淺談基于DMS的配網(wǎng)大面積停電輔助決策系統(tǒng)

林輝琛

國網(wǎng)漳州供電公司

淺談基于DMS的配網(wǎng)大面積停電輔助決策系統(tǒng)

林輝琛

國網(wǎng)漳州供電公司

本軟件就是為了解決配網(wǎng)大面積停電而設(shè)計開發(fā)的，其主要目的是當(dāng)發(fā)生全站母線失壓時能夠快速將負(fù)荷轉(zhuǎn)移出去，并生成轉(zhuǎn)移方案和動作設(shè)備表，進(jìn)一步生成操作票。當(dāng)故障[1]恢復(fù)后，能夠生成恢復(fù)方案及動作順序表及指令票。在變電站警戒狀態(tài)下可以手動及批量轉(zhuǎn)移重要負(fù)荷，確保重要負(fù)荷的安全可靠供電。并且可以在模擬狀態(tài)下制作預(yù)警預(yù)案及相關(guān)研究工作。

配網(wǎng) 母線失壓 故障 變電站警戒狀態(tài) 模擬狀態(tài)

一、背景

隨著用戶對供電可靠性的要求越來越高，電力企業(yè)對安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行和提供優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)也提出了更高的要求，為滿足供電要求通常采取不同的供電方案，以便能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)技術(shù)的合理性，在進(jìn)行10kV配網(wǎng)計劃檢修或事故處理需轉(zhuǎn)供電[2]時，如何安全、快速、便捷的進(jìn)行轉(zhuǎn)供電操作，噬待解決。

基于DMS的配網(wǎng)大面積停電輔助決策分析軟件是配電網(wǎng)運行方式智能分析評估項目的后續(xù)工作，其主要目的包括兩個方面，一個方面是對調(diào)度應(yīng)用，包括對實時故障情況下的轉(zhuǎn)供方案的選擇、分析，正常運行情況下的合環(huán)轉(zhuǎn)電路徑分析，可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性分析等。

二、總體技術(shù)方案及關(guān)鍵算法

2.1 總體技術(shù)方案

大面積停電的總體設(shè)計框如圖1所示，既是通過服務(wù)通過讀取DMS圖模庫，及狀態(tài)估計后的實時數(shù)據(jù)，特別是遙信辨識結(jié)果。通過判斷變電站失壓，啟動大面積停電計算，首先將重要用戶通過負(fù)荷倒供實現(xiàn)供電，然后將無法倒供的通過以最小甩負(fù)荷和最少動作開關(guān)將負(fù)荷轉(zhuǎn)供出去。

此外，大面積停電輔助軟件還具有模擬研究功能，可以在模擬態(tài)下通過制作研究斷面，對未來情況下的變電站失壓情況進(jìn)行模擬，并生成反事故應(yīng)急措施。除以上兩種主要功能外，本軟件還提供當(dāng)變電站警戒狀態(tài)下的重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移功能，可以通過選擇待轉(zhuǎn)移變電站或者母線，將該母線上的重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移出去。

本軟件[3]可以實時周期運行，實時監(jiān)測電網(wǎng)中的失壓故障，快速生成轉(zhuǎn)供方案(兩套)和各個方案的開關(guān)動作順序表，并可生成調(diào)度指令票，此外還可以將故障處理完成后恢復(fù)到初始狀態(tài)的開關(guān)動作順序表列出，并生成調(diào)度指令票。如果中間有人工修改，可以提供由中間態(tài)到初始態(tài)的開關(guān)動作順序表生成及指令票生成功能。

圖1 大面積停電的總體設(shè)計框圖

2.2 關(guān)鍵算法

1.大面積停電的啟動條件為：

A.檢測到變電站母線(10kV)線電壓由正常值(8.5kV以上)下降到接近0(5kV以下)。

B.變電站母線出線斷路器(最少為1半饋線數(shù))電流由正常值，下降到接近為0。

同時滿足以上兩個條件時，可以認(rèn)為是母線失壓，將該母線納入母線失壓處理范疇，進(jìn)行大面積停電處理。

2.大面積停電的處理方法：

大面積停電處理方案的總體原則是：先倒母線后轉(zhuǎn)負(fù)荷，先重要客戶[4]后普通客戶，先站用變送電后其他送電。選擇承載轉(zhuǎn)移的饋線必須具備轉(zhuǎn)移條件，不能過載，也不能有其他檢修工作牌及其他缺陷。

