基于智能控制的配電網一體化運維方案

郭大鑫

（廣東電網公司汕頭潮陽供電局和平供電所）

0 引言

配電網作為電力系統的重要組成部分，在電力傳輸中發揮重要作用[1-2]。同時，由于配電網存在運行環境復雜、線路多、架構不合理、設備陳舊等問題，是整個電力系統中可靠性最差的環節[3]。對配電網展開配電自動化升級改造是提高其可靠性、安全性、穩定性的重要手段；另一方面，更多的負荷和新設備不斷接入到配電網，也給配電網的運行和維護帶來了挑戰[4-5]。因此，必須對配電網的運行維護模式進行變革，為用戶提供高質量的電力供應[6]。

1 配電自動化技術

1.1 配電自動化概念

配電自動化是指利用網絡通信技術、計算機控制技術等對配電網中的設備進行智能化管理，自動完成配電網運行數據的監測、采集、分析、存儲，由計算機發出指令控制配電網中的執行部件，完成故障隔離、線路轉換等操作，配電自動化系統的層級結構如下圖所示[7-8]。

圖 配電自動化系統層級結構

1.2 配電自動化功能

配電自動化從功能上描述來看，可以分為如下幾個方面。

1）配電網數據監控和采集功能：通過網絡通信技術將配電自動化設備采集到的電壓、電流、功率等數據[9]，設備狀態、故障狀態，以及對配電自動化設備的控制指令等上傳到控制中心，由控制中心完成數據的處理、分析、存儲，將最終結果顯示在上位機界面上[10]。配電自動化系統與能量關系系統和負荷管理系統之間能夠實現數據交互。

2）配電網故障診斷、配電網重構功能：實現故障的自動化處理，先通過配電自動化主站和線路保護裝置進行故障診斷，再通過線路分段和聯絡開關將故障區段與非故障區段隔離開，保證非故障區段不受影響，然后完成負荷轉移和配電網絡重構[11]。

3）配電網電壓管理功能：電力系統處于正常運行狀態時，實時監控系統電壓狀態，通過電容器的投切和變壓器調壓線圈的調節配合完成電力系統電壓的穩定控制[12]。

4）配電網工作管理功能：配電網中設備數量和種類繁多，不便進行人工管理。通過該項功能，能夠在一定的輸入條件下，自動輸出設備屬性、實時數據、歷史數據等信息報表。

5）配電網停電管理功能：能夠通過計算機對停電數據進行科學、合理的統計，直接生成數據報表與相關系統對接，并及時將停電信息告知用戶，提高供電服務質量。

1.3 配電自動化主站

配電自動化主站是配電自動化系統的核心，負責對整個配電網供電區域內全部變電站的監測和控制，其主要功能包括：

1）平臺服務：配電自動化主站為配電自動化系統中的各個應用提供一個統一化的平臺，各個應用全部接入到這個平臺中，在這個平臺上互相配合完成各自的功能。

2）SCADA功能：配電自動化主站能夠實時采集配電網運行數據，包括電壓、電流、檔位等模擬量，開關狀態、設備狀態等數字量，并且對采集到的模擬量和數字量進行處理，完成數據存儲功能。

3）信息發布功能：配電自動化主站會配置Web服務器，能夠將SCADA數據實時發布，并且能夠將數據報表提供給運維人員。

4）故障診斷：能夠對配電自動化從站或配電終端傳來的故障信息進行診斷，完成故障區段的隔離，然后自主完成故障恢復，最大程度上縮短停電時間。

2 配電網一體化運維模式

配電網一體化運維模式下，運維設備共分為兩層，即控制中心和運維操作站，一個配電網配置有一個控制中心，運維操作站的數量根據變電站的數量來配置。控制中心和運維操作站都采用全天候無人值守模式，控制中心負責完成電網調度，系統運行狀態監控，以及其他一些遠程操作任務；運維操作站接收來自控制中心的指令，直接執行設備的現場操作，變電站的日常巡檢和維護工作，一般情況下，一個運維操作站可以承擔多個變電站的運維任務。

配電網運維一體化模式下，控制中心能夠實時采集配電網的設備狀態信息，并且能夠直接對現場配電設備進行遠程操控，具有很強的操控能力。一體化運維模式的架構簡單，信息傳輸便捷，提高了故障反應速度；管理流程便捷，優化了人力資源的配置。隨著配電網規模的擴大，僅僅需要增加運維操作站數量即可，不需要額外增加運維人員。

