大量分布式电源接入的配电网自适应重合闸及故障恢复策略

doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.073

大量分布式电源接入的配电网自适应重合闸及故障恢复策略

王若琪¹, 胡炎^,¹, 杨增力², 王晶², 吴迪², 张振²

1 上海交通大学电子信息与电气工程学院, 上海 200240

2 国网湖北省电力有限公司, 武汉 430077

Adaptive Reclosing and Fault Recovery Strategies for Large Scale Distributed Generation Access in Distribution Networks

WANG Ruoqi¹, HU Yan^,¹, YANG Zengli², WANG Jing², WU Di², ZHANG Zhen²

1 School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

2 State Grid Hubei Electric Power Co., Ltd., Wuhan 430077, China

通讯作者: 胡炎,副研究员,博士生导师;E-mail:yanhu@sjtu.edu.cn.

编委: 王历历

收稿日期: 2024-03-11 修回日期: 2024-04-19 接受日期: 2024-08-30

基金资助:

国网湖北省电力有限公司科技项目(52150522000W)

Received: 2024-03-11 Revised: 2024-04-19 Accepted: 2024-08-30

作者简介 About authors

王若琪(2000—),硕士生,从事电力系统保护与控制研究.

摘要

高渗透率分布式电源接入电网对配电网故障场景下的供电恢复提出更高要求,研究配电网故障恢复可以提高配电系统的可靠性和稳定性.为了提升配电网的恢复能力,提出结合重合闸技术与分布式电源低电压穿越特性的故障恢复方案.运用时域分析方法,探讨快速恢复供电的关键措施,结合柔性软开关实现故障场景下的负荷转供与电压支撑,从而减少分布式电源的脱网率.具体方法包括针对故障位置两侧设计不同的配电网故障恢复策略,并在MATLAB/Simulink平台上搭建仿真模型进行验证.仿真结果表明:所提方案能够有效降低分布式电源脱网风险,提升系统的供电可靠性与新能源利用效率.

关键词： 分布式电源; 配电网故障恢复; 低电压穿越; 柔性软开关

Abstract

High penetration distributed generation (DG) in power grids has placed greater demands on power supply recovery in distribution network fault scenarios. Research on fault recovery in distribution networks is essential for improving the reliability and stability of distribution systems. In order to enhance the recovery capability of the distribution network, this paper proposes a fault recovery scheme which combines reclosing technology with the low-voltage ride through (LVRT) characteristics of distributed power sources. As an important method for quickly restoring power supply, adaptive reclosing, when coordinated with the LVRT capability of DG in the time domain, can effectively reduce the disconnection rate of DG from the grid. In fault scenarios, flexible soft switches play an important role in load transfer and voltage support, which not only ensures continuous power supply to users but also enhances the utilization efficiency of renewable energy sources and reduces their disconnection rate. This paper proposes different fault recovery schemes for both sides of the fault location in the distribution network, and finally proves the effectiveness and feasibility of the proposed fault recovery scheme by developing a simulation model on the MATLAB/Simulink simulation platform.

Keywords： distributed generation (DG); distribution network fault recovery; low-voltage ride through (LVRT); soft open point (SOP)

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本文引用格式

王若琪, 胡炎, 杨增力, 王晶, 吴迪, 张振. 大量分布式电源接入的配电网自适应重合闸及故障恢复策略[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(1): 42-50 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.073

WANG Ruoqi, HU Yan, YANG Zengli, WANG Jing, WU Di, ZHANG Zhen. Adaptive Reclosing and Fault Recovery Strategies for Large Scale Distributed Generation Access in Distribution Networks[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2026, 60(1): 42-50 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.073

在碳达峰、碳中和的战略目标下,要求优化能源结构,促进可再生能源的开发利用,分布式发电系统凭借其环保性和经济性优势发展迅速,光伏、风电等分布式电源(distributed generation, DG)在电网中的接入量大幅增加.分布式电源接入配电网后,配电网由原来的单端供电转变成由双端或多端电源供电的网络,会对配电网发生故障后电流的分布产生影响,可能会引起保护拒动或误动以及重合闸失败等问题,尤其是随着分布式电源的渗透率不断升高,给配电网的保护和控制带来极大挑战.采用有效的故障恢复措施可以最大程度地减少负荷失电,保证分布式电源的并网运行,并使电网迅速恢复正常运行,减少经济和社会损失.

