摘要：我国配电网发展相对落后，网架结构不合理，调控方法不灵活，越来越多的冲击性负荷加入威胁着配电网的安全稳定，故障是难以避免的。为减小故障停电带来的损失研究配电网故障恢复策略迫在眉睫，典型的配电网故障恢复模式大致分为主站监控的故障恢复模式、重合器故障恢复模式、配电管理系统恢复模式三类。为了更好的配电网故障恢复，代替传统联络开关的新型电力电子器件——SNOP(Soft Normally Open Point)近年步入我们的视线，引起了人们的重视。
关键词：配电网故障；故障恢复模式；SNOP
1 引言
配电网作为电力系统较末端的一环，从输电网或发电厂直配获得电能，再将电能通过配电装置输送给用户，将用户和电力系统联系在一起。配电网的可靠性、安全性直接影响到用户乃至国家的利益，当前配电网大多使用传统联络开关或分段开关作为网络重构的基础，它们存在许多问题，如影响配电网控制的效率、影响配电网的安全性和可靠性等。若不能及时恢复非故障区域供电，联络开关误动或拒动，进一步扩大故障影响范围，加重故障带来的损失，甚至还可能影响到公共基础设施的正常运行。为了防患于未然，代替传统联络开关的新型电力电子器件——SNOP(Soft Normally Open Point)近年步入我们的视线，引起了人们的重视。
SNOP软常开开关相比传统联络开关具有诸多优点，例如可以精确控制其两侧馈线上的有功功率与无功功率，改善系统整体潮流分布；进行电压无功控制，改善馈线电压水平；通过交流变直流转交流来实现两端馈线电气解耦，确保故障情况下不间断负荷供电；响应速度快，不受动作次数限制，能连续控制；能有效降低损耗，提高经济性等等，对配电网长久稳定运行有着重要意义。
2 国内研究现状
2.1 SNOP在配电网中的应用及优点
SNOP作为一种代替传统联络开关的全控型电力电子器件，主要有3种装置：背靠背电压源型变流器(Back to Back Voltage Source Converter)、统一潮流控制器(UPFC)、静止同步串联补偿器(SSSC)构成。SNOP的引入为配电网故障恢复带来了诸多便利，具体表现为如下几点：
（1）改善系统整体潮流分布
正常运行下，SNOP一端VSC采用PQ控制，能较好的调节本侧的有功功率和无功功率，另一端VSC采用VdcQ控制，能调节本侧直流电压和无功功率；故障情况下，故障侧VSC采用Vf控制，能稳定故障侧的电压频率，非故障侧采用VdcQ控制。由此可见，无论配电网存在故障与否，都能通过SNOP灵活的控制模式达到准确控制直流侧电压和所连接两条馈线的无功功率，进而改善系统整体潮流分布的目的。
（2）改善馈线电压水平
由上述SNOP控制模式可见，SNOP可以对馈线提供一定的无功功率，平衡两侧负载，降低一侧无功功率，从而改善电压水平。
（3）故障下不间断供电
当配电网出现故障时，SNOP的直流电容会从正常运行的一侧吸收能量并向故障侧输送有功功率和无功功率，故障侧的VSC由PWM控制在逆变工作模式下，将直流电容输送过来的功率转变为交流，由线路输送给非故障区域，从而实现故障下不间断供电。
2.2 配电自动化故障恢复模式
作为配电网故障恢复中先导性的一环，快速定位、隔离故障能极大的缩短负荷间断供电的时间，降低故障停电带来的损失，先进科学的故障恢复模式能加快故障的定位与隔离，在符合经济性的前提下，采用合适的故障恢复模式无疑能够极大提高配电网的可靠性和安全性。
现国内的配电网故障恢复模式主要有三种：主站监控恢复模式；重合器恢复模式；系统保护的恢复模式。上述方法均能利用联络开关和分段开关进行网络重构，但断路器的动作次数和投切负荷的大小标准不尽相同。
（1）重合器恢复模式
重合器恢复模式在故障发生后，将操作断路器按一定顺序重合，当带有故障的线路断路器闭合时，将故障重合于系统，该断路器会再次动作并连同故障线路两侧的开关一起跳开，从而可以迅速确定故障的位置并将故障隔离，如此便能对非故障区域恢复供电。