配電網運維一體化模式下，一個運維操作站需要負責多個變電站的運維，運維操作站的選址直接關系到故障處理的效率。另外，原有的電能調度自動化系統、配電網管理系統都是獨立開發的，控制中心需要重新進行功能整合，在多種系統的配合下，完成一體化運維。

3 一體化運維操作站選址方法

3.1 選址求解算法

一體化運維操作站的選址可以在配電網供電區域內的任意一點。

進行選址前，假設一體化運維操作站的當前位置為（M,N）∈R×R，則要保證實際需求位置到一體化運維操作站當前位置（αk,βk）（k∈K）的加權距離λk Lk（m , n）的和為最小，則數學模型可以表示為：

式中，K為需求節點的集合；為與節點k相關距離的權重參數，非加權距離為：

采用遺傳算法來對尋址問題進行求解，遺傳算法是一種源自于生物進化論的隨機搜索方法，對于多目標、非線性問題求解效果良好。遺傳算法的實現原理是：首先構造一個包含有若干個體的初始種群，種群中的每一個個體都需要進行編碼，并且需要根據實際問題確定匹配度函數用來對個體質量進行評價；在進行運算的時候，需要依據匹配度函數評價個體的狀態，優勝劣汰，保留匹配度高的個體，并通過遺傳產生下一代個體，這樣逐代遺傳下去，個體匹配度越來越高，越來越接近最優解，直到滿足終止條件，完成最優解的尋解。

遺傳算法的基本步驟：

1）種群個體編碼：采用二進制型式對與尋址問題相關的種群特征進行編碼；

2）初始種群生成：普遍情況下通過隨機方式生成；

3）匹配度函數確定：對當前種群Q中的個體qi，確定其匹配度函數f(qi)；

4）選擇計算：通過選擇算子產生過渡遺傳種群Qj；

5）產生遺傳下一代：對于上一個步驟產生的過渡遺傳種群Qj，通過交叉算子和變異算子的作用產生下一代種群Qj+1；

6）進行條件判斷，如果滿足終止條件則完成運算，如果不滿終止條件則返回到步驟3繼續執行運算。

3.2 選址模型

理論情況下，一體化運維操作站的選址可以在配電網供電區域內的任意一點。但是在配電網一體化運維改造中，運維操作站通常都會配置在原址或者變電站內部。對于該問題構建通用數學模型。

目標函數：保證實際需求位置到一體化運維操作站當前位置的加權距離最小，則：

約束條件：

式中，K為配電網供電區域內變電站的數量；I為運維操作站的被選址數量；λkLki為變電站k與運維操作站i之間的加權參數距離；ρki為路徑曲折參數；σmax和σmin為每個運維操作站所負責運維的變電站數目的上下限；mki表示變電站k與運維操作站i之間運維情況（取值為1的情況下進行運維，取值為0的情況下不進行運維）；σ為運維操作站的數量；ni表示變電站i的候選情況（取值為1的情況下被選作，取值為0的情況下不被選作）。約束條件①中保證了每個變電站都要配置運維操作站，約束條件②中保證了每個運維操作站負責的變電站數量是受限的，約束條件③保證了只能是運維操作站負責運維變電站，約束條件④則限定了運維操作站的數量。

4 實例分析

選取某省某市的市中心區域配電網進行研究，將原有的配電網運維方案按照本文所提出的策略進行優化升級，得到新的配電網接入信息，如下表所示。

5 結束語

一體化運維是電力系統運營維護的必然趨勢，隨著電力系統規模的不斷擴大，傳統的配電網運維模式已經不能夠與配電網的發展相匹配。配電網作為電力系統的重要組成部分，在電力供應中發揮重要作用，因此構建配電網一體化運維是保證配電網安全、穩定、可靠運行的必然要求。在構建智能電網的大背景下，配電網也必須要逐步推進一體化運維。

本文從配電自動化的概念入手，詳細論述配電自動化的技術架構以及所需要實現的各項基本功能，配電自動化主站作為配電自動化系統的核心，在配電網一體化運維中承擔了重要的作用，并且專門針對運行維護操作站的問題進行深入研究，通過遺傳算法進行選址運算，給出運行維護操作站的選址模型。根據本文所給出的方案對某城市中心區的配電網一體化運維方案進行研究，給出配電自動化信息接入表。經過本文的研究，基于智能控制的配電網一體化運維對于配電網的高效運行具有重要意義。

表 配電自動化接入信息表