配电网发生的故障大部分是瞬时性故障,重合闸作为提高电网供电可靠性的重要方法,能够快速实现故障线路的切断,保证线路的正常运行.目前,国内外对于有源配电网的重合闸故障恢复开展了一些研究,文献[1]中分析了分布式电源接入位置不同对重合闸的影响,分布式电源可能继续向故障点提供短路电流,使重合闸失败,还有可能导致非同期重合闸,但文章中并未涉及分布式电源的低电压穿越能力.文献[2-3]中都考虑在配电网发生故障时,将全部分布式电源退出运行,并考虑重合闸与防孤岛保护的动作时限相配合.在所接入分布式电源较少的情况下,可以采取将分布式电源切除的方式,但随着分布式电源的渗透率越来越高,切除所有分布式电源会使配电网的稳定性受到极大影响.文献[4]中分析了光伏逆变电源低电压穿越特性要求对配电网前加速自动重合闸的影响,提出逆变电源低电压穿越(low-voltage ride through, LVRT)与前加速自动重合闸的时域配合方案,但重合闸延时过长,影响负荷恢复供电.文献[5]中提出一种重合闸与分布式电源LVRT相配合的有源配电网的故障恢复策略,有效避免部分情况下重合闸失败而导致分布式电源退出运行;但分布式电源的低电压穿越时限设置固定,不能灵活适用于较大范围的公共连接点处(point of common coupling, PCC)电压跌落情况,同时对所有分布式电源均划分计划孤岛区域.事实上,在故障情况下全部孤岛运行难度较大.

基于柔性软开关(soft open point, SOP)的柔性互联技术可以控制各个端口输出的有功和无功功率,能够适应有源配电网变化的随机性,提高配电网控制的灵活性,已有部分学者研究了SOP在配电网中的应用. SOP在改善系统潮流、提高配电网供电质量方面均具有较大优势,其对故障侧电压与功率的支撑作用还能够促进配电系统的快速恢复.文献[6]中提出一种计及变压器与SOP损耗特性的柔性互联配电网优化调控策略,所提策略可大幅降低系统综合损耗,解决系统轻重载问题并提升其运行经济性与可靠性.文献[7]中针对优化互联配电网综合运行成本以及柔性软开关配置问题,提出一种基于改进鲸鱼优化智能算法和二阶锥规划的混合算法.文献[8]中以提升配电网对分布式电源的消纳能力为目标,提出基于SOP有功-无功协同控制的柔性互联低压交流配电网末端电压越限治理方案.文献[9]中针对配电网故障恢复后部分节点电能质量不满足用户要求的问题,提出一种基于SOP的配电网供电恢复优化多目标双层规划方法.文献[10]中在考虑极端事件的情况下建立含多端软开关的互联配电系统故障恢复的优化决策策略.综上所述,目前对于SOP的研究主要集中在正常运行时SOP参与配电网优化运行方面,未能充分发挥出SOP在故障场景下进行负荷转供的同时对分布式电源提供电压支撑从而降低分布式电源脱网率的优势,且没有进行SOP性能的仿真验证.

本文聚焦配电网故障恢复问题,以减少失电负荷、快速恢复供电、降低分布式电源脱网率为目标设计故障恢复方案,针对故障位置的两侧提出不同故障恢复策略,并通过仿真验证了所提适应于大量分布式电源接入的配电网故障恢复方案的可行性与有效性.

