含高密度分布式電源的配電網故障分析關鍵問題

唐仁權

摘 要：從現階段我國配電網架構的發展形式來看，未來的發展架構將具備分布式電源高密度接入以及交直流混聯接入等技術特點，而對于互聯網故障的分析，工作將會面臨更高的技術方面的挑戰，高密度的分布式電源的配電網故障分析是我國配電網得以穩定運行的重要條件之一。本文對其造成運行故障的關鍵問題進行了分析，并且給出了自己的建議，希望對于我國電力行業未來的發展起到了一定的輔助作用。

關鍵詞：高密度 分布式電源 電網故障 問題分析

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（c）-0033-02

現階段，我國石油以及煤炭等不可再生資源被大量的開發，導致我國的自然環境受到很大程度的影響，同時，也使得我國對于可再生資源的開發工作有了更加迫切的需求。電力技術是一項環保型的技術，我國已經開始嘗試采用電力資源漸漸取代不可再生資源，并且已經取得了階段性的成果。隨著我國科學技術的不斷發展，很多行業都開始將可再生能源作為行業運轉的主要依據，為了行業可持續發展的同時，更是為了對于我國所生存的大環境的保護以及愛惜。在這樣的時代背景之下，我國配電網的結構發生了根本性的變化，這直接導致資源的利用主體更加偏向于可再生資源，未來的可再生資源的利用程度會不斷加大，并且電力行業將通過分布式發電的方式進行多點位、高密度的形式接入配電網，這就要求分布式電網的發展速度要有所提升，從而更好地適應時代的潮流需求，這也會在很大程度上帶動電子產品在配電網上進行科學合理的應用，以此來提高工作的質量以及工作的效率[1]。

1 配電網的特征以及將面臨的挑戰

在未來的發展過程中，配電網的特征會有很大程度的改變，這與時代的必然選擇是分不開的，其構架應該具備交直流混聯以及分布式電源高密度接入的特點。將采用大量的具有隨機性以及間歇性的分布式電源高密度接入，在實際運行的過程中，以分布式光伏等逆變型電源相對較多，同時，將采用交直流微電網以及虛擬電廠等新型的網絡組態，以此來提升工作的效率，并保證對于環境沒有影響。交直流電源在進行互聯的過程中，采用靈活多變的方式來進行。未來的智能配電將會是一次全新的科技創新，一方面可以與土層進行相互的輸電體系協調，另一方面還可以進行就地接入直流分布式電源的方式，來滿足電網直流接入的要求。對于智能開關的設計來說，電子技術的發展已近達到了一個新的高度，涌現出了許多新型的輔助設備，在實際應用的過程中都起到了較為理想的效果，可使用SNOP裝置，此項裝置可以代替傳統的聯絡開關，從而實現閉環運行[2]。通常情況下，配電網的結構較為復雜，尤其是大量的逆變型分布式電源以及電子設備的接入，使得配電網在運行的過程中一旦出行問題，并不容易解決。通常會采用時空關聯的特性從而呈現出非線性的受控特點，以此來分析故障產生的原因，這與傳統的故障分析方法有很大的不同，對于故障分析人員是一次挑戰。

2 故障分析研究現狀

隨著我國科學技術的不斷發展，我國電網的智能程度不斷的提升，含分布式電源的交直流配電系統的分析逐漸引起了相關科研機構的重視。

2.1 分布式電源故障電流的特征與建模

對于分布式電源故障電流來說，會在很大程度上導致電流大小以及分布規律發生變化，從而導致其運行出現問題，這種故障的出現與分布式電源的類型有很大關系，就目前我國配電網的發展情況來看，研究的過程中通常采用同步發電機、異步發電機以及雙饋異發電機來進行。雙饋式發電機的故障電流特征與電路工作的方式有很大關系。雙饋發電機的故障電流在進行啟動的時候，需要穿過轉子繞組出現過流使其長期短路，直到系統恢復正常運行為止。經逆變器并網的分布式電源故障的產生原因較為復雜，并且不容易修復，由于逆變器具有一定的流動功能，所傳輸的電流有限，并且電源在不同階段所流通的短路電流量也有所變化，針對這一特性可以對其展開相關的維修工作。在進行繼電保護的過程中需要獲取精準的故障電流特性，例如，暫態分量的變化等等詳細的數據情況，這些數據對于繼電保護工作的展開會提供一定的依據，采取故障定位的方法對發生故障的部位進行排查，對輸出電源的輸出功率、端電壓以及控制策略進行研究，目前，大多數的研究都是基于數字仿真的形式來進行的仿真平臺在很大程度上揭示了分布式電源的故障發生實際情況[3]。

