分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)故障定位及電壓質(zhì)量的影響分析

劉健，張志華，黃煒，魏昊焜，3(．陜西電力科學(xué)研究院，西安市70054;．西安科技大學(xué)電控學(xué)院，西安市70054; 3．西安理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安市70048)

分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)故障定位及電壓質(zhì)量的影響分析

劉健1，張志華1，黃煒2，魏昊焜1，3
(1．陜西電力科學(xué)研究院，西安市710054;2．西安科技大學(xué)電控學(xué)院，西安市710054; 3．西安理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安市710048)

為了解決分布式電源(distributed generation，DG)接入情況下對(duì)配電網(wǎng)故障定位及電壓質(zhì)量的影響，分析了各種類型分布式電源對(duì)短路電流的影響，得出了依靠故障電流分布進(jìn)行故障定位的傳統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的適應(yīng)范圍，提出了一種利用重合閘與分布式電源脫網(wǎng)特性協(xié)調(diào)配合的改進(jìn)故障處理策略，以應(yīng)對(duì)更大規(guī)模分布式電源接入的挑戰(zhàn)。分析了分布式電源接入配電網(wǎng)后對(duì)電壓偏差和電壓波動(dòng)的影響，提出了一種獲得不必進(jìn)行控制就能滿足電壓質(zhì)量要求的判斷條件，對(duì)于不符合該判斷條件的分布式電源可以通過(guò)配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控以滿足電壓質(zhì)量的要求。實(shí)例表明所建議的方法是可行的。

配電網(wǎng);配電自動(dòng)化系統(tǒng);分布式電源(DG);故障定位;電壓偏差;電壓波動(dòng)

0 引言

配電自動(dòng)化是智能電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)于提高配電網(wǎng)的供電可靠性并改善運(yùn)行質(zhì)量具有重要意義［1-2］。近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司已經(jīng)在100多個(gè)城市建設(shè)了配電自動(dòng)化系統(tǒng)，并且在配電網(wǎng)運(yùn)行管理中發(fā)揮了重要作用［3-4］。已經(jīng)建成的配電自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用依靠短路電流在配電網(wǎng)上的分布來(lái)進(jìn)行故障定位的“傳統(tǒng)故障定位策略”［5］，并且沒(méi)有考慮對(duì)分布式電源(distributed generation，DG)進(jìn)行調(diào)控。分布式電源接入配電網(wǎng)會(huì)對(duì)其運(yùn)行和管理產(chǎn)生一定影響，在這方面已經(jīng)有大量研究成果。文獻(xiàn)［6］分析了分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響，文獻(xiàn)［7-8］對(duì)分布式電源的并網(wǎng)特性提出了基本要求。文獻(xiàn)［9-10］分析了各種風(fēng)力發(fā)電型式并網(wǎng)后的短路電流特性。文獻(xiàn)［11］對(duì)分布式電源接入后的配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障定位問(wèn)題進(jìn)行了深入分析。

分布式電源接入配電網(wǎng)后，會(huì)對(duì)配電網(wǎng)故障處理和電壓質(zhì)量產(chǎn)生什么影響?已經(jīng)建成的配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障定位策略在多大的范圍內(nèi)能夠適應(yīng)?分布式電源接入后是否必須對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控以確保配電網(wǎng)電壓質(zhì)量?如何在保護(hù)已有投資的情況下應(yīng)對(duì)大規(guī)模分布式電源接入配電網(wǎng)的挑戰(zhàn)?這些問(wèn)題都有必要加以研究。

1 分布式電源接入對(duì)配電自動(dòng)化故障定位的影響

1.1 分布式電源對(duì)短路電流的影響

分布式電源的接入不可避免地會(huì)改變配電網(wǎng)的短路電流水平和短路電流分布。但是，由于分布式電源種類很多，其對(duì)配電網(wǎng)短路電流的影響程度也不盡相同，因此在具體分析分布式電源對(duì)配電網(wǎng)短路電流的影響時(shí)，還需結(jié)合各類分布式電源的短路電流特性。