1 大量分布式电源接入对配电网重合闸及故障恢复的影响

若线路发生故障后分布式能源未能及时切除,可能存在非同期重合闸或重合闸失败、故障点电弧重燃和保护装置配合不协调等多重威胁^[11].在分布式电源渗透率较低的情况下,为了消除分布式电源接入对保护及重合闸的影响,一般通过防孤岛保护或断路器切除分布式电源的方式,实现保护与重合闸的配合.但随着分布式电源渗透率提高,无差别联切分布式电源可能会进一步加剧电网的功率失衡,影响电网稳定运行,并且降低分布式电源发电效率.大量分布式电源接入配电网后,配电网的故障恢复不仅要考虑传统双侧电源网络的问题,还需要考虑新能源的故障特性,因为分布式电源的特性直接影响到重合闸的动作时间.

1.1 分布式电源低电压穿越特性

根据逆变型分布式电源并网规范,逆变型分布式电源需要一定的低电压穿越能力^[12].低电压穿越是指在一定程度的电网故障情况下逆变型分布式电源能够继续并网运行,并且在故障过程中逆变电源需要根据并网点的正序电压输出一定的无功电流,从而支撑电网电压恢复^[13].

图1是低电压穿越条件要求.图中:T₂为分布式电源完成一次低电压穿越的时间;T₁为T₂前的某时刻.一般对于光伏电站或者风电场,T₁取0.625 s,T₂取2 s.分布式电源公共连接点处电压跌落至图示曲线之上,当分布式电源满足低电压穿越的条件时,可以保持并网运行;当电压跌落至曲线以下时分布式电源退出运行^[14-15].可以利用分布式电源的并网要求来合理设置重合闸的动作时间.图中:${U}_{n}^{p.u.}$为系统额定电压标幺值,p.u.表示标幺值.

图1

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图1 低电压穿越条件要求

Fig.1 Condition requirements of low-voltage ride through

1.2 配电网故障上游侧重合闸遇到的问题

以图2所示典型的有源配电网结构为例,说明配电网故障上游侧重合闸遇到的问题.图中:E_s为系统电源电压;Load表示负荷;SOP由两个背靠背逆变器组成,V_dc为其直流侧电压;AC、DC分别表示交流、直流.将故障位置设置在线路CD上F1处,此时,一般将故障点F1靠近系统电源的一侧称为故障上游侧,将F1远离系统电源的一侧称为故障下游侧,DG6、DG7所在支路称为故障点F1的相邻馈线.故障发生之后,母线A、B、C、D、E、F、G都产生第一次电压降落,断路器10、11在继电保护的作用下动作跳开,经过一段时间后,系统侧断路器10先进行合闸,若重合于永久性故障,则重合闸失败,断路器10再次跳开.此时,故障下游侧的母线D、E处的电压不受影响;而故障上游侧的母线A、B、C以及相邻馈线上的母线F、G上的电压都会二次降落,极大地增加了电压降落到图1所示曲线以下的概率,导致DG退出运行,不利于电网的稳定性.所以要使故障上游侧或相邻线路上的DG尽量不脱网,就要考虑重合闸时间与低电压穿越时限的配合,减少DG的脱网率.

图2

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图2 有源配电网系统结构

Fig.2 Structure of active distribution network system

1.3 配电网故障下游侧故障恢复遇到的问题

在故障F1发生后,故障下游侧的DG4和DG5往往通过防孤岛保护退出运行.《光伏电站接入电网技术规定》中规定:“电网出现故障扰动后,在电网电压和频率恢复正常后,光伏电站才能够并网运行,且在故障切除电网恢复正常运行之后,小型光伏电站一般还需要延时20 s至5 min后才能重新并网;大中型光伏电站不可自行并网需要接收到电力调度部门的指令后才能考虑执行并网操作.”^[16]因此,当逆变电源脱网后,需要经过很长一段时间才能重新并入电网,当配电网中分布式电源渗透率较高时,大量分布式电源脱网运行不符合经济性要求.若分布式电源不脱网运行,则分布式电源仍保持对部分负荷继续供电,形成非计划孤岛,会造成众多不利影响,这一般不被允许.此时,必须调整故障恢复策略.考虑在配电网末端接入SOP,如图2所示,在母线E和母线G之间接入SOP,能够在快速进行负荷转供,保证用户供电的同时,对下游侧的分布式电源提供电压支撑,提高分布式电源的利用效率.

