基于多源多路徑配電網調控運行技術關鍵策略的研究

國網天津薊州供電分公司 孫 斌 李雪川 邱曉娟 王莎莎

近年來國家提出碳達峰、碳中和的雙碳戰略目標，新能源設備通過配電網線路接入大電網逐漸增加，地區電網調度也從經驗型調度向分析型調度轉變。隨著“煤改電”工程的實施，薊州地區配電網規模翻番，線路結構趨于完善，同時薊州地區電網的網架結構變得更加復雜，為了保證用戶的用電需求，各線路之間配置了聯絡點，在線路合環操作時，既要保證兩條線路的相序一致，同時也要保證合環操作后線路可靠供電以及線路定值仍適用。

目前，關于配電網檢修、故障的合環操作以及合環后的末端電壓質量、線路繼電保護定值的調整等問題研究較少，現有的模式還未達到精準分析且各個環節未形成系統結構。本文對薊州地區10kV配電網進行了深入研究，基于Microsoft Excel軟件作為程序開發平臺，通過VBA編程及算法設計，搭建了10kV配電網數據的數字模型、實現配電網檢修故障等情況下合環操作時標準操作令步驟的生成；此外，本文通過對二維碼生成和解析過程的研究，利用二維碼可以攜帶數據、成本低可隨載體移動的特性，實現數據的內網至外網間單向物理隔離傳輸，極大保證內網系統運行的安全性與穩定性。

1 配電網調控運行技術策略分析

1.1 配電網數據的數字模型

電能經過發電、輸電、變電后，最終通過配電網線路輸送給用戶，配電網線路在電力系統中擔負著電力生產終端用戶的管理調度和運行服務等職能，具有至關重要的作用。

配電網線路的類型包括架空線路、電纜線路及混合線路，根據當地的地理信息，選擇最優的線路類型。配電網線路建設要求安全、可靠，能夠保持供電連續性，同時應盡可能減少線路損失，提高輸電效率，保證電能質量良好。薊州地區電網多為混合線路，架空線路部分受外界環境影響較大，遭遇雷雨等惡劣天氣時，存在線路故障原因查找困難、故障需長時間處理等問題，從而不能及時恢復用戶的用電，因此，薊州電網大力發展多源多路徑配電網線路，從而保證線路在故障或檢修期間，最大可能的減少停電的用戶，保證用戶的用電需求，創造更加友的營商環境。

本文以變電站為單位，對本地區電網內的多源多路徑配電網線路的主要數據進行收集，包括配電網線路所屬變電站、所屬母線、所屬供服中心、聯絡線信息、聯絡模式、各聯絡位置的聯絡開關和刀閘位置、線路保護定值的參數等數據；然后，根據多源多路徑配電網線路各聯絡位置的聯絡開關、刀閘連接方式及分合狀態生成對應的識別碼，并在Microsoft Excel軟件平臺建立“一站一表”配電網數據的數字模型。

1.2 VBA編程及算法設計

1.2.1 線路結構分析

本地區10kV配電網結構復雜，接線方式也較多，具體分為電纜線路、架空線路及混合（電纜、架空線）線路：架空線路結構的接線方式一般采用環網接線開環運行方式和單放射方式。環網接線采用開環運行方式，線路多分段、適度聯絡，分段與聯絡數量根據用戶數量、負荷性質、線路長度和環境等因素確定；電纜線路結構根據用戶負荷性質、容量、路徑等情況，電纜線路結構的接線方式一般分為單環接線和雙環接線方式等[1]；混合線路結構的接線方式根據本地區地理環境、負荷特性，采用一般采用環網接線開環運行方和雙環接線方式等。通過對10kV配電線路聯絡情況的分析，聯絡點主要有架空線路柱上聯絡開關、刀閘及電纜線路的環網柜、開閉站等單一聯絡開關等，聯絡點連接類型包括聯絡點為刀閘-開關-刀閘、刀閘-開關、單一聯絡開關的連接方式。

1.2.2 數字模型的建立

根據線路的連接類型建立統一的線路聯絡關系數字模型，包括變電站、10kV線路名稱、聯絡點的聯絡開關/刀閘名稱、聯絡線名稱、識別碼、所屬母線、所屬供電服務中心。其中“10kV線路名稱”為該“變電站”“所屬母線”的出線名稱，“聯絡線名稱”為對應聯絡線名稱，“聯絡點的聯絡開關/刀閘名稱”以聯絡開關、刀閘的連接順序進行排列?！白R別碼”是對聯絡點設備的聯絡結構及設備運行方式的標識，識別碼共8位，1～2位為標識符；3～5位為聯絡點連接方式，其中“111”表示刀閘-開關-刀閘的連接類型，“101”表示單一開關的連接類型，“110”或“011”表示刀閘-開關或開關-刀閘的連接類型；6～8位標識對應3～5位的聯絡開關、刀閘的運行位置，即“1”對應“合入”位置，“0”對應“拉開”位置。以“0x111000”為例，該聯絡點以“刀閘-開關-刀閘”方式連接，聯絡開關、刀閘均在拉開位置。