按照DG與配電網(wǎng)的接口方式不同，DG分為變流器類型電源和電機(jī)類型電源。

在并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，同步發(fā)電機(jī)輸出的起始短路電流可達(dá)額定電流的7倍左右;鼠籠式異步發(fā)電機(jī)提供的起始短路電流約為額定電流的5～7倍，此后經(jīng)過(guò)約3～10個(gè)周波逐漸衰減到0［9］;雙饋發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生8～10倍于額定電流的起始短路電流［10］，然后逐漸衰減，若在短路期間，雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子功率控制器仍維持有效，則雙饋發(fā)電機(jī)會(huì)提供持續(xù)的短路電流，但其值會(huì)限制在略高于負(fù)荷電流，但若在發(fā)生短路時(shí)，crowbar電路起作用，將轉(zhuǎn)子繞組短接，則雙饋發(fā)電機(jī)的短路電流特性與鼠籠發(fā)電機(jī)類似，穩(wěn)態(tài)短路電流趨于0。

接入到配電網(wǎng)運(yùn)行的變流器類型電源基本上均采用三相電壓源變流器(voltage source converter，VSC)，一般采用直接電流控制方式，在并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，DG向短路點(diǎn)提供的短路電流始終可以控制在設(shè)定的允許過(guò)電流范圍(一般為1．2～1．5倍額定電流)之內(nèi)。

1.2 配電自動(dòng)化傳統(tǒng)故障定位策略的適應(yīng)性

1.2.1 傳統(tǒng)故障定位策略

將由開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)、電源節(jié)點(diǎn)和末梢點(diǎn)圍成的、其中不再包含開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的子圖稱作最小配電區(qū)域(簡(jiǎn)稱“區(qū)域”)，圍成區(qū)域的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)、末梢點(diǎn)和電源節(jié)點(diǎn)稱其為端點(diǎn)，最小配電區(qū)域是配電網(wǎng)中所能隔離的最小單元。

對(duì)于單電源點(diǎn)配電網(wǎng)，在發(fā)生短路故障時(shí)，其只有在故障點(diǎn)和電源點(diǎn)之間的路徑上的開(kāi)關(guān)會(huì)流過(guò)短路電流，配電自動(dòng)化傳統(tǒng)故障定位策略即依據(jù)短路電流的這種分布特征來(lái)進(jìn)行故障區(qū)域定位:如果一個(gè)區(qū)域的一個(gè)端點(diǎn)上報(bào)了短路電流信息，并且該區(qū)域的其他所有端點(diǎn)均未上報(bào)短路電流信息，則故障在該區(qū)域內(nèi);若其他端點(diǎn)中至少有1個(gè)也上報(bào)了短路電流信息，則故障不在該區(qū)域內(nèi)。

1.2.2 分布式電源接入變電站10 kV母線的情形

對(duì)于分布式電源接入變電站10 kV母線的情形，無(wú)論接入數(shù)量多少，分布式電源不會(huì)對(duì)母線所帶其他饋線的故障定位產(chǎn)生不利影響;對(duì)于分布式電源接入線路本身，在滿足剛性系數(shù)要求的前提下，因?yàn)橛芍麟娫戳飨蚬收宵c(diǎn)的短路電流遠(yuǎn)大于由分布式電源流向故障點(diǎn)的短路電流，所以根據(jù)短路電流信息依靠傳統(tǒng)故障定位策略也能實(shí)現(xiàn)故障定位。

1.2.3 分布式電源接入饋線的情形

對(duì)于分布式電源接入饋線的情形，只要來(lái)自主電源供出的短路電流比來(lái)自分布式電源的短路電流明顯大，能夠設(shè)置1個(gè)恰當(dāng)?shù)亩搪冯娏魃蠄?bào)閾值，將主電源供出的短路電流與分布式電源供出的短路電流加以區(qū)分，則仍可以根據(jù)短路電流信息依靠傳統(tǒng)故障定位策略進(jìn)行故障定位。

(1)最不利條件。

1)分布式電源可能提供的最大短路電流。

設(shè)分布式電源可能提供的最大短路電流為IDG，∑，對(duì)于輻射狀網(wǎng)，IDG，∑即為本饋線上所有分布式電源在其出口處短路時(shí)的等效短路電流之和;對(duì)于環(huán)狀網(wǎng)，IDG，∑即為本饋線和轉(zhuǎn)帶饋線上所有分布式電源在其出口處短路時(shí)的等效短路電流之和。