2 大量分布式电源接入的配电网故障恢复方案

为了有效隔离故障,不扩大停电范围,有选择性地切除故障,在联络线两侧均设置保护,并且每个断路器都装设有一套重合闸设备.联络线内部发生故障后,线路两端的保护断路器均跳开以隔离故障.如果在两个跳开的断路器之间的线路接入了分布式电源,则分布式电源的并网断路器都联跳,两个断路器之间的所有分布式电源脱网.对于故障位置上游侧采用重合闸重合时间自适应策略,即使重合于永久性故障,上游侧分布式电源也不会因为不满足低电压穿越条件而脱网.对于故障位置下游侧,由于保护动作断路器断开,故障下游线路脱离大系统电源的支撑,所以很容易导致大量分布式电源脱网.通过系统末端设置SOP,在进行负荷转供的同时为下游侧分布式电源提供电压支撑,保证用户供电以及分布式电源的并网运行.

2.1 故障点上游侧自适应重合闸策略

文献[4]中提出在时域配合上LVRT优先的策略,要求重合闸的延时必须躲过LVRT的时间,即故障点上游侧断路器的合闸时间T_AR≥T₂.

但重合闸延时过长不仅不利于供电恢复,还可能导致电能质量迅速降低,甚至造成分布式电源脱网.因此,提出一种基于分布式电源低电压穿越条件要求的重合闸时间自适应方案:测量分布式电源接入点处的母线电压U_PCC,根据电压跌落的情况灵活确定断路器延时合闸时间.经过设定延时再进行重合闸操作,假设电压一次降落时,分布式电源满足低电压穿越条件,那么即使重合失败,母线电压二次跌落也不会过低从而导致分布式电源脱网,分布式电源能够一直保持并网运行的状态.分布式电源低电压穿越条件要求如图1所示,低电压穿越方程为

(1)${U}_{PCC}^{p.u.}$=$\left\{\begin{array}{ll}0.2,& 0t0.625s\\ \left(0.509\right.1t-0.1182),& 0.625st2s\\ 0.9,& t2s\end{array}\right.$

式中:${U}_{PCC}^{p.u.}$为分布式电源所连接母线处电压标幺值;t为低电压穿越过程的时间.

当分布式电源所连接母线处电压U_PCC≤0.2U_n,说明分布式电源低电压穿越失败,分布式电源退出运行;当U_PCC≥0.9U_n,说明分布式电源能够完成低电压穿越的过程,可以正常并网运行;当0.2U_n<U_PCC<0.9U_n,则需要合理地设置重合闸时间才能完成低电压穿越.测得U_PCC之后,代入式(1)可以计算得到所对应的低电压穿越时间:

(2)T_LVRT=$\frac{{U}_{PCC}^{p.u.}+0.1182}{0.5091}$

图3为系统侧重合闸动作时限示意图,系统侧保护重合闸的动作时间应满足下式:

(3)T_AR≥T₁₁-T₁₀+T_tt

式中:T₁₁为分布式电源侧保护动作与断路器11动作时间之和;T₁₀为系统侧保护动作与断路器10动作时间之和;T_tt为故障点电弧熄灭时间、绝缘强度的恢复时间及裕度时间之和.