A.首先選擇一條失壓母線，將該母線連接的饋線列出，找出所有無轉(zhuǎn)供路徑的輻射狀饋線，放入隊列A1；

找出所有有轉(zhuǎn)供路徑(多電源)的饋線放入隊列A2中；

找出每條饋線的重要用戶和多電源用戶。所有饋線按照用戶重要程度排序，放入隊列A2中(每條饋線所含有的最重要的客戶等級為該條饋線的重要等級)；

找出所有空載線路放入隊列A3中，空載線路既是無負(fù)荷的線路。如果A1、A2中包含空載線路，應(yīng)該從A1、A2中去除。

找出A2中每條饋線所屬的最小配電區(qū)域，找出最小配電區(qū)域可轉(zhuǎn)帶的饋線放入隊列A4中，可轉(zhuǎn)帶饋線是指跟轉(zhuǎn)移饋線不同廠站，并且主供路徑無掛牌檢修等信息。

找出所有雙電源或多電源用戶放到隊列A6中。

B.首先對A1和A3中的饋線進(jìn)行倒供處理，找出A2中每條饋線與可轉(zhuǎn)移路徑A4中每條饋線的電流和S1，找出最小S1的一個組合(A2中的一條饋線和A4中的一條饋線)作為主倒供路徑，放入隊列A5中。找出次小S1的一個組合作為備選方案放入A5中。

C.計算A1、A3的總負(fù)荷F1以及A5中的可轉(zhuǎn)供容量S2，如果如果S2大約等于F1，則合上A5中組合的聯(lián)絡(luò)開關(guān)即可倒供所有饋線負(fù)荷。如果S2小于F1則需要甩負(fù)荷處理，甩負(fù)荷按照先空載，后多電源用戶，后普通負(fù)荷，再重要負(fù)荷，再站用變的原則。對A5中的次方案組合進(jìn)行處理，得出備用倒供方案。

上述A-C為負(fù)荷倒供處理

D.當(dāng)負(fù)荷倒供處理后如果能完全轉(zhuǎn)帶所有饋線，則處理完成。如果不能完全轉(zhuǎn)帶需要進(jìn)行最小甩負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。具體就是將A2中的其他饋線轉(zhuǎn)供出去。

E.對A2和A4中的最小配電子網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行以甩負(fù)荷最小為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，生成重構(gòu)方案，具體見網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法。

上述D-E為甩負(fù)荷最少為目標(biāo)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案

F.當(dāng)負(fù)荷D-E處理后有甩負(fù)荷情況，且A-C處理后，負(fù)荷倒供線路有剩余容量，需要進(jìn)行延伸處理。

G.將D-E中甩負(fù)荷最小配電區(qū)域轉(zhuǎn)供線路中負(fù)荷進(jìn)行倒供處理，最大程度的進(jìn)行倒供。對剩余的負(fù)荷再重新進(jìn)行最小甩負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)處理。

上述各個方案中，首先需要對IES600中主網(wǎng)的變壓器低壓側(cè)開關(guān)(10kV)側(cè)確認(rèn)斷開，10kV母聯(lián)開關(guān)確認(rèn)斷開，然后再進(jìn)行其他處理。

上述算法是以人腦的判定規(guī)則來進(jìn)行的規(guī)則輸出，如果是完全按照禁忌搜索算法，所得到的結(jié)果可能是全局最優(yōu)，但是可能人工是看不懂，或者看著費勁的，并且全網(wǎng)禁忌搜索的時間可能比較長，不能給滿足實時的需求。所以此處先用人工專家思維方法，禁忌搜索方法可以放到最后做。

3.變壓器警戒狀態(tài)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移

當(dāng)變電站變壓器警戒運行時，需要對母線上的重要負(fù)荷進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，可以通過點選母線的方式啟動負(fù)荷轉(zhuǎn)移程序，負(fù)荷轉(zhuǎn)移的原則與以甩負(fù)荷最少為目標(biāo)，具體見D-E.

4.開關(guān)動作順序表的生成

以原始狀態(tài)和目的狀態(tài)進(jìn)行比較，對不同的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行記錄，進(jìn)行特殊的處理。具體見開關(guān)動作順序表生成方法。

5.主配聯(lián)動情況考慮

A.負(fù)荷轉(zhuǎn)移過程中需要考慮高壓側(cè)主變?nèi)萘肯拗茊栴}；

B.負(fù)荷轉(zhuǎn)移過程中，若高壓主變?nèi)萘窟^載，考慮變壓器并列運行問題，這個可以放到后邊做。

三、系統(tǒng)總體功能設(shè)計

大面積停電輔助決策的功能包括三個方面：

第一個功能：能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生大面積停電時，能夠快速進(jìn)行負(fù)荷倒供和轉(zhuǎn)移，將受影響的負(fù)荷進(jìn)行恢復(fù)供電；