2)主電源可能提供的最小短路電流。

對(duì)于輻射狀網(wǎng)，在饋線最遠(yuǎn)端發(fā)生兩相相間短路故障時(shí)主電源供出的短路電流最小。對(duì)于N-1環(huán)狀網(wǎng)，則是在一條饋線轉(zhuǎn)帶對(duì)側(cè)饋線負(fù)荷的運(yùn)行方式下，在轉(zhuǎn)帶饋線的最遠(yuǎn)端發(fā)生兩相相間短路時(shí)，主電源供出的短路電流最小。

但是同時(shí)還需考慮到由于分布式電源接入以后，有可能會(huì)導(dǎo)致分布式電源接入點(diǎn)上游開(kāi)關(guān)流過(guò)的主電源供出的短路電流有所減小，降低程度ΔISC最多為饋線上所有分布式電源的等效短路電流之和IDG，∑，也即考慮分布式電源接入以后，最不利情況下主電源提供的最小短路電流為

式中ISC為不考慮分布式電源條件下饋線末端(N-1環(huán)狀網(wǎng)時(shí)包括轉(zhuǎn)帶饋線的延伸段)的三相短路電流。

(2)給定分布式電源接入容量下饋線的最大容許供電半徑。

設(shè)饋線的額定載流量為IC，無(wú)論什么類型的配電網(wǎng)架，在滿足N-1準(zhǔn)則情況下，當(dāng)一條饋線轉(zhuǎn)帶對(duì)側(cè)饋線的部分(對(duì)于多分段多連接、多供一備網(wǎng))或全部(對(duì)于“手拉手”環(huán)狀網(wǎng))的最嚴(yán)酷情形，所供出的負(fù)荷電流最大不能超過(guò)IC。

1)變流器類型DG。

假設(shè)饋線上變流器類型DG總?cè)萘空拣伨€額定容量的比率為γ，根據(jù)第1．1節(jié)，在配電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)由變流器類型DG供出的短路電流最大不超過(guò)變流器類型DG額定電流的1．5倍，因此，可得:

再考慮一個(gè)可靠系數(shù)Kk(可取Kk=2)，此時(shí)只要能夠保證I″SC不低于KkIDG，∑，就可使各個(gè)開(kāi)關(guān)處的配電終端，在流過(guò)主電源供出的短路電流時(shí)上報(bào)短路電流信息，而流過(guò)DG供出的短路電流時(shí)不上報(bào)短路電流信息，從而根據(jù)短路電流信息依靠傳統(tǒng)故障定位規(guī)則就能進(jìn)行故障定位，整理可得:

根據(jù)式(3)，就可以計(jì)算出給定變流器類型DG容量情況下，各種電纜和架空饋線所對(duì)應(yīng)的能夠采用傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的最大供電半徑(注意:對(duì)于環(huán)狀網(wǎng)，最大供電半徑為本饋線與所轉(zhuǎn)帶負(fù)荷饋線的供電距離之和)，表1所示為變流器型DG容量比率γ=25%時(shí)滿足傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的N-1環(huán)狀網(wǎng)供電半徑。

2)電機(jī)類型DG。

同樣假設(shè)饋線上電機(jī)類型DG總?cè)萘空拣伨€額定容量的比率為γ，根據(jù)1．1節(jié)分析，在配電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)由電機(jī)類型DG供出的短路電流一般不超過(guò)電機(jī)類型DG額定電流的5倍，據(jù)此對(duì)式(2)、(3)進(jìn)行修正，并代入式(1)，整理得到:

表1 變流器型DG容量比率γ=25%時(shí)滿足傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的N-1環(huán)狀網(wǎng)供電半徑Table 1 Power supply radius of N-1 ring network to meet traditional fault location rules of inverter based DG with 25%penetration

根據(jù)式(4)，就可以計(jì)算出給定電機(jī)類型DG容量情況下，各種電纜和架空饋線所對(duì)應(yīng)的能夠采用傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的最大供電半徑(注意:對(duì)于環(huán)狀網(wǎng)，最大供電半徑為本饋線與所轉(zhuǎn)帶負(fù)荷饋線的供電距離之和)，表2所示為電機(jī)類型DG容量比率γ= 25%時(shí)滿足傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的N-1環(huán)狀網(wǎng)供電半徑。

