平

配电运维工作者的技术水平，是实现配电运维一体化管理的基础，因此，电力配电企业需要充分了解运维人员的业务水准，继而采取相应的方法与措施来提高自身的技术水平，来提高配电运维工作的质量和效率。运维一体化后，每个人的工作内容都不是固定的，所以可能要对设备进行操作、维护和检查。因此，有必要对全体员工进行相应的知识培训，并请专业讲师讲解相应的知识，使全体员工掌握各项工作的重点，对突发情况及时做出应对措施，从而推动运维一体化专业化管理的实施。例如，工业企业可定期对配电运维人员进行培训和讲座，对其理论知识巩固和学习，提高对配电系统的控制。此外，还可以开展配电运维工作的模拟实践，以此检验和提高运行维护人员的实践能力。这样可以有效地提高运行维护人员的水平，并促进配电系统稳定运行[3]。

2.5 故障紧急恢复策略

在故障紧急恢复时，首先充分利用DG的供电能力，形成孤岛划分方案，并与主网协调控制，最终得到故障紧急恢复策略，具体流程如下：。步骤1：读取配电网数据，包括初始结构、支路阻抗、节点负荷类型等。步骤2：读取故障信息，断开故障支路。步骤3：输入故障时刻，确定相应时刻的优先恢复集Ft，Rload和可控负荷集Cload。步骤4：以含DG的节点为根节点，以该时刻DG出力值为最大搜索半径，采用BFS确定功率圆所包含的负荷，由此得到功率圆实际半径。若出现2个或多个孤岛交叉，则将其融合为一个孤岛。步骤5：判断Ft，Rload中负荷是否都已恢复，以未恢复的负荷作为根节点，采用DFS将其接入最近的DG节点。若负荷节点无法通过DG进行恢复，则不恢复该负荷。判断孤岛是否满足功率平衡约束，若满足，则转至步骤7，若不满足，则执行步骤6。步骤6：削减Cload，直至满足功率平衡约束执行步骤7。若所有Cload都已切除，仍无法满足功率平衡约束，则根据重要度等级进行切负荷操作，缩小孤岛范围；若满足功率平衡及其他约束条件，则执行步骤7，否则继续步骤6的切负荷操作，直至满足条件。步骤7：形成初步孤岛划分方案。步骤8：对初步孤岛内开关重新编码，更新配电网相关数据，利用主网与DG的协调控制，在保证步骤7方案中已恢复的负荷不断电的基础上，对配电网进行综合恢复，以提高负荷恢复量。步骤9：初始化改进BPSO算法参数。步骤10：种群初始化。步骤11：进行算法迭代寻优，更新粒子速度与位置，执行交叉、变异操作，计算适应度，直至到达最大迭代次数则停止迭代。步骤12：更新开关集合，得到紧急恢复方案。步骤13：按照紧急恢复策略对联络和分段开关进行相应开合操作。

2.6 积极应用智能化管理平台

现如今，信息技术得到完善，其也为配电线路智能化管理提供了强大的技术支持。为了保证配电线路运检管理效果，应充分利用智能管理平台，发挥智能管理平台的积极作用，从而加强配电线路管理有效性，缩短线路维修消耗的时间，显著提高线路维修的效率。不仅如此，合理利用运检管理平台也可为云计算和数据挖掘与无线数据传输等多项技术的综合运用奠定坚实的基础。其有利于人员第一时间发现故障，增强故障识别的快速性和精准性，以较短的时间处理线路故障，进而提升配电线路运行的稳定性，延长配电线路的寿命。

2.7 加强安全工作宣传，提高员工风险意识

在配电网系统的实际建设及施工过程中，施工单位和电力公司应加强安全工作的宣传，使企业和职工真正认识安全的重要性，树立安全第一的工作意识。同时，工业企业也需要制定有效的方式和措施，如在实际工作中设立安全奖项，可以调动施工单位中工作人员的积极性，充分重视安全的必要性，如果完成度较好可以给予未发生安全事故企业及个人予以奖励。此外，配电单位及施工公司还可以细化责任分工，明确工作操作标准，确保配电网建设的质量、安全及进度。

2.8 故障抢修策略

在紧急恢复之后，以抢修时间最短和社会经济损失最少为目标函数，由于故障抢修策略与紧急故障恢复不是同一类优化问题，故障抢修采用十进制编码方式，利用改进PSO算法得到最优故障抢修策略，调度抢修小队对配电网故障进行抢修。考虑在实际生产中，抢修小队对发生多重故障的片区进行分区管理，因此所提策略仅对某一片区的故障抢修进行研究。步骤1：读取优先恢复集Ft，Rload，若无未恢复负荷，执行步骤2；若存在未恢复负荷，按照Ft，Rload中未恢复负荷顺序，优先对相关支路进行抢修，Ft，Rload中所有负荷恢复完毕后执行步骤2。步骤2：更新配电网的网络数据，包括紧急恢复后的配电网结构、支路阻抗、节点负荷类型等；读取故障位置、对应所需抢修时间及故障节点间的车程距离。步骤3：初始化改进PSO算法。步骤4：计算粒子适应度值。分别计算故障抢修时间F1和社会经济损失F2。若当前位置为故障节点，则将抢修小队的位置更改为当前位置，累计F1和F2；若当前位置非故障节点，则不改变抢修小队位置，不累计F1和F2。步骤5：根据所计算的粒子适应度值，寻找个体极值和群体极值，对速度和位置进行更新。步骤6：执行交叉和变异操作，判断是否到达最大迭代次数，若是则执行步骤7，否则转至步骤4。步骤7：输出抢修方案，并按此方案对配电网进行抢修。

3 结语

从逆变型分布式电源的并网性质以及不脱网运行要求，结合逆变型分布式电源的控制策略以及逆变器本身的容量属性，其故障电流特性与传统同步发电机有很大的不同。在电网对称与不对称故障情况下，逆变型分布式电源均只输出正序电流。（inverter interfaced distributed generation，IIDG）的规模化接入，在配电网故障期间，IIDG因其固有故障属性，不能等同电源与阻抗串联的形式,本文提出的含IIDG的配电网故障分析方法，可以提高故障分析的精度，并可以推广到含多IIDG的配电网故障分析中。