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（2）主站监控恢复模式
该模式需要在各个断路器上安装馈线终端单元用于监测线路的电气量并传输回主站，若线路发生故障，主站能够及时收集故障前、故障时的数据信息，根据各线路电气量判断出故障发生的位置，减少了断路器接受信号、响应信号的过程以及延时，能瞬间将故障线路隔离再恢复非故障区域供电，使供电可靠性得到保障。由于每个断路器需要安装馈线终端单元，导致成本和维护费用增加，多用于一类、二类负荷较多的线路。
（3）配电管理系统恢复模式
该模式能迅速定位并隔离故障，并不对非故障区域产生影响，优势显著。应用主站数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）收集系统实时信息，应用专家系统智能找寻最佳故障恢复方案，因此可以满足网络系统潮流约束、运行电压水平约束和支路电流约束，以及预防一些预料以外的状况发生。
3 国外SNOP研究现状
SNOP的发展亦离不开国外学者的研究，本节主要涉及设备层的发展，国外研究机构提出了许多电力电子设备在配电网中的应用，通过试验等方式验证了电力电子设备在配电网中发挥的功能，一步一步研发至今诞生了许多新型电力电子设备，从而打开了电力电子设备与电力系统互联的大门。
3.1 解耦互联器
解耦互联器最先由加拿大魁北克一水电研究所在1994年研发成功，是基于相间功率控制器(Interphase Power Controller,IPC)的一种拓展应用，其原理是用电容和电感改变不同相位电源的相位，向输电线路受端供电，产生相位差从而控制有功功率。解耦互联器可方便潮流计算，连接网络母线节点不会增大短路电流，限制故障的扩散。
3.3 环网平衡控制器
环网平衡控制器这一概念最先由日本一电力研究所在2007年提出，其设计初衷是为了调控双端潮流分布，使馈线负荷分布平衡，改善末端电压质量，与如今的SNOP功能有很大程度上的相似，设备层面发展至此，已呈现某种趋势。
3.4 智能能量路由器
智能能量路由器(Smart Power Router)最先由荷兰学者提出，在背靠背VSC的基础上进行了扩展，有助于配电网功率交互，重组时更加灵活。
3.5 Soft Normally Open Points
SNOP是基于全控性电力电子器件的控制工作，具有响应快、动作次数多、控制连续、维护简便等特点。SNOP把结构复杂的配电网分割为若干个相对简单的子网络，正常运行时各个子网络通过SNOP互联，可达到负荷均匀分配和优化系统电压质量的作用，故障时，各个子网络通过SNOP实现有功功率和无功功率电气解耦控制，可有效防止故障影响扩大，从而保障配电网运行的安全性和可靠性。SNOP的投入可在提高配电网可靠性的同时结合辐射性结构与环形结构的优势，简化系统保护配置的策略。随着越来越多的分布式电源接入配电网，SNOP良好的分布式电源消纳能力也成为了其不可忽视的优点，可以减小分布式电源接入时对电网的冲击，优化电压水平。
4 结束语
配电网作为电力系统较末端的一环，从输电网或发电厂直配获得电能，再将电能通过配电装置输送给用户，将用户和电力系统联系在一起。配电网的可靠性、安全性直接影响到用户乃至国家的利益。
当下SNOP的研究正处于起步阶段，为解决我国配电网结构不合理与经济迅速发展的矛盾，深入了解SNOP的优越性迫在眉睫。需要深入的了解配电网故障恢复问题的意义及基本过程研究基于传统联络开关的配电网故障恢复的基本方法以及SNOP的数学模型和控制策略。
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论文作者:杨鑫宇 徐涛
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/8
标签：故障论文; 配电网论文; 模式论文; 功率论文; 电压论文; 断路器论文; 线路论文; 《中国电业》2019年第13期论文;