图3

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图3 系统侧断路器动作时限示意图

Fig.3 Reclosing action time of circuit breaker on system side

从断路器10断开时刻开始计时,考虑到保护11的动作时间并留有一定时间裕度,取重合闸的动作时间为1 s,代入根据图1中的低电压穿越曲线得到的方程式(1),计算得到分布式电源所连接母线处电压U_PCC为 0.390 9U_n;考虑一定裕度,将界限设定为0.45U_n,可以认为当1 s重合闸时,分布式电源所连接母线处电压跌落值在0.45U_n以上,重合闸失败不会使分布式电源低电压穿越失败从而退出运行.当电压跌落值在0.45U_n以下时,可以延长重合闸的动作时间至T_AR≥T₂,此时即使重合于永久性故障,分布式电源也不会受影响而脱网,因为分布式电源此时已经重新开启新的低电压穿越过程.这样可以保证故障上游侧及相邻线路的分布式电源保持并网运行状态,系统侧保护10的重合闸自适应延时为

(4)$\left.\begin{array}{l}{T}_{AR}\ge {T}_{11}-{T}_{10}+{T}_{tt},　{U}_{PCC}^{p.u.}0.45\\ {T}_{AR}\ge {T}_{2},　{U}_{PCC}^{p.u.}\le 0.45\end{array}\right\}$

显然,故障点上游含有分布式电源的线路重合闸,可以根据母线PCC点处的电压进行自适应调整,如果电压标幺值大于0.45,则可以采用传统的双侧电源的重合闸启动时间;如果电压标幺值小于0.45,为了保证分布式电源不脱网运行,应该等到分布式电源完成一次低电压穿越后再重合.

2.2 故障点下游侧基于SOP的故障恢复策略

以上重合闸重合时间自适应的提出只解决了故障位置的上游侧及相连馈线上的分布式电源脱网问题,对于故障点的下游侧,之前的研究大多切除所有分布式电源^[17],避免非计划孤岛的形成,或提前对所有分布式电源划分计划孤岛区域,实施难度较大^[18]. 随着分布式电源的渗透率越来越高,如果故障下游侧分布式电源全部退出运行,在故障切除之后再重新并网,则会给电网带来较大冲击,且分布式电源脱网后经过很长一段时间才能重新并入电网,不仅影响用户的供电可靠性,还会造成较大经济损失.本文提出一种接入柔性软开关装置运行的方式,在配电网负荷侧末端接入多端口的柔性软开关装置,以期在配电网发生故障时,通过各个端口控制策略的转换,能及时进行负荷转供,以保证最大数量的重要负荷安全运行,同时提供电压支撑使得故障下游侧分布式电源不至于全部脱网,充分利用新能源,提高经济效益.

(1) 柔性软开关的拓扑结构.目前的柔性软开关大多以背靠背电压源型换流器(back-to-back voltage source converter, B2B VSC)为实现方式,SOP端口数量由AC/DC换流器数目决定^[19],电压源型换流器内侧通过直流母线相连,外侧连接不同交流馈线末端,由两个背靠背的VSC1和VSC2组成的双端SOP基本拓扑结构如图4所示.图中:E₁、E₂分别为SOP所接2个系统的电压;R₁、R₂分别为2个系统的电阻;L₁、L₂分别为2个系统的电感;C为直流侧电容;I_dc为SOP直流侧电流.电网侧电阻和电感共同构成滤波器,通过滤波器的作用可以有效抑制电网谐波.直流侧的滤波电容可以减弱高次谐波的影响,能够使输出电压维持稳定.

图4

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图4 背靠背柔性软开关结构图

Fig.4 Structure of back-to-back SOP

(2) 柔性软开关的控制策略.由于配电网运行具有不确定性,会有各种随机且复杂的情况出现,所以需要柔性软开关能够适用于配电网潮流双向传输,并且能够在配电网网络结构发生变化时切换控制方式,维持配电网稳定运行^[20].柔性软开关中的 VSC 通常采用3种控制方式:① 定直流电压控制,用来保持直流侧电压稳定,以及控制交流侧无功功率Q的传输,即V_dcQ控制;② 恒功率控制,即PQ控制,电压和频率由电网给定,PQ控制通过检测电网电压的幅值和相位,跟随电网的电压,通过控制电流进而控制输出的无功和有功功率P为给定值,其本质上是一种电流控制;③ 无源逆变控制,即电压/频率(V/f)控制,采用双环控制方式,电压外环用来维持输出电压的稳定,电流内环则能够快速抵御扰动,保证满足电能质量的要求^[21].