表2 電機(jī)型DG容量比率γ=25%時(shí)滿足傳統(tǒng)故障定位規(guī)則N-1環(huán)狀網(wǎng)供電半徑Table 2 Power supply radius of N-1 ring network to meet traditional fault location rules of generator based DG with 25%penetration

由表1、表2可見(jiàn)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的傳統(tǒng)故障處理策略對(duì)于分布式電源的接入具有很大的適應(yīng)范圍，并且電纜饋線比架空饋線的適應(yīng)范圍大，逆變器并網(wǎng)型分布式電源比電機(jī)并網(wǎng)型分布式電源的適應(yīng)性強(qiáng)。

(3)給定饋線供電半徑下分布式電源的最大容許接入容量。

在給定饋線半徑的條件下，可以計(jì)算出不考慮分布式電源條件下饋線末端的短路電流ISC，將ISC代入式(3)、(4)，結(jié)合饋線的額定容量IC，可以分別計(jì)算出在給定饋線半徑的條件下，變流器類型DG或電機(jī)類型DG允許接入的最大容量以及最大比率。

(4)配電終端故障信息上報(bào)閾值的整定。

對(duì)于直接判斷出滿足最不利情形進(jìn)行核算的適應(yīng)性范圍之內(nèi)，可以采用傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的情形，考慮一定的靈敏度系數(shù)Ksen(Ksen一般可取1．2～1．3)，則配電終端的故障電流信息上報(bào)閾值Iset可整定為:

1.3 應(yīng)對(duì)更大容量分布式電源接入的配電自動(dòng)化系統(tǒng)改進(jìn)故障定位策略

Q/GDW 480—2010《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定，非有意識(shí)孤島的分布式電源必須在饋線故障后2 s內(nèi)從電網(wǎng)脫離。據(jù)此，提出一種利用分布式電源脫網(wǎng)特性與重合閘配合來(lái)消除短路電流中分布式電源影響的改進(jìn)配電網(wǎng)故障處理策略，具體如下:

(1)饋線開(kāi)關(guān)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)，只有變電站出線斷路器具備過(guò)流保護(hù)和一次快速重合閘功能，重合閘延時(shí)時(shí)間為2．5～3．5 s;

(2)故障發(fā)生后，變電站出線斷路器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘;

(3)2 s后，該饋線上的分布式電源全部從電網(wǎng)脫離;

(4)變電站出線斷路器跳閘后經(jīng)2．5～3．5 s延時(shí)進(jìn)行重合，若是瞬時(shí)性故障則恢復(fù)全饋線供電，分布式電源逐步并入電網(wǎng)，若是永久性故障，則變電站出線斷路器再次跳閘，此時(shí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)二次采集到的故障信息就排除了分布式電源的影響，可以根據(jù)短路電流依靠傳統(tǒng)故障定位規(guī)則進(jìn)行正確的故障定位。

上述改進(jìn)策略對(duì)于接入任意容量的分布式電源的情形都適用，并且不必改變配電自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件，只需在故障處理應(yīng)用軟件中略加改動(dòng)即可。

重合閘與分布式電源脫網(wǎng)特性配合故障定位法的缺點(diǎn)是必須要有一次重合閘。

2 分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響

2.1 含分布式電源饋線建模

為了不失一般性在整條等效饋線中設(shè)置n個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均接有負(fù)荷和分布式電源，若該節(jié)點(diǎn)不存在分布式電源或負(fù)荷時(shí)，可將相應(yīng)的功率設(shè)置為0。0號(hào)節(jié)點(diǎn)代表配電母線，Rk+j Xk代表第k段饋線的等值阻抗，PL．k+j QL．k代表第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷功率，PDG．k+j QDG．k代表第k個(gè)節(jié)點(diǎn)上的分布式電源功率。設(shè)第k個(gè)節(jié)點(diǎn)配電變壓器的額定容量為SNT．k，其無(wú)功損耗幅值占SNT．k的比率為αk，負(fù)荷功率因數(shù)為φ1，分布式電源的功率因數(shù)為φ2，負(fù)荷有功功率占SNT．k的比率為βk。

