楊思斯

摘要：在介紹微電網(wǎng)概念及傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及其自動重合閘配置的基礎(chǔ)上，以包含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)為模型，詳細討論了瞬時故障和永久故障發(fā)生在微電網(wǎng)上游及相鄰線路時，對原有配電網(wǎng)重合閘裝置的影響，并提出了解決方案，為配電網(wǎng)接入微電網(wǎng)的重合閘裝置的方案設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 微電網(wǎng) 自動重合閘

中圖分類號：TM762.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0101-02

1 前言

微電網(wǎng)（Microgrid，MG）是一種由負荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，也是以一種更分散的方式調(diào)節(jié)分布式電源及與其相聯(lián)的負荷的電網(wǎng)體系，直接接在用戶側(cè)，它可同時提供電能和熱量。微電網(wǎng)的運行方式有兩種：并網(wǎng)運行和獨立運行，微電網(wǎng)的投入和退出對大電網(wǎng)可以起到削峰填谷的作用。并且，微電網(wǎng)可視為大電網(wǎng)中的一個可控單元，它可在數(shù)秒內(nèi)動作，提高供電區(qū)域的供電可靠性、降低損耗、穩(wěn)定電壓，還可以提供不間斷電源滿足用戶的特定需求，同時與大電網(wǎng)的互為備用，可以提高供電的可靠性?？墒牵M管微電網(wǎng)的出現(xiàn)使得電力系統(tǒng)的運行更可靠和更經(jīng)濟，但是，它的接入也給配電網(wǎng)帶來了影響。目前我國的中低壓配電網(wǎng)一般都是單側(cè)電源的輻射型網(wǎng)絡(luò)，10kV的線路大部分是屬于直接向用戶供電的終端線路，如圖1的1WL線路，由附近的35-220kV變電站的10kV母線送出，還有小部分的10kV線路的電能來自其它變電所的10kV母線，如3WL和4WL線路。與此同時，配電網(wǎng)的繼電保護也是按照單側(cè)電源輻射型網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計和整定的，一般配置傳統(tǒng)的三段式電流保護或者兩段式電流保護，并且由于配電網(wǎng)故障中絕大多數(shù)為瞬時性故障，因此，均配置了三相一次自動重合閘裝置，以保證線路在發(fā)生瞬時性故障后能迅速的恢復(fù)供電[1]。

2 微電網(wǎng)對配電網(wǎng)自動重合閘的影響分析

三相一次自動重合閘（Automatic reclosing，ARC）是在線路上發(fā)生任何故障，繼電保護裝置將三相斷路器斷開時，ARC起動，經(jīng)一定的延時，發(fā)出重合閘脈沖，將三相斷路器一起合上。若為瞬時性故障，則重合成功，線路繼續(xù)運行，若為永久性故障，則繼電保護再次動作將三相斷路器斷開，不再重合。裝設(shè)重合閘裝置對提高線路供電可靠性、提高經(jīng)濟效益十分明顯。根據(jù)運行資料統(tǒng)計，自動重合成功率可達70%～90%。在我國35kV以下的配電網(wǎng)一般采用前加速，即各鏈?zhǔn)骄€路只在電源端裝設(shè)一套公共的ARC裝置，如圖1分別在靠近電源側(cè)的線路1WL和2WL裝設(shè)ARC裝置。無論任何線段故障，均由靠近電源側(cè)的前加速保護首先無選擇性地瞬時動作跳閘，接著ARC動作進行三相一次重合閘，如線路故障是暫時性的，則重合成功，分不清是哪一回線路發(fā)生過故障；如故障是持續(xù)性的，則ARC后線路所有保護均恢復(fù)原有整定時限，利用動作時限實現(xiàn)有選擇性地切除故障。

微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)后，可運行與從配電網(wǎng)吸收電能的負載狀態(tài)，也可以運行于向配電網(wǎng)輸送電能的電源狀態(tài)，下面分別從微電網(wǎng)在處于負荷狀態(tài)和電源狀態(tài)時對三相一次重合閘裝置的影響進行分析。

2.1 微電網(wǎng)運行于負載狀態(tài)

