王新健

（國(guó)網(wǎng)浙江臺(tái)州市路橋區(qū)供電有限公司）

0 引言

分布式電源指的是以再生能源作為發(fā)電能源的電源，具有容量小、分散就近、供電便捷、對(duì)環(huán)境影響較少等應(yīng)用特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在了部分地區(qū)的供電體系中。但是分布式電源的應(yīng)用改變了原有的配網(wǎng)體系，因此會(huì)對(duì)供電體系的運(yùn)行造成一定沖擊，尤其是在出現(xiàn)故障后，故障位置的電流和方向都會(huì)出現(xiàn)大幅度變化，進(jìn)而影響供電的安全性和穩(wěn)定性。

1 分布式電源在故障不同位置的值阻抗變化

1.1 分布式電源在故障上端的值阻抗變化

分布式電源在故障上端如圖1所示，故障位于CD位置處，在圖中，C點(diǎn)表示的是分布式電源?？紤]到無(wú)分布式電源接入后繼電器的保護(hù)性能，需要確保電流速斷保護(hù)動(dòng)作的選擇性，這表示B點(diǎn)的保護(hù)整定動(dòng)作電流需要超過(guò)C點(diǎn)最大短路電流，這樣當(dāng)CD位置出現(xiàn)故障之后，C點(diǎn)的保護(hù)整定動(dòng)作才能夠確保B點(diǎn)的保護(hù)整定動(dòng)作的順利進(jìn)行。

在此基礎(chǔ)上，在無(wú)分布式電源接入后，分布式電源（華為系統(tǒng)電源） 會(huì)向C點(diǎn)下端位置輸送電流，能夠得到如下公式：IB+IS=IC1+IS=IC2。當(dāng)CD位置出現(xiàn)故障之后，C2點(diǎn)檢測(cè)的短路電流不會(huì)受到無(wú)分布式電源的影響，能夠得到如下公式：I′B+I′S=I′C1+I′S=I′C2|I′B|＜|I′C2|。

此時(shí)，B點(diǎn)的保護(hù)整定動(dòng)作電流超過(guò)了C點(diǎn)的最大短路電流，表示BC作為非故障階段的電流沒(méi)有超過(guò)B點(diǎn)的保護(hù)整定動(dòng)作電流，因此應(yīng)用傳統(tǒng)的配網(wǎng)故障定位方式便能夠確定故障區(qū)域和非故障區(qū)域。

1.2 分布式電源在故障下端的值阻抗變化

分布式電源在故障下端如圖2所示，故障位于BC位置處，在圖中，C點(diǎn)表示的是分布式電源，線路AC為雙電源供電模式，其他線路為單電源供電模式。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)BC位置出現(xiàn)配網(wǎng)故障后，分布式電源會(huì)向故障位置輸送電流。但是對(duì)于B點(diǎn)來(lái)說(shuō)，只要BC位置出現(xiàn)配網(wǎng)故障，無(wú)論故障位置是在上端還是在下端，B點(diǎn)能夠檢測(cè)到的電壓、阻抗、電流都是由分布式電源提供的；這表示在發(fā)生配網(wǎng)故障后，分布式電源會(huì)向故障位置輸送電流這一操作并不會(huì)影響B(tài)點(diǎn)檢測(cè)到的電壓和電流數(shù)值?？偨Y(jié)起來(lái)便是，分布式電源接入之后，無(wú)論是否發(fā)生配網(wǎng)故障，B點(diǎn)檢測(cè)到的電壓、阻抗、電流數(shù)值都和沒(méi)有分布式電源接入之前相同，因此，在配網(wǎng)故障發(fā)生之后，B點(diǎn)的電壓會(huì)下降，電流會(huì)增加，從B點(diǎn)以下的配網(wǎng)線路，阻抗數(shù)值便會(huì)下降。

在此基礎(chǔ)上，設(shè)定ZDG為分布式電源的阻抗，當(dāng)分布式電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，用UC1、IC1表示BC位置中的C1測(cè)量到的電壓、電流數(shù)值，用U′C1、I′C1表示配網(wǎng)故障發(fā)生后BC位置中的C1測(cè)量到的電壓、電流數(shù)值。因此，配網(wǎng)故障發(fā)生前C1測(cè)量到的阻抗數(shù)值計(jì) 算 公 式 如 下： ZC1=UC1/IC1， Z′C1=U′C1/I′C1。