第二個功能：能夠在研究狀態(tài)下對各個變電站失壓情況進(jìn)行反事故應(yīng)急措施研究與生成，便于運方和調(diào)度人員制作應(yīng)急措施；

第三個功能：能夠?qū)錉顟B(tài)下的變電站進(jìn)行重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移處理，確保全網(wǎng)安全可靠供電；

具體功能有：

實時變電站母線失壓監(jiān)測， 啟動實時大面積負(fù)荷倒母線策略生成；

可以實時生成負(fù)荷轉(zhuǎn)供策略及開關(guān)動作順序表；

可由轉(zhuǎn)移負(fù)荷后的中間過渡態(tài)自動生成恢復(fù)初態(tài)的動作順序表；

各個開關(guān)動作順序表可以按照防誤邏輯批量分組；

可以對開關(guān)動作順序表進(jìn)行編輯修改及圖形點選；

可以由開關(guān)動作順序表自動生成調(diào)度指令票及現(xiàn)場防誤工作票；

可以對開關(guān)動作順序表或調(diào)度指令票進(jìn)行模擬校驗；

可以點擊設(shè)備手動生成轉(zhuǎn)移策略；

可以在研究態(tài)下制作斷面生成各自應(yīng)急預(yù)案；

可以在主變壓器警戒狀態(tài)下生成重要用戶轉(zhuǎn)移策略；

轉(zhuǎn)移過程中綜合考慮未來負(fù)荷變化情況及開關(guān)動作次數(shù)情況；

轉(zhuǎn)移策略考慮最小甩負(fù)荷情況及線路不穩(wěn)定因素等多種情況；

轉(zhuǎn)移策略考慮高壓變壓器容量限制；

轉(zhuǎn)移策略有條件的考慮主配聯(lián)動協(xié)調(diào)高壓變壓器運行方式及母線運行方式；

四、服務(wù)功能設(shè)計

大面積停電輔助決策的服務(wù)端可以繼承網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的服務(wù)端，但是需要修改模塊名稱及注冊管道名稱，可以借用部分ui及函數(shù)定義。但是需要建立新模塊。

服務(wù)可以不顯示其他內(nèi)容，內(nèi)容只保存到內(nèi)存結(jié)構(gòu)中，跟狀態(tài)估計或潮流類似，只有在人機(jī)界面才可以讀取看得到。

服務(wù)端可以有周期計算功能，單次計算功能，并且可以類似于操作票，可以啟動幾個服務(wù)，一個作為實時運行，一個作為研究應(yīng)用。

五、人機(jī)功能設(shè)計

人機(jī)[5]功能是主要功能[6]，如果配置在實時狀態(tài)下周期運行，則跟故障研判一樣，需要自動彈出方案框。如果配置是手動運行，則需要點擊大面積負(fù)荷轉(zhuǎn)供菜單才可以彈出方案。

對于大面積停電的人機(jī)分成兩部分，一部分為倒供信息表，另一部分為轉(zhuǎn)供信息表，警戒狀態(tài)的轉(zhuǎn)移用轉(zhuǎn)供信息表。

六、結(jié)束語

設(shè)計了一個用于地區(qū)級配電網(wǎng)的故障恢復(fù)專家系統(tǒng)軟件，它能在配電網(wǎng)事故停電后，為調(diào)度運行人員提供合理、安全的恢復(fù)方案。文章給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、基本功能、專家系統(tǒng)原理和程序流程。同時在變電站警戒狀態(tài)下可以手動及批量轉(zhuǎn)移重要負(fù)荷，確保重要負(fù)荷的安全可靠供電。并且可以在模擬狀態(tài)下制作預(yù)警預(yù)案及相關(guān)研究工作。

[1]基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的變電站故障診斷及恢復(fù)處理專家系統(tǒng)(一)總體設(shè)計與建模[J].秦紅霞，董張卓，孫啟宏，王壯志. 電力系統(tǒng)自動化.1996(09)

[2]發(fā)輸電系統(tǒng)恢復(fù)決策支持專家系統(tǒng)[J].王世模，董張卓，孫啟宏，夏道止. 中國電機(jī)工程學(xué)報.1991(S1)

[3]電網(wǎng)故障恢復(fù)系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[J].趙冬梅，萬彥棟，高曙，張東英. 現(xiàn)代電力.2002(04)

[4]配電網(wǎng)重要電力用戶停電損失及應(yīng)急策略[J].李蕊，李躍，蘇劍，卜憲德，侯義明. 電網(wǎng)技術(shù).2011(10)

[5]智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].中國電力出版社 ， 何光宇， 2010

[6]智能配電網(wǎng)條件下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與供電恢復(fù)探討[J].史常凱，徐斌，孟曉麗，宋曉輝，孫軍平. 電力建設(shè).2012(01)