根據(jù)上述符號(hào)定義，有:

總負(fù)荷功率和總分布式電源功率為

2.2 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓偏差的影響

通過(guò)2．1節(jié)中所建立的模型可以得到在分布式電源未接入的情況下節(jié)點(diǎn)k的電壓偏差ΔUk%，即

然而當(dāng)分布式電源接入電網(wǎng)后，其輸出的有功功率與無(wú)功功率將減少線路上的電壓損失，其潮流方向與負(fù)荷潮流方向相反。那么接入分布式電源后的k節(jié)點(diǎn)的電壓偏差ΔUk%為

將式(7)和(8)代入式(14)后整理得到

為了便于研究負(fù)荷功率和分布式電源容量在各種分布情況下的電壓偏差和電壓波動(dòng)，設(shè)饋線上負(fù)荷有功功率沿饋線長(zhǎng)度x的分布函數(shù)為pL(x)，分布式電源有功功率沿饋線長(zhǎng)度x的分布函數(shù)為pDG(x)，饋線總長(zhǎng)度為L(zhǎng)。

由式(15)可知，負(fù)荷和分布式電源各種分布條件下，饋線上距母線距離為lk處的電壓偏差為

為了保證用戶電壓偏差在合格范圍內(nèi)，并其中ΔUDG．S下%和ΔUDG．S上%分別表示電壓偏差國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值下限和上限，則分布式電源接入配電網(wǎng)應(yīng)滿足以下2個(gè)條件:

(1)分布式電源接入后饋線任意位置的電壓偏差不超越額定電壓的上限;

(2)分布式電源退出運(yùn)行后饋線上任何位置處的電壓偏差不跌落到額定電壓的下限。

在分析過(guò)程中對(duì)于分布式電源接入或者退出電網(wǎng)，都應(yīng)計(jì)算出電壓偏差最嚴(yán)重的位置與母線的距離，只要在該位置滿足電壓偏差不越限，則能保證饋線上任何位置處的電壓偏差都不會(huì)越限。

通過(guò)上述分析可以得到分布式電源接入電網(wǎng)滿足電壓偏差的約束條件:

2.3 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響

分布式電源接入電網(wǎng)在帶來(lái)電壓偏差的同時(shí)也會(huì)在輸出功率受到外界環(huán)境變化的影響下產(chǎn)生明顯的電壓波動(dòng)。這種明顯的電壓波動(dòng)對(duì)電壓的質(zhì)量也會(huì)有嚴(yán)重的影響。通過(guò)2．1節(jié)所建模型并假設(shè)分布式電源的有功波動(dòng)功率占其額定輸出有功功率的比例為λ，且假設(shè)同一條饋線上的分布式電源功率同時(shí)波動(dòng)。則可得到單純由分布式電源引起的第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)ΔdDG．k%為

由式(18)可知，分布式電源容量各種分布條件下，饋線上距母線距離為lk處的電壓波動(dòng)為

類似地，只要計(jì)算出電壓波動(dòng)最嚴(yán)重位置的電壓波動(dòng)值不超過(guò)允許限值，則可以滿足饋線上任意位置處的電壓波動(dòng)都不會(huì)越限。其中ΔdDG．S%表示電壓波動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值。通過(guò)上述分析可以得到分布式電源接入電網(wǎng)滿足電壓波動(dòng)的約束條件:

2.4 解決分布式電源引起的電壓質(zhì)量問(wèn)題的措施

通過(guò)2．2和2．3節(jié)的分析可知，分布式電源接入電網(wǎng)后，對(duì)于負(fù)荷和分布式電源任意分布的情況，允許接入的分布式電源的容量必須同時(shí)滿足式(17)和(20)則可以保證電壓質(zhì)量在合格范圍之內(nèi)。

對(duì)于配電網(wǎng)近似認(rèn)為饋線的導(dǎo)線類型始終一致，r+j x為饋線單位距離的等值阻抗，則饋線的抗阻比Kz為

若忽略母線以上電源側(cè)的系統(tǒng)阻抗，則距離母線lk處第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的短路容量Slk近似為