在BC位置配網(wǎng)故障發(fā)生前，由于分布式電源接入，線路BC為雙電源供電模式，結(jié)合疊加原理，C點(diǎn)測(cè)量到的電壓、電流數(shù)值要超過(guò)分布式電源接入前；在BC位置配網(wǎng)故障發(fā)生后，由于分布式電源的汲流特性，無(wú)論故障位置是在上端還是在下端，均能夠得到如下公式： |UC1|＞|U′C1|， |IC1|＜|I′C1|。此時(shí)，結(jié)合故障發(fā)生前后C點(diǎn)測(cè)量到的電壓、電流數(shù)值，能夠得到如下公式： |ZC1|＞|Z′C1|。

此時(shí)，由于配網(wǎng)故障的位置在C點(diǎn)上端，從C點(diǎn)以下的配網(wǎng)線路，線路CD、線路DE依然為單電源供電模式，但是檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的故障位置的阻抗與非故障位置的阻抗沒(méi)有明顯變化。

2 分布式電源接入下配網(wǎng)線路電壓電流仿真分析

2.1 分布式電源模型

一般的分布式電源可以等效為1個(gè)電壓源、1個(gè)阻抗的串聯(lián)模型，但是分布式電源阻抗值數(shù)值則和故障所處的階段有關(guān)（穩(wěn)態(tài)階段、暫態(tài)階段、次暫態(tài)階段）。逆變型的分布式電源應(yīng)用的并網(wǎng)方式需要借助電力電子裝置，因此不能用1個(gè)電壓源、1個(gè)阻抗的串聯(lián)模型來(lái)做等效處理。逆變型的分布式電源調(diào)節(jié)方式有3種，一般應(yīng)用的是恒功率調(diào)節(jié)方式，具體是通過(guò)調(diào)節(jié)電力電子裝置的輸出電流，來(lái)調(diào)節(jié)分布式電源的輸出有功功率和無(wú)功功率。

當(dāng)出現(xiàn)配網(wǎng)故障之后，某一個(gè)瞬間會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中，逆變型的分布式電源的輸出功率會(huì)突然變大，但是持續(xù)時(shí)間較短，這是因?yàn)槟孀冃偷姆植际诫娫吹妮敵龉β市枰谟泄β屎蜔o(wú)功功率之間轉(zhuǎn)換，這一過(guò)程結(jié)束后，逆變型的分布式電源的有功功率和無(wú)功功率便會(huì)保持穩(wěn)定。當(dāng)出現(xiàn)配網(wǎng)故障之后，分布式電源接入位置電壓會(huì)降低，因此分布式電源輸出的電流會(huì)增加，電壓會(huì)降低。

在上述分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)⒛孀冃偷姆植际诫娫崔D(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電流源，這樣電流源與逆變型的分布式電源的電流便能夠維持三相平衡狀態(tài)。為此，選擇將逆變型的分布式電源轉(zhuǎn)變?yōu)槭芸仉娏髟?，這是因?yàn)槭芸仉娏髟吹碾娏鳌⑾辔欢寄軌蜻M(jìn)行控制，這樣在出現(xiàn)配網(wǎng)故障之前，分布式電源的電流、電壓數(shù)值由配網(wǎng)潮流決定，此時(shí)逆變型的分布式電源的電壓和電流數(shù)值呈現(xiàn)為反比關(guān)系，即電流會(huì)隨著電壓的降低而增加。主要應(yīng)用的控制方式有如下兩種：相位控制，逆變型的分布式電源接入點(diǎn)的相位決定了初始相位，基于圖1和圖2，A、B、C三個(gè)相位之間相差120°，因此A相位相加120°便能夠得到B相位，A相位相減120°便能夠得到C相位；幅值控制，逆變型的分布式電源應(yīng)用的模型為恒功率控制模型，其容量為既定的，并且由Edg控制。

2.2 選擇仿真系統(tǒng)參數(shù)