當(dāng)MG處于負載狀態(tài)時將從配電網(wǎng)吸收功率，勢必會對線路的前加速保護造成影響。如果MG的容量較小時，其負荷電流不會使得保護動作，前加速保護的整定值仍然適用，不會誤動作[2]。但是當(dāng)微電網(wǎng)的容量較大時，即使在正常情況下，MG也會從電網(wǎng)吸收較大功率的電能，導(dǎo)致接入點上游的線路過負荷，如圖1的2WL線路，當(dāng)過載嚴(yán)重時，可能造成流經(jīng)保護2的過負荷電流達到保護動作值，使前加速保護誤動作，造成大面積的停電事故。

2.2 MG處于電源狀態(tài)

當(dāng)MG處于電源狀態(tài)接入配電線路后，配電線路從單側(cè)電源輻射型網(wǎng)絡(luò)變成雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)，這使得網(wǎng)絡(luò)潮流發(fā)生變化，給重合閘帶來較大的影響。

2.2.1 當(dāng)故障為瞬時故障時

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，故障線路被迅速斷開后，故障點電弧即自行熄滅，周圍介質(zhì)的絕緣強度重新恢復(fù)，這時重合閘動作，就能夠恢復(fù)正常供電，從而可以提高供電的可靠性。微電網(wǎng)接入后，在圖1中，當(dāng)K2發(fā)生短路故障時，保護2動作跳閘，與此同時，由于MG處于電源狀態(tài)，在保證自身負荷的同時，會繼續(xù)對3WL和4WL線路供電，則在保護2跳閘和重合的期間，MG與負荷所形成的網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運行，將于系統(tǒng)電源形成相角差，傳統(tǒng)單側(cè)電源配電線路重合閘并未配備檢同期重合，則保護2的重合閘動作將變成非同期合閘，產(chǎn)生的沖擊電流將可能使保護2再次跳閘，并對系統(tǒng)造成影響，使得重合閘失去提高供電可靠性的作用[3]。

當(dāng)瞬時故障發(fā)生在MG接入點相鄰線路K1時，系統(tǒng)和MG同時對K1提供短路電流，保護1的靈敏性提高，使得保護1將瞬時動作切除故障并重合成功。但是MG提供的短路電流也會流過線路2WL，2WL線路保護1上也裝設(shè)了前加速重合閘，如果MG提供的短路電流足夠大，達到保護1的動作值，就有可能造成保護1重合閘裝置的誤動作。

2.2.2 當(dāng)故障為永久故障時

在圖1中，當(dāng)K2發(fā)生永久故障時，保護2動作跳閘，斷開系統(tǒng)電源，但是MG會持續(xù)向故障點提供短路電流，導(dǎo)致故障點電弧持續(xù)燃燒，線路絕緣擊穿，使故障范圍進一步擴大。若K1處發(fā)生永久性故障，因為是永久故障，保護1動作后會重合失敗，這時線路的保護將按照整定的動作時限依次進行動作，如果故障點在瞬時電流速斷的范圍外，即在延時保護使斷路器跳閘期間MG仍然會向K1提供短路電流，首先可能使得沿線絕緣被擊穿，造成事故擴大化，并有可能將引起保護2誤動作，擴大停電面積[4]。

3 對策分析

第一，從經(jīng)濟性出發(fā)，希望繼續(xù)沿用原有的重合閘裝置和整定方案，這就需要盡量減少或避免MG帶來的影響。因此考慮在故障時，將微電網(wǎng)退出配電網(wǎng)，這樣在故障時將不會改變配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和潮流，對配電網(wǎng)的改動最小，也成本最低。但是這種方法需要考慮以下幾個問題：MG需要檢測到故障才能退出，這就要增加故障檢測單元，并且對故障檢測單元提出了比較高的要求；發(fā)生故障時，線路電壓降低，供電可靠性變差，電力系統(tǒng)本身希望運行于電源狀態(tài)的MG具有一定的低電壓穿越能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，MG在故障時提前退出，不僅會失去這種功能，甚至?xí)觿∠到y(tǒng)的不穩(wěn)定；配電網(wǎng)故障較多為瞬時性故障，若MG在瞬時性故障時頻繁的切投，會加劇斷路器等設(shè)備的老化，也增加了MG重新并網(wǎng)的控制工作量[5]。并且保護需要在MG退出后再動作跳閘重合，這對保護和重合閘的速動性帶來了影響。