可得到分布式電源接入電網(wǎng)不越電壓偏差和電壓波動(dòng)的約束條件，也即圖1中陰影所示。

對(duì)于容量落在圖2陰影區(qū)域內(nèi)分布式電源，不需要對(duì)其進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，也能滿足電壓質(zhì)量的要求。

圖1 分布式電源接入傳統(tǒng)配電網(wǎng)的容量范圍Fig.1 Allowed capacity of DG connected into traditional distribution network

對(duì)于容量超過(guò)圖2中陰影區(qū)域之外的分布式電源，則需要借助配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)接入點(diǎn)電壓質(zhì)量不符合要求，則可由配電自動(dòng)化主站分析得出相應(yīng)的處理策略，并通過(guò)遠(yuǎn)程控制，對(duì)相應(yīng)的分布式電源的有功功率或無(wú)功功率進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。

3 實(shí)例分析

情形1:假設(shè)某10 kV城市配電網(wǎng)線路采用“手拉手”結(jié)構(gòu)，構(gòu)成“手拉手”的2條饋線的供電距離各為3 km，線型均為L(zhǎng)GJ-240導(dǎo)線，2條線路上各接有3 MVA的負(fù)荷，系統(tǒng)短路容量為500 MVA，現(xiàn)擬在該2條線路上各接入3 MVA的分布式光伏電源。

根據(jù)1．2節(jié)的公式(3)，對(duì)于分布式光伏發(fā)電屬于逆變器型并網(wǎng)，考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)帶后的線路最大供電距離為6 km，結(jié)合系統(tǒng)短路容量參數(shù)，可計(jì)算得到只要每條線路上接入的分布式電源容量不超過(guò)3．7 MVA，即可滿足采用傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的要求，而不必對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)軟硬件配置進(jìn)行任何改動(dòng)。

采用第2章的分析方法，考慮分布式電源集中在饋線末端接入的最嚴(yán)重情形，對(duì)于分布式光伏電源的接入由大量實(shí)際觀測(cè)結(jié)果表明:光伏輸出功率的變化幅度一般不超過(guò)其最大輸出功率的一半，即λ=2。其功率因數(shù)為-0．95～0．95，故在分析過(guò)程中可以近似的忽略無(wú)功影響，即將分布式光伏電源看作一個(gè)純有功源。電壓偏差和電壓波動(dòng)取國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值，即ΔUDG．S分別取-0．07和+0．07，ΔdDG．S取0．03［12-13］。將上述數(shù)據(jù)代入式(23)，得到每條線路所能接入的極限分布式光伏容量為16．54 MVA。也即只要每條線路上分布式光伏電源接入容量不超過(guò)16．54 MVA，則不需要借助配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，也能滿足電壓質(zhì)量的要求。

綜合上述分析，可以得出結(jié)論，對(duì)于實(shí)例情形1所述城市配電網(wǎng)線路，在給定分布式光伏電源接入容量(3 MVA)條件下，無(wú)須對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行升級(jí)改造，即可滿足分布式電源接入后的故障定位和電壓質(zhì)量要求，但是配電終端故障電流信息上報(bào)閾值需按式(5)進(jìn)行整定，經(jīng)計(jì)算可得=

1．4 kA，Ksen取1．2，則配電終端故障電流信息上報(bào)閾值最終整定為1．1 kA。

情形2:仍以情形1的配電網(wǎng)為例，若構(gòu)成“手拉手”的2條饋線的供電距離都增加到10 km，同時(shí)擬在每條線路上接入的分布式光伏電源容量增加到6 MVA。

根據(jù)1．2節(jié)的公式(4)，考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)帶后的線路最大供電距離為20 km，結(jié)合系統(tǒng)短路容量參數(shù)，可計(jì)算得到當(dāng)每條線路上接入的分布式電源容量不超過(guò)1．17 MVA，才能滿足采用傳統(tǒng)故障定位規(guī)則的要求。

采用第2章的分析方法，考慮分布式電源集中在饋線末端接入的最嚴(yán)重情形，可以計(jì)算得到，只有當(dāng)每條線路上分布式光伏電源接入極限容量不超過(guò)4．96 MVA時(shí)，才能確保不需借助配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制也能滿足電壓質(zhì)量的要求。