根據線路聯絡關系數字模型形成“一站一表”的配電網數據，建立變電站數字模型，基于Microsoft Excel軟件作為程序開發平臺，通過VBA編程設計算法實現配電網線路在檢修、故障等情況下合環操作的標準操作令步驟的文本生成。本文采用的算法流程如圖1。

圖1 程序流程圖

首先選擇某變電站的某條多源多路徑配電網線路，若需要進行線路運行方式調整策略，則根據保護靈敏度校驗、電壓降計算判定是否滿足合環運行條件，進而生成運行方式調整的操作步驟；若需要進行母線運行方式調整策略，則通過判定該線路與聯絡線是否為同一變電站、同一母線進而生成運行方式調整的操作步驟。多源多路徑配電網線路具有多個聯絡關系，存在線路合環后過載、保護定值不滿足需求的問題，本文提出的算法通過計算分析合環操作完成后，配電網線路的保護定值、線路最大負荷，分析線路過流定值躲聯絡線路負荷的能力，對不滿足的線路提出建議，重新核算定值或提示負荷過高不滿足帶路要求。

在配電網線路檢修、故障等情況下，通過本算法在操作令生成界面生成滿足線路停電范圍、合環后線路保護定值要求的標準操作令，由調度員選擇最優的合環方案，從而快速準確地完成合環操作令的編制。

1.3 物理隔離傳輸

由于二維碼其具有信息容量大、編碼范圍廣、容錯能力強、譯碼可靠性高等特點，本文利用二維碼實現文本信息的內網至外網的物理隔離傳輸。二維碼的種類很多，可分為堆疊式/行排式二維條碼和矩陣式二維條碼：堆疊式/行排式二維條碼又稱堆積式二維條碼或層排式二維條碼，在編碼設計、校驗原理、識讀方式等方面繼承了一維條碼的一些特點，識讀設備與條碼印刷與一維條碼技術兼容。有代表性的行排式二維條碼有Code 16K、Code 49、PDF417、MicroPDF417等；矩陣式二維條碼是在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。在矩陣相應元素位置上，用黑、白像素表示二進制的1和0。具有代表性的矩陣式二維條碼有Code One、MaxiCode、QR Code、Data Matrix、Han Xin Code、Grid Matrix等[2]。

本文采用了矩陣式二維條碼中的QR (Quick-Response)Code碼（快速響應矩陣碼）作為傳輸數據的載體，與堆疊式/行排式二維條碼相比具有數據量大、超高速識讀、全方位識讀、應用方便、糾錯能力強和能夠有效地表示漢字等優點。Excel VBA實現生成QR Code二維碼主要有兩種方式：一是引用QRmaker.ocx控件實現；二是通過VBA代碼實現。通過QRmaker.ocx控件實現的方案在使用上存在兩個弊端：在未安裝該控件的計算機上無法應用該功能；該控件不適配64位office。通過使用純VBA代碼代替QRmaker.ocx控件生成二維碼的功能就能完美解決以上兩個問題。

首先，對輸入的信息進行數據分析，確定編碼的字符類型；然后按相應的字符集轉化成符號字符，選擇糾錯等級，再將數據字符轉換為位流，每8位一個碼字，整體構成一個數據的碼字序列，生成數據編碼即二維碼的數據內容；將碼字序列分塊，將糾錯碼字加入到數據碼字序列后面，成為一個新的序列，最后將新的序列轉譯成具有物理隔離作用的二維碼圖片進行物理隔離傳輸。通過生成的二維碼圖片實現數據的內網至外網間單向物理隔離傳輸，信息傳遞后無任何形式的返回值，極大保障內網系統運行的安全性與穩定性。

綜上，本文提出的基于Microsoft Excel軟件平臺VBA編程設計的算法方案實現的合環操作標準操作令步驟的生成方案具有體量小、數據易維護、推廣零經濟成本等特點。此外，生成的文本信息數據通過二維碼由內網至外網間單向物理隔離傳輸功能的使用，有效地提高了操作票編輯效率和準確率。在此基礎上，本方案未來將通過對線路保護定值、線路參數（導線、電纜型號及長度等）更詳細的分析，計算線路保護定值對最遠支路末端靈敏度校驗情況；分析線路聯絡關系、線路參數等信息，計算壓降，自動判別是否存在低電壓問題，進一步提高配電網線路操作效率和準確性，為用戶提供更加安全、優質、經濟的電能。