断路器分相操作是怎样实现中性点不接地配电网孤岛检测的？

1、研究背景

分布式电源（DG）的孤岛现象，是指当主电网失压时，DG仍保持对失压电网的部分线路继续供电的运行状态。孤岛检测是DG并网的基本要求。然而，由于电网与DG运行的互动性和复杂性，孤岛检测问题被视为当前配电网保护领域的难题之一。鉴于分布式能源发展战略在我国总体能源战略中的重要地位和持续高速增长的DG渗透率，可靠实用的孤岛检测方法研究对含DG的现代配电网的运行具有重要意义。

2、现有孤岛检测方法方案比较

现有孤岛检测方法可分为本地检测法和远程检测法。本地检测法可进一步分为被动检测法和主动检测法。其中，被动检测法是基于DG侧直接测量的并网点电气量变化判断孤岛是否发生;主动检测法是在DG的输出端叠加小扰动，测量并网点电气量的变化，判断孤岛是否发生。远程检测法则利用通信手段，接收主网侧断路器分断形成孤岛信息，实现孤岛判断。

相较而言，本地检测法成本低廉，受到工业界的广泛欢迎，具备大规模推广应用潜力。然而，根据现场应用的实际情况表明，本地检测法在系统发生负荷扰动或故障扰动时可靠性较低。虽然远程检测法原理简明清晰，但是受到经济条件的约束，目前尚不具备大量推广应用的可行性。另外，远程传输的信号会受系统故障产生的干扰影响而导致孤岛检测失误。

3、研究思路

为保证系统的安全稳定运行，输电网的断路器普遍采用分相操作。近年来，配网用分相操作断路器也已出现，ABB公司的Padmount系列断路器和GridShield系列重合器工作电压34.5kV，分断电流可达12.5kA，均支持单相操作。在应用方面，美国的一些配电网在2004年已开始试点应用分相操作断路器。

由于主网侧断路器的分断是孤岛形成的直接原因，受利用电力线载波通信的孤岛检测方法和配电线路无通道保护的启发，本文提出了主网侧断路器分相操作，DG侧基于电气量感知断路器动作，判断孤岛形成的研究思路。

4、技术原理与方案

基于分相操作断路器，本文以先分断主网侧A相线路，经过一定时间延时（初步定为60ms）后再分断B，C相线路为例分析孤岛检测技术方案。在此过程中，DG侧电气量具有下述特征：

特征1：孤岛形成前，主网和DG共同给本地负荷供电，DG侧三相电压运行稳定。相应地，DG侧负序电压分量V2很小或等于0。当A相断路器动作后，DG侧三相系统不再对称，DG侧将产生V2，并持续一定时间。当三相断路器完全分断后，若DG侧三相重新平衡，V2将消失。

特征2：孤岛形成前DG侧三相电压稳定。孤岛形成时，当断路器仅分断A相线路，VA将发生变化，围绕额定值升高或降低。当三相线路全部分开、孤岛形成后，VB和VC也将跟随VA偏离额定值，并且，VB和VC的偏离方向将与VA保持一致。

围绕上述两个特征，本文提出的孤岛检测方案流程如图1所示

图1 孤岛检测流程图

5、仿真验证

本文的仿真采用PSCAD/EMTDC。测试场景包括孤岛形成、负荷扰动和故障扰动等。仿真所得到的孤岛检测结果如图2所示。结果表明：所提方案在0.1s内检测出孤岛。其他测试结果同样表明所提方案的有效性、可靠性（具体测试结果请参见原文）。

图2 孤岛检测波形

6、结语

DG及其他主动式负荷的广泛接入将对配电网的管控产生重大变革。效果突出、成本适宜的孤岛检测方法和技术无疑将极大促进现代配电网的发展。本文提出了一种一次设备和二次设备协调配合的孤岛检测方法。该方法利用一次设备灵活的动作方式，“发布”相关电气信息，下游DG侧二次设备基于电气信息的变化来判断系统运行状态。