綜合上述分析可知:對(duì)于實(shí)例情形2所述城市配電網(wǎng)線路，在給定分布式光伏電源接入容量(6 MVA)條件下，配電自動(dòng)化傳統(tǒng)故障定位策略已超出其最不利情形下的適用范圍，有可能失效，需采用改進(jìn)的故障處理策略，例如本文1．3節(jié)論述的分布式電源脫網(wǎng)特性與饋線重合閘配合的改進(jìn)配電網(wǎng)故障處理策略;同時(shí)需要借助配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電壓質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，對(duì)分布式電源的有功功率或無(wú)功功率進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論

(1)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的傳統(tǒng)故障處理策略對(duì)于分布式電源的接入具有很大的適應(yīng)范圍，并且電纜饋線比架空饋線的適應(yīng)范圍大，逆變器并網(wǎng)型分布式電源比電機(jī)并網(wǎng)型分布式電源的適應(yīng)性強(qiáng)。

(2)為了應(yīng)對(duì)分布式電源更大規(guī)模接入配電網(wǎng)的挑戰(zhàn)，可以采用重合閘與分布式電源脫網(wǎng)特性相配合的改進(jìn)故障處理策略，不需要改變已建成配電自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件，只需稍加改動(dòng)軟件即可。

(3)對(duì)于分布式電源的容量落在由允許的電壓偏差下限、電壓偏差上限和電壓波動(dòng)這3條曲線圍成的區(qū)域之內(nèi)的情形，不必對(duì)該分布式電源進(jìn)行控制也可以確保接入點(diǎn)的電壓質(zhì)量;對(duì)于容量落在這3條曲線圍成的區(qū)域之外的分布式電源，則需要通過(guò)配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，以確保接入點(diǎn)的電壓質(zhì)量符合要求。

［1］劉健，沈兵兵，趙江河，等．現(xiàn)代配電自動(dòng)化系統(tǒng)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2013．

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［3］劉健，趙樹(shù)仁，張小慶．中國(guó)配電自動(dòng)化的進(jìn)展及若干建議［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(19):12-16．Liu Jian，Zhao Shuren，Zhang Xiaoqing．Advances of distribution automation in China and some suggestions［J］．Automation of Electric Pow er Systems，2012，36(19):12-16．

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［12］GB/T 12325—2008電能質(zhì)量供電電壓偏差［S］．

［13］GB/T 12326—2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)與閃變［S］．

(編輯:張媛媛)

Influence of Distributed Generation on Fault Location and Voltage Quality of Distribution Network

LIU Jian1，ZHANG Zhihua1，HUANG Wei2，WEI Haokun1，3
(1．Shaanxi Electric Power Research Institute，Xi'an 710054，China; 2．Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China; 3．Xi’an University of Technology，Xi’an 710048，China)

To solve the influence of distributed generation(DG)on the fault location and voltage quality of distribution network，the influence of various DGs on the short-circuit current were analyzed．The adaptation range of traditional distribution automation system was obtained，in which the faultlocation was based on the faultcurrentdistribution．An improved faultprocess strategy was proposed to meet the requirement of much larger amount of DGs connection，based on the coordination of the reclosing procedure and DG escaping after faults．The influences of DGs on the voltage deviation and voltage fluctuation of distribution network were analyzed．The judging condition to meet the requirements of voltage quality without the control of DG was proposed．The DG that could not accord with the judging condition could be monitored by distribution automation system to meet the requirements of voltage quality．The examples show that the proposed method is feasible．

distribution network;distribution automation system;distributed generation(DG);fault location;voltage deviation;voltage fluctuation

TM 72

A

1000-7229(2015)01-0115-07

10.3969/j．issn.1000-7229.2015.01.018

2014-11-14

2014-12-18

劉健(1967)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選，國(guó)家電網(wǎng)公司科技領(lǐng)軍人才，本文通信作者，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)及其自動(dòng)化技術(shù);

張志華(1987)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)及其自動(dòng)化技術(shù);

黃煒(1989)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)及其自動(dòng)化技術(shù);

魏昊焜(1986)，男，博士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)。

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(提高配電網(wǎng)故障處理能力的關(guān)鍵技術(shù)研究)(5226SX13044H)。