學術簡報:適用於主動配電網的電壓暫降源精確定位策略

武漢大學電氣工程學院、國網湖北省電力有限公司電力科學研究院、太陽能高效利用湖北省協同創新中心的研究人員陳汝斯、林濤、畢如玉、徐遐齡、齊清，在2019年《電工技術學報》增刊1上撰文指出，準確定位電壓暫降源，對提高供電可靠性、明確供需雙方責任具有重要意義。

目前，基於有限電能質量（PQ）監測點量測數據和配電自動化提供的網絡實時信息，通過短路電流計算，進行配電網電壓暫降源精確定位成為研究熱點之一。但現有方法存在不區分暫降源類型，需遍歷所有母線、計算量大、過渡電阻估計不準確影響定位精度、難以適用於多源主動配電網等不足。該文提出一種適用於主動配電網的電壓暫降源精確定位策略。

針對基於序功率增量方向原理確定的暫降源候選區域，進行電壓暫降成因辨識。對於由短路故障引起的電壓暫降，基於考慮分布式電源接入和過渡電阻影響的主動配電網短路電流計算方法，以故障位置、過渡電阻為優化變量，以最小化有限觀測點處故障電流、電壓的計算值與觀測值誤差為目標，建立尋找最鄰近母線和尋找準確故障位置的分步優化模型並採用智能優化算法求解，實現精確定位。

基於改進IEEE 34節點配電網算例驗證了本文方法的有效性，並通過與現有方法的結果比較說明了所提方法的優越性。

隨著各類新能源發電裝置以及電力電子接口設備的廣泛接入，主動配電網表現出潮流雙向、電能質量複雜化等不同於傳統配電網的特點。目前，開展配電自動化和配網調控一體化智能技術支持系統建設，全面提升電能質量（Power Quality, PQ）、提高供電可靠性，是配電智能化建設的主要目標之一。

作為最受關注的電能質量問題之一，電壓暫降嚴重影響配電網中各類設備的正常工作，造成巨大的經濟損失，是發達國家電能質量問題投訴中的首要問題，在我國也呈逐漸上升趨勢。

電氣故障（短路故障）是最為常見的電壓暫降成因。準確地定位暫降源，一方面有助於快速排查問題、快速實施檢修，對提高供電可靠性具有重要意義；另一方面，也可明確電壓暫降過程中供電企業和用戶的責任，分清源頭，更好地協調電力市場環境下電力部門與用戶之間的糾紛。

此外，隨著城市配電網建設、地下電纜化程度不斷提高，精確地暫降源定位，對於方便故障排除過程中巡檢工作，縮短故障持續時間、降低故障影響，具有重要意義。

到目前為止，阻抗法、行波法等方法被應用到輸電網的故障定位中，已經取得了較好效果。上述方法應用於配電網時，需安裝大量互感器和故障測距裝置，建設成本較高。

近些年來，隨著PQ監測系統的廣泛應用，基於該系統採集到的數據進行電壓暫降分析得到了廣泛關注。對於電壓暫降源定位問題，有學者分別提出基於擾動功率、擾動能量、等效阻抗實部、實部電流以及系統軌跡斜率的方法，以判斷暫降源相對於各觀測點的上下遊關係。

通過與配電自動化提供的網絡實時信息相結合，以上方法可進行暫降源大致區域的判斷，但對於電氣故障類電壓暫降源，無法實現精確定位。

針對電氣故障引起的電壓暫降，有學者基於短路電流計算提出了一種暫降源精確定位方法。首先，通過假設故障依次發生在各母線上並試探不同的電阻值，以根節點處的故障電流觀測值與短路計算值誤差最小為標準，搜尋距故障點最鄰近的節點並估算過渡電阻值；進一步地，遍歷與最鄰近節點相連的所有支路，通過不斷移動假設的故障點，以各觀測點處電流電壓觀測值與短路計算值誤差最小為標準，確定準確的故障點。

但該方法不足在於：

（1）採用的短路計算方法以及過渡電阻估算方法僅適用於單電源輻射型配電網。隨著各類分布式電源（Distributed Generator, DG）、特別是逆變型DG（Inverter Interfaced DG, IIDG）的大量接入，配電網已從傳統的單電源輻射型網絡轉變為多源複雜網絡，其短路電流特性與傳統配電網明顯不同。（2）在支路上移動假設故障點過程中，沒有對尋找最鄰近母線得到的預估過渡電阻值進行修正，故過渡電阻估計值與實際值存在偏差，影響短路計算準確性，進而對定位精度造成不利影響。（3）需要搜索分析所有母線、計算量大。基於有限PQ觀測點量測數據和配電自動化提供的網絡實時信息，本文提出一種適用於主動配電網的電壓暫降源精確定位策略。暫降發生後，首先基於序功率增量方向原理判斷暫降源相對於各觀測點的上下遊關係，以確定其候選區域、縮小待搜索區域。然後，進行電壓暫降成因辨識，以針對性地指導定位。

對於由短路故障引起的電壓暫降，在候選區域內，基於反演思想，以考慮了IIDG接入和過渡電阻影響的配電網短路電流計算為基礎，以故障位置、過渡電阻為優化變量，建立分步優化模型並採用智能優化算法求解，以實現精確定位。

圖1 改進的IEEE 34節點配電網拓撲

總結

基於有限PQ觀測點量測數據和配電自動化提供的網絡實時信息，本文提出了一種主動配電網電壓暫降源精確定策略，並基於改進的IEEE 34節點配電網算例進行測試，驗證了其有效性和優越性。

1）含電壓暫降成因分析，針對不同類型電壓暫降源採取不同的定位方法，不僅可準確定位短路故障引起的電壓暫降，也可對非電氣故障類電壓暫降源進行定位，避免因暫降源類型判斷錯誤影響定位準確性。2）基於反演思路，將電氣故障類電壓暫降源的精確定位問題處理為一個分步優化問題。通過在配電網短路計算中計及IIDG的影響，克服了傳統方法難以適用逆變型分布式電源大量接入的複雜多電源主動配電網的不足。通過對過渡電阻值進行二次優化修正，克服了現有策略在精確定位過程中對過渡電阻估計不準導致定位誤差較大的不足，所提方法定位精度高、抗過渡電阻影響能力強。