配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃方法研究

蔣直良

（國網四川省電力公司達州供電公司市區供電中心，四川 達州 635000）

0 引 言

配電網是電力系統重要組成部分，由電纜、架空線路以及配電變壓器等多種電氣設備構成，承擔電能分配的重要職責。近年來，智能電網高速發展，對配電網運行安全性與可靠性提出了更高的要求。如何科學規劃配電網，促進配電網建設與改造經濟效益、社會效益等協同發展成為人們關注的重點問題。智能電網、電力物聯網以及世界一流等戰略目標提出并執行以來，配電自動化終端實現了與配電網一次網架結構的結合，保障了配電網的安全和可靠運行。

1 配電網網架結構與配電自動化終端相互影響關系分析

配電網一次網架結構與配電自動化終端存在密切關系，具體表現有以下3點。第一，配電自動化終端的科學配置與合理運用，完善了配電信息系統，能夠實時動態監測配電網設備運行狀況，準確識別與判斷配電網故障，從而為配電網設備安全管控提供依據，保障配電網安全與可靠運行[1]。第二，配電自動化終端的科學運用，不僅使配電網保護與控制系統具備異常情況分析與故障自動化處理能力，還能夠為用戶提供準確的配電網電能供應信息，從而實現了配電網的主動管控，提升了配電網運行質效率和供電企業供電服務質量。第三，配電自動化終端應用后，配電網系統中的元件數量增多。元件發生故障時，容易使系統脫離監測，降低配電網系統運行可靠性。同時，在網絡環境下，通信系統容易受多因素干擾，引發配電網系統故障。因此，信息安全問題是配電自動化終端配置的重點問題。

隨著智能電網建設與改造規模不斷擴大，配電網一二次協同規劃已經成為必然趨勢。為更好維護與保障配電網安全運行，提升配電網規劃的綜合效果，應加強協同規劃方法研究，以更好地指導相關工作開展，促進智慧基建體系和互聯網企業的建設。

2 配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃方法分析

2.1 協同規劃思路與框架

配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃時，需全面了解與掌握配電自動化配置需求，明確配電網一次網架結構構建要求。然后，根據配電網架結構、配電網供電可靠性要求、配電網負荷位置、配電自動化終端重要性以及五遙功能需求等指標，科學布局配電自動化終端，實現二次配電自動化裝置與配電網保護設備、控制設備的互聯互通，使配電自動化終端信息能夠有效交互。配電自動化終端布局完成后，根據配電網一次網絡架構構建通信體系，并完成配電網網架結構與配電自動化終端的協調水平校驗，以獲取高可靠性、高經濟性以及高安全性的配電網規劃方案。

基于如上思路，本文構建了一個配電網網架結構與配電自動化終端雙層規劃模型。上層為配電網一次網絡架構規劃模型，下層是在上層基礎上構建的配電自動化終端配置模型。上層以最小化規劃投資成本（年均值）為目標函數，下層以停電損失（年均值）和配電自動化終端投資成本（年均值）為目標函數。上下層相互關聯，共同決定規劃方案[2]。

2.2 一次網架結構模型

由協同規劃思路與框架分析可知，配電網一次網架結構規劃模型的目標函數為年最小規劃投資成本，可表示為：

式中，F1表示配電網一次網絡架構建設年化投資成本（包括線路投資成本和通信設備投資成本等）；F2表示配電一次網架結構損失成本；F3表示配電網運行維護成本；F4表示配電自動化終端配置模型目標函數。同時，配電網一次網架結構不應出現孤島問題，以單聯絡接線方式為主，總負荷需要控制在最大負荷之內，線路負載率不得超過相關要求。

2.3 自動化終端配置模型

根據電網企業相關規定可知，規劃配電自動化終端時，應以配電網供電可靠性為依據，結合配電網網絡結構與運行方式，進行二遙終端和三遙終端配置。本文在配置配電自動化終端時，選取分段開關位置自動化終端為優化目標。下層規劃模型的目標函數為配電自動化終端年化投資成本與停電損失成本，可表示為：

式中，Fa表示配電自動化終端年化投資成本；Fb表示自動化終端運行維修成本；Fc表示停電故障損失。配電自動化終端規劃時，需要考慮可靠性約束。通常，用平均供電可用率評價配電網可靠性。有研究表示，全部配置二遙終端，能夠準確定位故障區域，但無法實現故障自動化隔離，因此故障處理時間t1可視為0。在配電網架結構分段開關位置安裝y個二遙終端時，饋線供電可用率為：

式中，t2與t3分別表示人工故障區域隔離時間與故障修復時間。如果要求供電可用率超過M，則需要安裝的二遙終端數量為：

全部配置三遙終端，能夠準確定位故障區域并實現故障自動化隔離與處理。因此t2與t3可視為0[3]。假設用戶在各區域均勻分布，饋線沿線單位故障率一致，配電網網架中饋線安裝S個配電自動化終端模塊，每個區域有用戶n/(S+1)個，利用供電可用率可推導出供電可用率超過M時分段開關位置二遙終端配置個數為：

2.4 協同規劃評估指標

建立配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃評估指標，對其方法應用的有效性評價具有重要影響。指標體系構建時，需根據具體情況進行針對性分析。通常，配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃評價的關鍵指標有供電可靠率、線路故障率以及年均停電時間等。

3 配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃原則分析

配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃時，為提升規劃協調性，應遵守設備通信安全性原則、專用網絡安全性原則、配電自動化終端配置擴展性原則、配電網設備一體化監管原則以及控制指令安全鑒別原則等[4]。

4 算例分析

某10 kV城市配電網所應用的配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃方法為本文研究方法，傳統規劃結構、協同規劃結構分別如圖1、圖2所示。配電網網架結構圖中，聯絡線路用虛線表示，二遙終端與三遙終端分別用“△”“×”表示。

表1為不同產電比下協同規劃與傳統規劃效益比較。由表1可知，傳統規劃配電網一次網架結構與自動化終端設備屬于獨立規劃，以最大化降低一次網架結構成本為目標，因此傳統規劃網架投資成本要低于協同規劃。但在配電自動化終端設備配備后，傳統規劃網絡綜合費用要高于協同規劃，且產電比越高，傳統規劃網絡綜合費用越高。與此同時，對于年均停電時間、供電可靠率以及線路故障率等指標，協同規劃均低于傳統規劃。可見，協同規劃后配電網的運行更加安全和可靠，具有較好綜合效益。

圖1 傳統規劃后配電網網架結構

圖2 協同規劃后配電網網架結構

表1 不同產電比下協同規劃與傳統規劃效益比較

5 結 論

配電自動化終端應用于配電網一次網架結構提升了配電網運行的安全性和可靠性。配單網一二次協同規劃時，本文研究方法能夠滿足配電網工程設計與建設的供電可靠性要求。配電網配電網網架結構與配電自動化終端協同規劃較為復雜，涉及的內容較多，為保證規劃方法應用的科學與有效，仍需在后續研究中不斷完善與改進。