当多端口柔性多状态开关的某一侧发生故障时,为了确保能够持续不断地给重要负荷供电,并且给故障侧的DG提供电压支撑,使其不至于全部脱网,需要采用维持电压和频率保持不变的V/f控制策略.V/f控制的结构框图如图5所示,利用Clarke 变换和Park 变换将交流侧三相电压和三相电流转化成两相旋转坐标系下的d轴和q轴分量,在电压外环中,电压参考信号${u}_{od}^{\ast }$、${u}_{oq}^{\ast }$与实际值u_o_d、u_o_q的偏差经比例-积分(proportional-integral, PI)控制器跟踪处理以及交叉耦合补偿后得到电流内环的参考电流值${i}_{d}^{\ast }$、${i}_{q}^{\ast }$,二者分别与其实际值i_d、i_q比较,同样经PI调节以及交叉耦合补偿后,得到最终电压值,然后通过空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)模块产生脉冲信号,控制逆变器开关管进而生成端口所需的信号.图中:i_i_d、i_i_q、i_o_d、i_o_q、u_i_d、u_i_q为控制过程中出现的中间量;ω为角频率;L为电感.

图5

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图5 V/f控制结构

Fig.5 Structure of V/f control

以图4所示的双端柔性软开关为例,两端 VSC 采用的控制方式组合如表1所示.在并网运行方式下柔性软开关主要采用功率控制和定直流电压控制,在离网运行方式下柔性软开关的离网侧 VSC 采用无源逆变V/f控制.

表1 双端柔性软开关的控制方式

Tab.1 Combination control method of dual end flexible soft switch

VSC1	VSC2	系统运行方式
PQ控制	V_dcQ控制	正常运行
V_dcQ控制	PQ控制	正常运行
V/f控制	V_dc控制	VSC1侧发生故障
V_dcQ控制	V/f控制	VSC2侧发生故障

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3 仿真验证

为了验证所提故障恢复策略的正确性,在仿真平台MATLAB/Simulink中按照图2搭建有源配电网的仿真模型,表2为有源配电网系统仿真模型相关参数.

表2 有源配电网系统仿真模型相关参数

Tab.2 Relevant parameters of simulation model for active distribution network system

参数	取值	线路阻抗
线路AB长度/km	2	正序电阻R₁=0.175 Ω/km
线路BC长度/km	2	正序电感L₁=0.001 21 H/km
线路CD长度/km	6	正序电容C₁=0.383 2 μF/km
线路DE长度/km	2	零序电阻R₀=0.23 Ω/km
线路FG长度/km	2	零序电感阻L₀=0.005 47 H/km
		零序电容C₀=0.398 μF/km
系统电源电压/kV	10
负荷容量/MW	2
DG容量/MW	3

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逆变型分布式电源无法对电网提供电压支撑,重合闸从断路器跳开到重合闸重合需要考虑故障点电弧熄灭时间、绝缘强度的恢复时间以及一定的时间裕度.假设故障发生在 0.5 s 时,经过0.02 s故障两侧的断路器跳闸,之后进行时间自适应重合闸操作.

为了验证时间自适应重合闸的可行性,在故障较为严重的情况下进行仿真,观察分布式电源接入点的电压变化曲线是否满足低电压穿越条件,以此判断分布式电源是否退出运行.模拟在区段CD上发生永久性故障的情况,故障类型为三相短路,记录DG3的 PCC 处电压变化,设置了以下两种情况分别进行验证.

