微电网对配电网自动重合闸的影响研究

杨思斯

摘要：在介绍微电网概念及传统配电网结构以及其自动重合闸配置的基础上，以包含微电网的配电系统为模型，详细讨论了瞬时故障和永久故障发生在微电网上游及相邻线路时，对原有配电网重合闸装置的影响，并提出了解决方案，为配电网接入微电网的重合闸装置的方案设计提供了一定的理论依据。

关键词：配电网 微电网 自动重合闸

中图分类号：TM762.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0101-02

1 前言

微电网（Microgrid，MG）是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，也是以一种更分散的方式调节分布式电源及与其相联的负荷的电网体系，直接接在用户侧，它可同时提供电能和热量。微电网的运行方式有两种：并网运行和独立运行，微电网的投入和退出对大电网可以起到削峰填谷的作用。并且，微电网可视为大电网中的一个可控单元，它可在数秒内动作，提高供电区域的供电可靠性、降低损耗、稳定电压，还可以提供不间断电源满足用户的特定需求，同时与大电网的互为备用，可以提高供电的可靠性。可是，尽管微电网的出现使得电力系统的运行更可靠和更经济，但是，它的接入也给配电网带来了影响。目前我国的中低压配电网一般都是单侧电源的辐射型网络，10kV的线路大部分是属于直接向用户供电的终端线路，如图1的1WL线路，由附近的35-220kV变电站的10kV母线送出，还有小部分的10kV线路的电能来自其它变电所的10kV母线，如3WL和4WL线路。与此同时，配电网的继电保护也是按照单侧电源辐射型网络进行设计和整定的，一般配置传统的三段式电流保护或者两段式电流保护，并且由于配电网故障中绝大多数为瞬时性故障，因此，均配置了三相一次自动重合闸装置，以保证线路在发生瞬时性故障后能迅速的恢复供电[1]。

2 微电网对配电网自动重合闸的影响分析

三相一次自动重合闸（Automatic reclosing，ARC）是在线路上发生任何故障，继电保护装置将三相断路器断开时，ARC起动，经一定的延时，发出重合闸脉冲，将三相断路器一起合上。若为瞬时性故障，则重合成功，线路继续运行，若为永久性故障，则继电保护再次动作将三相断路器断开，不再重合。装设重合闸装置对提高线路供电可靠性、提高经济效益十分明显。根据运行资料统计，自动重合成功率可达70%～90%。在我国35kV以下的配电网一般采用前加速，即各链式线路只在电源端装设一套公共的ARC装置，如图1分别在靠近电源侧的线路1WL和2WL装设ARC装置。无论任何线段故障，均由靠近电源侧的前加速保护首先无选择性地瞬时动作跳闸，接着ARC动作进行三相一次重合闸，如线路故障是暂时性的，则重合成功，分不清是哪一回线路发生过故障；如故障是持续性的，则ARC后线路所有保护均恢复原有整定时限，利用动作时限实现有选择性地切除故障。

微电网接入配电网后，可运行与从配电网吸收电能的负载状态，也可以运行于向配电网输送电能的电源状态，下面分别从微电网在处于负荷状态和电源状态时对三相一次重合闸装置的影响进行分析。

2.1 微电网运行于负载状态

当MG处于负载状态时将从配电网吸收功率，势必会对线路的前加速保护造成影响。如果MG的容量较小时，其负荷电流不会使得保护动作，前加速保护的整定值仍然适用，不会误动作[2]。但是当微电网的容量较大时，即使在正常情况下，MG也会从电网吸收较大功率的电能，导致接入点上游的线路过负荷，如图1的2WL线路，当过载严重时，可能造成流经保护2的过负荷电流达到保护动作值，使前加速保护误动作，造成大面积的停电事故。

2.2 MG处于电源状态

当MG处于电源状态接入配电线路后，配电线路从单侧电源辐射型网络变成双侧电源供电网络，这使得网络潮流发生变化，给重合闸带来较大的影响。

2.2.1 当故障为瞬时故障时

在传统配电网结构下，故障线路被迅速断开后，故障点电弧即自行熄灭，周围介质的绝缘强度重新恢复，这时重合闸动作，就能够恢复正常供电，从而可以提高供电的可靠性。微电网接入后，在图1中，当K2发生短路故障时，保护2动作跳闸，与此同时，由于MG处于电源状态，在保证自身负荷的同时，会继续对3WL和4WL线路供电，则在保护2跳闸和重合的期间，MG与负荷所形成的网络持续运行，将于系统电源形成相角差，传统单侧电源配电线路重合闸并未配备检同期重合，则保护2的重合闸动作将变成非同期合闸，产生的冲击电流将可能使保护2再次跳闸，并对系统造成影响，使得重合闸失去提高供电可靠性的作用[3]。

当瞬时故障发生在MG接入点相邻线路K1时，系统和MG同时对K1提供短路电流，保护1的灵敏性提高，使得保护1将瞬时动作切除故障并重合成功。但是MG提供的短路电流也会流过线路2WL，2WL线路保护1上也装设了前加速重合闸，如果MG提供的短路电流足够大，达到保护1的动作值，就有可能造成保护1重合闸装置的误动作。

