1研究背景
分布式能源(DER)的大量接入不仅改变了传统配电系统的潮流分布，对于传统继电保护系统及配电自动化系统也带来了挑战。当配电网故障发生时，DER将向故障点提供短路电流，这将导致配电网辐射状供电运行和故障电流分布特性发生改变。本文针对分布式电源接入配电网位置及过流保护配置关系的不同进行短路电流情况分析后，得到在各种情况下过流保护都将发生误动或拒动，降低供电可靠性。因此，本文提出一种基于同步采样的分布式纵差方法来满足含DER的配电网馈线自动化需求。
2基本原理
2.1 如何构建基于电流纵联差动的含分布式电源故障判据方法?
通过将线路两端甚至多端同一时刻电流幅值I1、I2及对应相角q1、q2，通过如下逻辑进行故障定位判断：①判断出口开关是否有故障过流信号，如有则保护动作跳闸，启动本算法进行故障区域判断。此时出口开关与相邻开关进行通信，传递电流波形及过流信号。②判断本侧及对侧开关是否都过流，若是则下一步;若一侧过流一侧不过流则故障就在本区域内，开关断开;若两侧都不过流则故障不在本区域，寻找相邻开关。③通过传递相邻开关的故障前后电流波形，计算通过采样获取双端内故障电流波形。若相位差，则故障在本区域内，d为实际误差系数，否则寻找相邻开关。④继续搜索下级相邻开关，重复过程②和③，直至找到故障区域，将该区段的开关全部断开，算法停止，故障被隔离。
2.2 如何建立适用于主动配电网的分布式故障定位、隔离及供电恢复(FLISR)策略框架?
由于分布式电源接入配电网时需要配备孤岛保护，因此在故障发生时可能有如下3种情况发生：
(1)所有DER的孤岛保护都没有启动。
(2)部分DER的孤岛保护进行启动。
(3)所有DER的孤岛保护都启动。
上述3种情况从孤岛保护在故障时是否启动来判断分布式电源是否在故障时提供短路电流，同时一些分布式电源的自身容量较小或者类似光伏发电晚上运行时出力较小。因此，此时发生故障仅能提供较小短路电流甚至基本无法提供短路电流，这将导致无法检测到过流信号。针对上述情况，特别是在短路故障无法提供短路电流的情况，可以与上述三种情况中的(2)和(3)相对应，即认为此时分布式电源的孤岛保护启动，该分布式电源将无法提供短路电流。假如整个配电系统中都是此类型的分布式电源，则可以认为该配电系统即是上述情况(3);当整个配电系统中仅有部分是此类型分布式电源，则可以认为该配电系统即是上述情况(2);当整个配电系统中没有此类型的分布式电源，则可以认为该配电系统即是上述情况(1)。三种情况下具体的FLISR策略详见文章。
2.3 如何构建适用于主动配电网的故障恢复方法?
在多联络、多分段的多电源配电网接线模式下，根据本文提出的分布式处理方法，当一条馈线出口开关由于故障跳开后，该出口开关的下游开关将发出故障信号，并通过对等通信的方式与相邻开关进行通信校验寻找联络开关。此时该馈线区域的负荷将全部由另一条馈线供电。如果此时供电馈线的供电能力小于失电区域的负荷与该区域内DER的容量差，即将DER假设为负负荷，计算在此区间内负荷是否能满足其剩余带载供电能力。如果满足，则继续以下游开关进行递归计算直至不能满足为止。然后，将不能满足处的开关设置为断开的新联络开关，使下游待供电区域重新进入文中提出算法的故障恢复阶段进行计算，最终得出适用于主动配电网的故障恢复方案。
3仿真验证
本文通过贵阳863示范区算例进行DIgSILENT仿真，具体算例示意如图1所示。其中，故障点在联络开关3和负荷开关8之间，DER类型有储能、光伏、风电、充电桩、水电和冷热电三联供等。
图1 国家863主动配电网示范区示意图
通过上述故障恢复方法，联络开关5和7将向相邻开关依次递归计算剩余带载能力是否能满足停电区域负荷与DER容量差的停电负荷要求。
1)首先以计算联络开关7的剩余容量计算。假设其对侧馈线剩余转供能力能带2个负荷，DER的容量均为0.15个负荷。通过与相邻开关10进行对等通信，可知此时待恢复区域共有(4-0.15*6)=3.1个负荷容量，此时联络开关7对侧馈线不能满足完全转供条件。
2)依次递归。首先与相邻负荷开关10进行通信，计算联络开关7和负荷开关10区段内的负荷容量。如果负荷容量小于对侧馈线剩余转供容量，则将联络开关7闭合，将负荷开关10作为联络开关进行断开，并将对侧馈线剩余转供容量与该区域内的负荷容量的差作为新的对侧馈线剩余转供容量，以此递推可得表1中的结果。
3)如果算法无法继续进行深度递归搜索，则得到通过联络开关7对侧馈线实现的故障恢复方案。
4)最后可得到新联络开关为最后一次深度搜索成功的父节点，即负荷开关17。由于联络开关7对侧馈线无法将全部失电区域进行恢复供电，联络开关5也将在新联络开关17网架下继续启动供电恢复算法，同理可得递推结果如下表2所示。
5)算法深度递归搜索完成。联络开关5闭合，失电区域将全部得到恢复，得出含DER的智能分布式配电网供电恢复方案。