情况1:如图6曲线所示,红色曲线U-LVRT/1代表低电压穿越要求,蓝色曲线U_PCC/1表示DG3所连接母线C的电压变化.图中:U为电压.在 0.5 s 时故障发生,DG3的PCC处电压跌落至额定电压的45%以上,近系统侧断路器按照时间自适应重合闸策略1 s后进行重合闸操作,故障设置为永久性故障,导致重合闸失败,分布式电源并网点电压再次下降,但依旧满足低电压穿越要求,DG3保持并网运行.

图6

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图6 DG3所连接母线C电压变化(情况1)

Fig.6 Voltage changes of Bus C connected to DG3 in Case 1

情况2:如图7曲线所示,红色曲线U-LVRT/1代表低电压穿越要求,蓝色曲线U_PCC/1表示DG3所连接母线C的电压变化.在0.5 s时故障发生,DG3的PCC电压跌落至额定电压的20%以上45%以下,近系统侧断路器按照时间自适应重合闸策略2 s后进行重合闸操作,故障设置为永久性故障,导致了重合闸失败,分布式电源并网点电压再次下降,但仍满足低电压穿越要求,DG3仍并网运行.

图7

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图7 DG3所连接母线C电压变化(情况2)

Fig.7 Voltage changes of Bus C connected to DG3 in Case 2

以上仿真结果验证了故障位置上游侧重合闸重合时间自适应策略的正确性,其与传统重合闸逻辑联切分布式电源相比,具有明显优势,可以最大范围地保证分布式电源的并网运行.

为了验证故障下游侧采用SOP取代联络开关进行故障恢复的可行性,同样在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建SOP的仿真模型,在故障发生时SOP立即切换控制策略,柔性软开关的离网侧 VSC采用V/f 控制,对故障下游侧进行电压支撑,图8所示为图2中母线D的电压有效值与频率波动情况,图9所示为离网线路DE的电压电流(I)波形,可以看出故障下游侧的电压和频率经过较短时间的波动后就稳定在10 kV和50 Hz,保证了故障下游侧负荷的可靠供电和DG的并网运行.仿真结果验证了故障位置下游侧使用SOP进行故障恢复的可行性.

图8

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图8 DG4接入母线D的电压有效值与频率波动情况

Fig.8 Effective voltage value and frequency fluctuation of Bus D connected to DG4

图9

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图9 离网侧线路DE电压电流波形

Fig.9 Voltage and current waveforms of DE line on the off-grid side

根据所设置的典型配电网络以及仿真数据,所提重合闸与故障恢复方案与之前采用的切除所有分布式电源后再进行重合闸操作,并且采用联络开关进行负荷转供的故障恢复方案优势对比如表3所示.由表可见,所提方案明显缩短了停电时间,减少了失电负荷量,并且大幅降低了分布式电源脱网率,提高了新能源的利用效率.

表3 重合闸与故障恢复方案对比

Tab.3 Comparison between reclosing and fault recovery plans

方案	停电持续时间/s	断电负荷/MW	DG脱网率/%
联切DG+使用联络开关的重合闸与故障恢复方案	>2	4	100
所提重合闸与故障恢复方案	0	0	28.57

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4 结语

针对大量分布式电源接入的配电网故障后容易造成分布式电源大规模脱网,且故障下游侧的负荷均会失电的问题,为满足经济性要求,同时保证用户侧持续可靠供电,对故障位置的两侧提出不同的故障恢复方案.对于故障上游侧采用重合闸重合时间自适应方案,将重合闸与低电压穿越在时序上进行配合,通过检测分布式电源并网点电压选择不同的重合闸重合时间以满足LVRT要求,降低分布式电源的脱网率.运用SOP对故障所在馈线下游侧的分布式电源提供电压支撑,在进行负荷转供的同时也极大地提高了新能源的利用率及发电效益.最后,通过搭建仿真模型验证了所提重合闸与故障恢复方案的有效性与可行性.

参考文献

原文顺序

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被引期刊影响因子

[1]

杨彬.

含分布式光伏的配网故障区段定位与恢复控制方法研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2023.