计及分布式电源输出特性的主动配电网合环电流计算方法_李邦源.pdf

第39卷 第6期2023年6月电网与清洁能源Power System and Clean EnergyVol.39No.6Jun.2023清洁能源Clean Energy基 金 项 目：云 南 电 网 公 司 科 技 项 目 计 划 资 助（YNKJXM20220177）；国家自然科学基金面上项目（51877018）。Project Supported by Technological Research Program of YunnanPower Grid Company Ltd.（YNKJXM20220177）；National NaturalScience Foundation of China（51877018）.ABSTRACT：Thewidespreadapplicationofdistributedgeneration（DG）has been constantly promoting the constructionof active distribution networks.However，the closing loopoperation of the active distribution network fault recoverygenerates the impulse current，which seriously threatens thesafety of power electronic devices and human beings.Due to thechange of DG output characteristics caused by the instantaneousvoltage fluctuation in the closed loop，the closing current in theactive distribution network becomes more complex，and it isdifficult to analyze and calculate it accurately at present.For thisreason，the equivalent model of the closing loop in the activedistribution network with DG is established，and the influence ofDG on the closing loop current in the active distribution networkis analyzed.By decomposing the active radial open-loop networkand the passive loop network，the expressions of the closing loopsteady-state current and the closing loop transient current arederived，and the calculation method of the closing loop current inthe active distribution network considering the influence of DGoutput characteristics is proposed.The examples show that theDG output characteristics have a direct impact on the closingcurrent，and the proposed calculation method can accuratelycalculate the closing current in the active distribution network.KEY WORDS：active distribution network；closing current；distributed generation；failure recovery；equivalent modeling摘要：分布式电源（distributed generation，DG）的大量应用使得主动配电网建设持续推进。主动配电网故障恢复的合环操作产生冲击电流，严重威胁电力电子设备和人身安全。由于合环瞬间电压波动造成 DG 输出特性变化，使得主动配电网的合环电流变得更加复杂，目前尚难以准确分析和计算。为此，建立了含 DG 的主动配电网合环等值模型，分析了 DG 对主动配电网合环电流的影响，通过分解有源辐射状开环网络与无源环状网络，推导了合环稳态电流与合环暂态电流的表达式，提出了考虑 DG 输出特性影响的主动配电网合环电流计算方法。算例表明，DG 输出特性对合环电流具有直接影响，所提出的计算方法能够准确计算主动配电网合环电流。关键词：主动配电网；合环电流；分布式电源；故障恢复；等值建模文章编号：1674-3814（2023）06-0115-09中图分类号：TM73文献标志码：A计及分布式电源输出特性的主动配电网合环电流计算方法李邦源1，李昂2，石恒初3，欧阳金鑫2，唐一恒1，许守东2，4，王建2，张丽4（1.南方电网云南电网有限责任公司玉溪供电局，云南 玉溪653399；2.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044；3.南方电网云南电力调度控制中心，云南 昆明650011；4.