基于可靠性及經濟性的配電自動化差異性規劃研究

張鵬程

摘 要：自動化的配電模式能夠很大程度上提升供電的可靠性，但是在提高其可靠性的同時也應該考慮到投資成本和可靠性提升帶來的經濟效益，即為綜合考慮配電自動化的可靠性和經濟性。基于此，文章詳細探究了可靠性和經濟性條件下最合理的差異性配電自動化模式。

關鍵詞：可靠性；經濟性；配電自動化；差異性規劃

中圖分類號：TU852 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0177-02

1 配電自動化技術分析

配電自動化是智能配電網中的一個十分關鍵的技術，配電的自動化技術是借助線路上安裝的智能開關和終端，經過配電自動化主站的人工決策和參數整定來將故障區段隔離開來，使區段供電保持正常，以此使得停電時間能夠最大化地縮減。自動化的配電模式能夠幫助電網提供更多供電的可靠性，同時可以有效延長設備的使用壽命，增強電網的管理和運行效率，使得電網能夠更加經濟和可靠地運行。提高電網供電的可靠性可以從減少故障發生次數和頻率、縮短了故障造成的停電時間以及減少了倒閘操作所耗費的時間等三個方面表現出來。

1.1 配電自動化的主站集中控制模式

巨型配電網的自動化建設的重點部分就是其主站建設，主站是電網自動化控制的中心，其在通信的基礎上獲取和管理電網的所有數據。在發生問題時，開關的問題信息借助網絡發送到主站，再由人為地判斷和分析以后，關閉故障區段兩旁的開關進行隔離，同時讓故障意外的區段的供電恢復，該步驟一般要求在幾分鐘內實現，這樣使得停電的時間能夠盡可能地降低。主站主要控制的自動化模塊由一次性器件、配電管理模塊、通信模塊、配電自動化終端（FTU）和邏輯控制主站等組成。

1.2 分段器同重合器配合就地控制模式

一瞬間發生的問題可以通過電力系統的繼電保護中的自行重合閘進行清除，以此為條件延展出重合器和分段器饋線自主運行系統，不用建設通信網絡，只需要自身的支持和配合，兩次的重合閘就能夠使得故障問題就地隔離，同時使得健全區段的供電恢復正常。重合器被當做電源開關，在發生故障或問題時立刻跳閘，因為線路沒有了壓力，分段器隨即分閘。在一定的延時以后，重合器首次重合，分段器的一端在帶電后延時X短時間以后合閘，如果分段器合閘的時間沒有多于Y時間，則會閉鎖分閘，同時將出現問題的區段進行鎖定，此時分段器和重合器再次跳閘，重合器經過一段時間的延時以后再次跳閘，使得健全區段的供電恢復正常。整定分段器和重合器的參數是該應用的重點所在，如果整定地不合理將會使得故障的影響范圍更大。

分段器同重拾器結合在一起使用，可以使得問題定位和隔離的間距用時大大減少，且該種配合方法動作可靠、成本不高，缺點是設備和線路可能會因為短路電流的沖擊而造成停電的現象，這種模式對負荷密度不高且網絡架構簡單的供電區域來說比較適用。

1.3 分布式智能終端就地控制模式

配電網自動化中的自愈控制模式是在已有的配電的自動化模式的條件下的延伸和進步，同時也是新一代配電的自動化方法的關鍵部分，能夠有利于分布式布局的電源的介入，同時有效加強配電費用的使用效率。配電網自動化中的自愈式的控制模塊有下面三種方式：一是在分布式自動化終端的基礎上形成的就地控制方式；二是在分布式自動化終端同主站一起配合的基礎上實現的控制辦法；三是在分布式自動化終端的多代理技術的基礎上完成的綜合控制方法。分布式自動化終端的基礎上形成的就地控制方式的重要部分在于分布式自動化終端（FTU）。自動化終端配置在分段器和重合器上利用添加區域光纖的辦法來實現互相傳輸信息的功能，以此在最短的時間內精確地找準故障的具體位置，負荷開關在斷路器不跳閘的情況下將故障區段自動隔離，以此確保線路可以不受或者少受電流沖擊，故障的處理時間進一步縮短，同時完全不需要自動化主站和子站參與其中。

