1研究背景

分布式能源(DER)的大量接入不僅改變了傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的潮流分布，對于傳統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)及配電自動化系統(tǒng)也帶來了挑戰(zhàn)。當配電網故障發(fā)生時，DER將向故障點提供短路電流，這將導致配電網輻射狀供電運行和故障電流分布特性發(fā)生改變。本文針對分布式電源接入配電網位置及過流保護配置關系的不同進行短路電流情況分析后，得到在各種情況下過流保護都將發(fā)生誤動或拒動，降低供電可靠性。因此，本文提出一種基于同步采樣的分布式縱差方法來滿足含DER的配電網饋線自動化需求。

2基本原理

2.1 如何構建基于電流縱聯差動的含分布式電源故障判據方法?

通過將線路兩端甚至多端同一時刻電流幅值I1、I2及對應相角q1、q2，通過如下邏輯進行故障定位判斷：①判斷出口開關是否有故障過流信號，如有則保護動作跳閘，啟動本算法進行故障區(qū)域判斷。此時出口開關與相鄰開關進行通信，傳遞電流波形及過流信號。②判斷本側及對側開關是否都過流，若是則下一步;若一側過流一側不過流則故障就在本區(qū)域內，開關斷開;若兩側都不過流則故障不在本區(qū)域，尋找相鄰開關。③通過傳遞相鄰開關的故障前后電流波形，計算通過采樣獲取雙端內故障電流波形。若相位差，則故障在本區(qū)域內，d為實際誤差系數，否則尋找相鄰開關。④繼續(xù)搜索下級相鄰開關，重復過程②和③，直至找到故障區(qū)域，將該區(qū)段的開關全部斷開，算法停止，故障被隔離。

2.2 如何建立適用于主動配電網的分布式故障定位、隔離及供電恢復(FLISR)策略框架?

由于分布式電源接入配電網時需要配備孤島保護，因此在故障發(fā)生時可能有如下3種情況發(fā)生：

(1)所有DER的孤島保護都沒有啟動。

(2)部分DER的孤島保護進行啟動。

(3)所有DER的孤島保護都啟動。

上述3種情況從孤島保護在故障時是否啟動來判斷分布式電源是否在故障時提供短路電流，同時一些分布式電源的自身容量較小或者類似光伏發(fā)電晚上運行時出力較小。因此，此時發(fā)生故障僅能提供較小短路電流甚至基本無法提供短路電流，這將導致無法檢測到過流信號。針對上述情況，特別是在短路故障無法提供短路電流的情況，可以與上述三種情況中的(2)和(3)相對應，即認為此時分布式電源的孤島保護啟動，該分布式電源將無法提供短路電流。假如整個配電系統(tǒng)中都是此類型的分布式電源，則可以認為該配電系統(tǒng)即是上述情況(3);當整個配電系統(tǒng)中僅有部分是此類型分布式電源，則可以認為該配電系統(tǒng)即是上述情況(2);當整個配電系統(tǒng)中沒有此類型的分布式電源，則可以認為該配電系統(tǒng)即是上述情況(1)。三種情況下具體的FLISR策略詳見文章。

2.3 如何構建適用于主動配電網的故障恢復方法?

在多聯絡、多分段的多電源配電網接線模式下，根據本文提出的分布式處理方法，當一條饋線出口開關由于故障跳開后，該出口開關的下游開關將發(fā)出故障信號，并通過對等通信的方式與相鄰開關進行通信校驗尋找聯絡開關。此時該饋線區(qū)域的負荷將全部由另一條饋線供電。如果此時供電饋線的供電能力小于失電區(qū)域的負荷與該區(qū)域內DER的容量差，即將DER假設為負負荷，計算在此區(qū)間內負荷是否能滿足其剩余帶載供電能力。如果滿足，則繼續(xù)以下游開關進行遞歸計算直至不能滿足為止。然后，將不能滿足處的開關設置為斷開的新聯絡開關，使下游待供電區(qū)域重新進入文中提出算法的故障恢復階段進行計算，最終得出適用于主動配電網的故障恢復方案。

3仿真驗證

本文通過貴陽863示范區(qū)算例進行DIgSILENT仿真，具體算例示意如圖1所示。其中，故障點在聯絡開關3和負荷開關8之間，DER類型有儲能、光伏、風電、充電樁、水電和冷熱電三聯供等。

圖1 國家863主動配電網示范區(qū)示意圖

通過上述故障恢復方法，聯絡開關5和7將向相鄰開關依次遞歸計算剩余帶載能力是否能滿足停電區(qū)域負荷與DER容量差的停電負荷要求。

1)首先以計算聯絡開關7的剩余容量計算。假設其對側饋線剩余轉供能力能帶2個負荷，DER的容量均為0.15個負荷。通過與相鄰開關10進行對等通信，可知此時待恢復區(qū)域共有(4-0.15*6)=3.1個負荷容量，此時聯絡開關7對側饋線不能滿足完全轉供條件。

2)依次遞歸。首先與相鄰負荷開關10進行通信，計算聯絡開關7和負荷開關10區(qū)段內的負荷容量。如果負荷容量小于對側饋線剩余轉供容量，則將聯絡開關7閉合，將負荷開關10作為聯絡開關進行斷開，并將對側饋線剩余轉供容量與該區(qū)域內的負荷容量的差作為新的對側饋線剩余轉供容量，以此遞推可得表1中的結果。

3)如果算法無法繼續(xù)進行深度遞歸搜索，則得到通過聯絡開關7對側饋線實現的故障恢復方案。

4)最后可得到新聯絡開關為最后一次深度搜索成功的父節(jié)點，即負荷開關17。由于聯絡開關7對側饋線無法將全部失電區(qū)域進行恢復供電，聯絡開關5也將在新聯絡開關17網架下繼續(xù)啟動供電恢復算法，同理可得遞推結果如下表2所示。

5)算法深度遞歸搜索完成。聯絡開關5閉合，失電區(qū)域將全部得到恢復，得出含DER的智能分布式配電網供電恢復方案。