第二，MG接入后，改變了配電網(wǎng)故障時的短路電流的方向和大小，嚴(yán)重影響了重合閘原有的整定。因此考慮改變原有的配置方案來降低配電網(wǎng)接入所帶來的影響，可在微電網(wǎng)接入點上游裝設(shè)重合閘線路的另一側(cè)也裝設(shè)斷路器加重合閘裝置。故障時，兩側(cè)斷路器分別跳閘切除故障，之后分別檢定無電壓重合和檢定同步進行重合，即在故障線路跳閘后，其一側(cè)斷路器可在檢定線路無電壓情況下先重合；另一側(cè)斷路器則檢定頻率差在允許范圍時重合，采用這種方式來解決引入微電網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p側(cè)電源線路的問題。對于相鄰線路故障時，本線路重合閘可能誤動作的這一情況，可引入方向啟動判據(jù)，給微電網(wǎng)上游各重合閘加裝方向元件來判斷微電網(wǎng)提供的反向短路電流，一旦流過重合閘的短路電流是反向的，重合閘保護閉鎖[6]。采用這種方法，對原有重合閘的配置改動比較大，保護方案也比原有方案復(fù)雜很多。

第三，考慮現(xiàn)有良好的通信條件，采用多代理智能控制。將線路、微電網(wǎng)和斷路器等單元的模擬量以及開關(guān)量信息采集至智能終端首先進行最簡單的信息處理，再通過通信網(wǎng)絡(luò)將這些信息首先對終端信息進行分區(qū)分層后匯集到區(qū)域處理單元進行更多的信息處理，最后從區(qū)域處理單元將信息送至中央處理單元對這些信息進行綜合分析判斷，從整個網(wǎng)絡(luò)的角度進行全局分析調(diào)控，進行整體的控制。除在裝設(shè)重合閘的線路對側(cè)也加裝重合閘的保護裝置外，在其它線路裝設(shè)低周低壓解列裝置，發(fā)生故障時，控制中心對整個配電網(wǎng)進行整體判斷，控制中心作出正確判斷，決定各線路斷路器是否跳閘或重合。多代理控制動作的判斷不再單純地只依賴本地采集到的信息，通信網(wǎng)絡(luò)可以整合用于故障準(zhǔn)確定位的各點信息，保護的整定不再受限于單一的標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了動作判斷的靈活性和準(zhǔn)確性。但構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)的成本同樣很高，同時在使用這種方法時，對以上所涉及到的一些問題，包括模型設(shè)計、信息處理方式、通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等，都需要進行全面的考慮[7]。

4 結(jié)語

考慮微電網(wǎng)接入后對配電網(wǎng)重合閘的影響，進行對策分析，三個方案的原理不一樣，最終的所產(chǎn)生的成本及效果也不盡相同。在具體配電網(wǎng)重合閘設(shè)計時，可綜合考慮實際情況，針對實際配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、微電網(wǎng)的容量和接入點等信息的不同，有針對性的進行方案設(shè)計，實現(xiàn)最優(yōu)的配電網(wǎng)重合閘前加速保護方案。

參考文獻

[1]蔡淵.含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能研究，2013，29（1）：35-39.

[2]連潔，楊炳元.含分布式電源的配電網(wǎng)保護改進方法[J].技術(shù)與應(yīng)用，2010，10：49-52.

[3]周衛(wèi)，張堯，等.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（3）：1-5.

[4]劉森.含分布式電源的配電網(wǎng)保護研究[D].天津大學(xué)，2007.

[5]張連芹.微電網(wǎng)運行若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2013.

[6]劉林，李建兵，等.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護和重合閘的影響[J].四川電力技術(shù)，2011，34（1）：44-45.

[7]尚瑨，等.考慮分布式電源的配電網(wǎng)保護改進方案研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40（24）：41-45.