2 配電自動化的凈收益模式

2.1 凈收益模式

如果變壓器的容量和線路的容量可以符合運行的要求，那么投資的費用應當安排在必要的配電自動化設備和繼電保護設備上。同時，電力市場機制下的電網供電成本費用不止涵蓋了建設和運行的費用，同時也將停電費用包含其中，在關注到配電網的可靠性和經濟型的條件下，可以在調整和完善計劃中列入停電費用的估算，配電自動化實現以后的資產凈利潤公式可以表示為：

在該公式中，CRO表示不包含了配電自動化的可靠性停電費用，CR1表示配電實現自動化以后的可靠性停電成本費用；α和β分別表示電網的年使用維保率和器件的年折舊率，n1和c1分別表示加入保護器件的套數和加入器件的附加單價；n2和c2分別表示列入配電終端的數量和配電終端的單價；l和d分別表示通信光纖的長度和通信光纖單價；c3、n3和c4分別表示通信柜單價、匯聚交換機臺數和匯聚交換機單價。將公式和實際情況相結合可以分析出適合于我國國情的集中評估停電損失的辦法，即為產電比的方法、擁有的總費用的方法和平均電價倍數折算的方法。為了確保具有可行性，本文使用了估算國內生產總值的方法，即在單位內供電量降低的GDP來算出平均停電成本，其表現了停電對于經濟的平均影響程度。

2.2 可靠性評估

圖1是可靠性分析中運用的兩種接線方式。其中，配電線路的分段模式是基于負荷開關和環網柜的，每個分段的長度是一樣的，且在每個環網柜和分段中分布的用戶數是相同的。環網柜中的開關設備是符合開關，兩端都配有隔離的開關，可以將自身的故障和問題隔離開來。同時，圖中只涉及一階的故障問題和檢修，元件容量和電壓不會影響負荷轉供。

斷路器共模無效方式關注了隔離器件對于電網的可靠性的關系。有學者通過斷路器共模失效模式來有效評估主接線的可靠性，也有學者在此基礎上詳細地分析了斷路器共模失效的恢復時間，由此指出了負荷點共模最小割集算法，以此能夠在輻射的電網中使用斷路器共模無效模式，卻忽略了隔離裝置的自動化能力。負荷點共模極小割集算法的詳細描述為以下四個方面：一是在配電網中找尋斷路器，按照斷路器的保護范圍來構建斷路器共模無效表，計算共模關聯器件的可靠性參數。二是找到任意負荷點，在找到最小的一路以后，把最小的一路器件再次實施連通性搜素，在最小的一路中添加沒隔離開關的器件，生成一階割集。三是生成共模極小割集。如果一個斷路器術語復合碘的一階最小割集，應該先根據該斷路器的共模失效表進行判斷，如果共模關聯器件不是一階最小割集，那么也可將其當做共模一階割集，共模無效表中的參數即為其可靠性參數。四是計算常規和共模最小割集。按照共模無效表中的參數來找出共模最小割集的可靠性參數。

3 關于可靠性與經濟性的分析

首先，在實現配電自動化以后，供電的可靠性明顯得到提高，且聯絡接線比單環網的供電可靠性提升效果更為明顯。其次，每種智能的配電的自動化模式帶來的可靠性提升程度也不同，其中，分布式自動化終端就地控制法的提升的效果最為顯著，然后是配電自動化主站集中控制辦法的提升效果，后是重合器與分段器配合就地控制技術的提升效果。再次，在B類供電區域的前兩種配電自動化技術具有一定的凈收益，而配電的自動化主站集中控制辦法由于需要很大的成本投資，所以沒有凈收益且存在虧本的情況。最后，在A類供電分區中的后兩種配電自動化技術的投資非常大，最終導致凈收益為負數，且跟隨單位停電損失費用的變化而有所變化。綜合以上分析內容，配電自動化主站幾種方案在負荷密度較大且經濟比較發達、對可靠性有一定要求的地區（如寧夏等）有一定的應用意義。按照區域的負荷密度和產電比來針對性地實施配電自動化辦法，可以確保供電的可靠性和經濟性。

4 結束語

綜合以上描述內容，在基于可靠性和經濟性的條件下，分布式智能終端就地控制技術具有很好的應用價值，其中，配電自動化主站和配電管理系統能夠使得系統運行得到優化，同時使得電網的管理效率大幅度提高。對于一些負荷密度較大且經濟發展速度比較快的地區，其對于配電的可靠性具有非常高的要求，這時可以考慮使用配電自動化主站集中控制方案。

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