在仿真參數(shù)選擇方面，選擇的是10kV配網(wǎng)體系，將分布式電源接入到配網(wǎng)中，配網(wǎng)的基準(zhǔn)電壓為10.5kV，基準(zhǔn)容量為500MVA，在最大功率運(yùn)行方式下的阻抗為0.091Ω，在最小功率運(yùn)行方式下的阻抗為0.004Ω，本次仿真設(shè)定配網(wǎng)體系在最大功率運(yùn)行方式下運(yùn)行。為了提高本次仿真測(cè)試的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，考慮到實(shí)際配網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，既選擇了架空線路（選擇應(yīng)用的是LGJ-120/25號(hào)線路，單位長(zhǎng)度阻抗值為0.27Ω），又選擇了電纜線路（單位長(zhǎng)度阻抗值為0.259Ω）。

2.3 分析仿真結(jié)果

設(shè)定配網(wǎng)故障位置為BC線路，故障類型為金屬性三相短路，配網(wǎng)體系在最大功率運(yùn)行方式下運(yùn)行，逆變型的分布式電源接入點(diǎn)為C點(diǎn)，分別測(cè)量不同故障條件下各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓和電流數(shù)值，故障條件分別有沒(méi)有故障、BC線路上端故障，BC線路下端故障，檢測(cè)點(diǎn)分別有DG線路的輸出電流、B點(diǎn)的電壓和電流、C1點(diǎn)的電壓和電流、C2點(diǎn)的電壓和電流、D點(diǎn)的電壓和電流。

通過(guò)不同故障條件下各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓和電流的仿真結(jié)果，能夠得到如下結(jié)論：對(duì)于非故障位置，無(wú)論故障位置是在上端還是在下端，故障發(fā)生前后的電壓都小于故障發(fā)生前的電壓，故障發(fā)生前后的電流都與故障發(fā)生前的電流沒(méi)有明顯變化；對(duì)于故障位置，當(dāng)故障位置是在上端時(shí)，分布式電源能夠提高C1、C2、D點(diǎn)的電壓，這與上文中進(jìn)行的理論分析結(jié)果一致。結(jié)合不同故障條件下各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓和電流仿真結(jié)果，能夠計(jì)算出不同故障條件下各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的阻抗仿真結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，能夠繪制不同故障條件下各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的阻抗仿真結(jié)果曲線圖。

通過(guò)不同故障條件下各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的阻抗的仿真結(jié)果，能夠得到如下結(jié)論：當(dāng)沒(méi)有配網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)，C點(diǎn)下端的CD線路等效阻抗沒(méi)有明顯變化，C點(diǎn)下端的BC線路等效阻抗會(huì)隨著布式電源輸出電流的增加而降低。當(dāng)BC線路位置出現(xiàn)配網(wǎng)故障之后，位于故障位置區(qū)間的B點(diǎn)和C1點(diǎn)的阻抗小于出現(xiàn)配網(wǎng)故障之前的阻抗；此時(shí)，非故障位置的C2點(diǎn)和D點(diǎn)的阻抗與出現(xiàn)配網(wǎng)故障之前的阻抗沒(méi)有明顯變化。

2.4 仿真結(jié)果總結(jié)

文章關(guān)于分布式電源接入下的配網(wǎng)故障定位的研究主要基于對(duì)分布式電源在故障不同位置的值阻抗變化的研究，并且進(jìn)行了仿真分析，得到了如下結(jié)論：當(dāng)分布式電源沒(méi)有接入前，BC線路出現(xiàn)三相短路故障之后，B點(diǎn)的電壓會(huì)下降，電流會(huì)增加，此時(shí)，B點(diǎn)下端線路的阻抗會(huì)降低，而C點(diǎn)下端的電壓、電流、阻抗則沒(méi)有變化；分布式電源接入對(duì)于配網(wǎng)并網(wǎng)的影響不大，當(dāng)分布式電源接入之后，如果處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓和電流會(huì)隨著分布式電源接的輸出電流的增加而增加。

3 結(jié)束語(yǔ)

分布式電源接入后會(huì)對(duì)原本的配網(wǎng)潮流分布結(jié)構(gòu)造成影響，具體是將原本的單電源樹狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硕嚯娫礃錉罱Y(jié)構(gòu)，在這種運(yùn)行模式下，配網(wǎng)故障的特征會(huì)出現(xiàn)不同，故障導(dǎo)致的電流電壓變化也會(huì)不同，并且不遵循以往電源接入模式下的故障規(guī)律，這些都會(huì)給配網(wǎng)故障的定位造成難度，因此，檢修人員需要采取針對(duì)有效的配網(wǎng)故障定位方式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)故障定位。