2.2.2 当故障为永久故障时

在图1中，当K2发生永久故障时，保护2动作跳闸，断开系统电源，但是MG会持续向故障点提供短路电流，导致故障点电弧持续燃烧，线路绝缘击穿，使故障范围进一步扩大。若K1处发生永久性故障，因为是永久故障，保护1动作后会重合失败，这时线路的保护将按照整定的动作时限依次进行动作，如果故障点在瞬时电流速断的范围外，即在延时保护使断路器跳闸期间MG仍然会向K1提供短路电流，首先可能使得沿线绝缘被击穿，造成事故扩大化，并有可能将引起保护2误动作，扩大停电面积[4]。

3 对策分析

第一，从经济性出发，希望继续沿用原有的重合闸装置和整定方案，这就需要尽量减少或避免MG带来的影响。因此考虑在故障时，将微电网退出配电网，这样在故障时将不会改变配电网的结构和潮流，对配电网的改动最小，也成本最低。但是这种方法需要考虑以下几个问题：MG需要检测到故障才能退出，这就要增加故障检测单元，并且对故障检测单元提出了比较高的要求；发生故障时，线路电压降低，供电可靠性变差，电力系统本身希望运行于电源状态的MG具有一定的低电压穿越能力，提高系统的稳定性，MG在故障时提前退出，不仅会失去这种功能，甚至会加剧系统的不稳定；配电网故障较多为瞬时性故障，若MG在瞬时性故障时频繁的切投，会加剧断路器等设备的老化，也增加了MG重新并网的控制工作量[5]。并且保护需要在MG退出后再动作跳闸重合，这对保护和重合闸的速动性带来了影响。

第二，MG接入后，改变了配电网故障时的短路电流的方向和大小，严重影响了重合闸原有的整定。因此考虑改变原有的配置方案来降低配电网接入所带来的影响，可在微电网接入点上游装设重合闸线路的另一侧也装设断路器加重合闸装置。故障时，两侧断路器分别跳闸切除故障，之后分别检定无电压重合和检定同步进行重合，即在故障线路跳闸后，其一侧断路器可在检定线路无电压情况下先重合；另一侧断路器则检定频率差在允许范围时重合，采用这种方式来解决引入微电网后网络变为双侧电源线路的问题。对于相邻线路故障时，本线路重合闸可能误动作的这一情况，可引入方向启动判据，给微电网上游各重合闸加装方向元件来判断微电网提供的反向短路电流，一旦流过重合闸的短路电流是反向的，重合闸保护闭锁[6]。采用这种方法，对原有重合闸的配置改动比较大，保护方案也比原有方案复杂很多。

第三，考虑现有良好的通信条件，采用多代理智能控制。将线路、微电网和断路器等单元的模拟量以及开关量信息采集至智能终端首先进行最简单的信息处理，再通过通信网络将这些信息首先对终端信息进行分区分层后汇集到区域处理单元进行更多的信息处理，最后从区域处理单元将信息送至中央处理单元对这些信息进行综合分析判断，从整个网络的角度进行全局分析调控，进行整体的控制。除在装设重合闸的线路对侧也加装重合闸的保护装置外，在其它线路装设低周低压解列装置，发生故障时，控制中心对整个配电网进行整体判断，控制中心作出正确判断，决定各线路断路器是否跳闸或重合。多代理控制动作的判断不再单纯地只依赖本地采集到的信息，通信网络可以整合用于故障准确定位的各点信息，保护的整定不再受限于单一的标准，大大提高了动作判断的灵活性和准确性。但构建通信网络的成本同样很高，同时在使用这种方法时，对以上所涉及到的一些问题，包括模型设计、信息处理方式、通信网络构建等，都需要进行全面的考虑[7]。

4 结语

考虑微电网接入后对配电网重合闸的影响，进行对策分析，三个方案的原理不一样，最终的所产生的成本及效果也不尽相同。在具体配电网重合闸设计时，可综合考虑实际情况，针对实际配电网的结构、微电网的容量和接入点等信息的不同，有针对性的进行方案设计，实现最优的配电网重合闸前加速保护方案。

参考文献

[1]蔡渊.含微电网的配电网系统结构及功能研究，2013，29（1）：35-39.

[2]连洁，杨炳元.含分布式电源的配电网保护改进方法[J].技术与应用，2010，10：49-52.

[3]周卫，张尧，等.分布式发电对配电网继电保护的影响[J].电力系统保护与控制，2010，38（3）：1-5.

[4]刘森.含分布式电源的配电网保护研究[D].天津大学，2007.

[5]张连芹.微电网运行若干关键技术研究[D].上海交通大学，2013.

[6]刘林，李建兵，等.分布式发电对配电网继电保护和重合闸的影响[J].四川电力技术，2011，34（1）：44-45.

[7]尚瑨，等.考虑分布式电源的配电网保护改进方案研究综述[J].电力系统保护与控制，2012，40（24）：41-45.