南方电网云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南 昆明650217）A Calculation Method of the Closing Loop Current in Active DistributionNetworks with Distributed Power Output Characteristics ConsideredLI Bangyuan1，LI Ang2，SHI Hengchu3，OUYANG Jinxin2，TANG Yiheng1，XU Shoudong2，4，WANG Jian2，ZHANG Li4（1.Yuxi Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，China Southern Grid，Yuxi 653399，Yunnan，China；2.State Key Laboratory of Transformation and Distribution Equipment and System Safety and New Technologies，Chongqing University，Chongqing 400044，China；3.Yunnan Electric Power Dispatch Control Center of Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Kunming 650011，Yunnan，China；4.Electric Power Research Institute of Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，China Southern Grid，Kunming 650217，Yunnan，China）清洁能源Clean Energy随着电网规模和容量的持续扩大，配电网故障恢复的安全性逐渐引起关注1。由于合环前合环点两端通常存在电压幅值差与相角差，因此合环瞬间通常不可避免地产生冲击电流2。合环冲击电流可能造成配电设备损坏并引起保护跳闸，产生巨大的经济损失3。随着光伏、风电等新能源技术的兴起，分布式电源（distributed generation，DG）广泛接入配电系统，传统配电网逐渐发展为可控、可调的主动配电网4。研究人员针对合环电流抑制已展开了大量研究5。随着 DG 的大量应用，利用 DG 的灵活功率控制能力改变接入点附近母线电压抑制合环冲击电流也受到关注6。文献7考虑了 DG 对合环冲击电流的影响，将合环暂态电流作为故障恢复的约束条件；文献8以网络潮流、DG 出力和柔性直流功率平衡为约束建立了配电网合环优化模型；文献9指出了由于线路电流约束，合环过程往往面临参数越限问题。上述研究考虑了 DG 在合环冲击电流抑制中的作用，但未给出考虑 DG 的合环电流计算方法。常规配电网合环电流的分析与计算已有较多研究。文献10分析了配电网合环电流的产生过程，指出合环电流的非周期分量是产生合环冲击电流的主要原因。文献11针对不同量测数据情形提出了合环电流的计算方法。文献12考虑电力系统状态不确定性的影响，提出了合环电流区间计算方法。文献13提出基于戴维南等值的冲击电流计算方法。但是，现有方法均未计及 DG 对配电网合环电流的影响。DG 输出特性与机端电压密切相关，合环瞬间机端电压突变引起 DG 输出特性的变化，必然改变合环电流。忽略 DG 输出的影响可能造成合环电流计算产生较大误差，影响合环冲击电流的抑制。此外，配电网负荷往往呈现梳状结构14，现有方法忽略了负荷阻抗，对合环冲击电流计算同样产生了不可忽视的影响15。本文提出了计及 DG 输出特性和馈线梳状负荷影响的主动配电网合环电流计算方法。首先将梳状馈线负荷等值为线路对地阻抗，建立了主动配电网等效合环模型；随后，分析了主动配电网合环冲击电流的产生过程，推导了合环电流的解析表达式，进而分析了合环电流的特征，提出了主动配电网合环电流计算方法。理论分析与算例表明，该方法能够有效计及 DG 影响，准确计算主动配电网合环电流，为主动配电网的故障恢复提供了理论支持。1主动配电网等值建模主动配电网是指利用电力电子、自动化、通信等技术实现对 DG 进行主动管理的现代化智能配网，可以通过主动管理实现对 DG 的主动消纳、系统电压的主动调节等措施进而有效提升电网电能质量16。网络重构是主动配电网故障恢复的主要手段，其本质为网络合解环17-18。图 1 所示含 DG 的主动配电网中，正常运行时开关 KS 打开，主动配电网为开环运行状态。当某一馈线发生故障时，在隔离故障后通过开关 KS 进行合环操作，可实现负荷转供。图 1 中 Sa1、Sa2San，Sb1、Sb2Sbn分别为合环点两侧馈线的梳状负荷；U1、U4为上一级电网电压；U2、U3分别为主动配电网母线 2、3 上的电压；Ua、Ub分别为节点 a、b 上的电压。图1主动配电网示意图Fig.1Schematic diagram of the active distributionnetwork图2馈线梳状负荷等效Fig.2Equivalent of the feeder comb load为了在简化合环电流计算的同时不降低模型精度，将馈线梳状负荷等效为能够反映原有负荷特性的等值负荷。以图 1 中的母线 2 至节点 a 段馈线为例，将梳状负荷等效为接入 K 点功率为 PK+jQK的等效负荷，如图 2 所示。其中，P2+jQ2与 Pa+jQa为流李邦源，等：计及分布式电源输出特性的主动配电网合环电流计算方法Vol.39No.6116第39卷第6期电网与清洁能源清洁能源Clean Energy入馈线首、末端节点的功率。根据电压降落公式，等效负荷接入点处的电压可分别由馈线两端的电压 U2与 Ua表示为U2K=|U2-P2rL2K+Q2xL2KU22+|P2xL2K-Q2rL2KU22（1）U2K=|Ua+Par()L-L2K+Qax()L-L2KUa2+|Pax()L-L2K-Qar()L-L2KUa2（2）式中：r、x 分别为馈线单位长度电阻与电抗；L 为馈线总长度；L2K为母线 2 到等效负荷的距离。UK与UK应相等，因此通过求解下式即可计算L2K：UK-UK（3）将满足式（3）的L2K代入式（1）可得等效负荷处的电压，因此可得等效负荷阻抗为ZK=RK+jXK=U?KI?K=U?KI?A-I?a（4）式中：RK、XK为等效负