在對于故障電流的量化計算方面，同步發電機的計算模型已經較為完善，這與分布式電源的應用有很大的關系，可以通過微積分對其進行較為系統的計算，不過，其計算過程較為復雜，一般情況下，在實際的工程過程中，不必使用如此復雜的計算方式進行計算，可以基于電力電子設備的運行特點進行穩態模型的建設，在早期工作開展的過程中，并沒有對于低電壓的具體要求，隨著各個國家對于低電壓的相關要求規定越來越嚴格，在低電壓的穿越控制之下故障電流的特點變得更加明顯，可以根據低電壓的具體跌落的程度來判斷電壓的運行情況。

2.2 交直流配電系統的故障特征分析與建模

現階段，電力交直流配電系統的故障較為常見，對其治理方法也有很多，其中基于全控型電力電子晶體管的柔性系統擁有靈活性以及無換向性的優點，已經成為現階段行業內研究以及發展的主要方向。對于兩電平壓電壓源型換流器的應用程度來說，應用的過程中取得了較為理想的效果。在故障的建模方面，交直流配電網絡的故障模型較為完善，但是對于直流配電系統的研究還相對較少，并沒有呈現出規模，目前，可以采用MMC的方法對其進行研究，這種研究方法主要適用于背靠背的網絡拓撲結構，要對其進行系統的結構建模，現階段，網絡的結構更像是直流的變電站。除此之外，交直流系統之間的關系建模目前所涉及的研究相對較少，只是根據不同的暫態過程給出了不同的運轉機理[4]。在實際工作展開的過程中，要根據交直流之間的等值建模的不同進行具體的討論。

3 對于關鍵問題的研究以及展望

3.1 分布式電源故障特性理論解析

對于分布式電源的故障來說，在交直流的配電系統中較為常見，分布式的電源存在恒定的輸出功率，當高密度電源接入的時候，二者會互相影響，逆變型分布式電源在不同的階段所表現出來的出力特性、不同故障點電壓的跌落程度等都不一樣。

在對分布式電源的故障進行計算建模的時候，要主要以一個分布式電源為研究的主要對象，根據運行之后的電壓值進行判斷，根據其特性來選擇具體的計算建模方法，在理論的基礎之上對其進行研究，可以通過對故障位置以及相關網絡參數的確定來判斷故障電流以及電壓的靈敏程度。

3.2 交直流配電系統的故障耦合特性建模

交直流配電系統主要是通過換流器之間的互聯來進行工作，當換流器出現故障的時候，其耦合回路會通過換流器進行流通，當直流電源發生雙極的故障時，交流電流的注入與直流電流的注入會發生一定的變化，從而形成故障回路，進而影響交流側電流的正常運行。

4 結語

綜上所述，本文對于含高密度分布式電源的配電網故障分析關鍵問題進行了較為系統的分析，并且結合行業內的實際情況以及筆者自身的而工作經驗給出了相應的意見，希望對我國電力行業未來的發展起到一定的協助作用。

參考文獻

[1] 彭克，張聰，徐丙垠，等.含高密度分布式電源的配電網故障分析關鍵問題[J].電力系統自動化，2017，41（24）：184-192.

[2] 孫毅衛，王志文，汪雨辰，等.含高密度分布式電源的配電網短路電流快速計算方法[J].電力建設，2016，37（5）： 118-124.

[3] 尤陽陽.高密度分布式電源接入微電網策略研究[D].華北電力大學，2017.

[4] 王紹文.靈活的高密度分布式電源設計[J].電子測試，2015，20（2）：185-187.