智能配電網供電可靠性提升研究

成鳳東

（廣東電網有限責任公司潮州供電局，廣東 潮州 521000）

0 引 言

配電網作為電力系統的重要組成部分，負責實現輸電網與用戶之間的連接，容易受到其他因素的干擾，導致供電質量不佳，無法滿足用戶的用電需求。面對建設日益完善的智能配電網，提升供電可靠性，降低各因素影響，是當前需要解決的重點問題。

1 影響智能配電網運行狀態因素

1.1 網架可靠性

網架可靠性在一定程度上決定了智能配電網的供電可靠性，尤其是電網網架內的設備和線路可靠性，涉及線路類型、接地點、聯絡方式以及支路數目等多個方面。任何一個節點存在設計不合理的情況，均會影響配電網的運行狀態。以線路類型與聯絡方式為例，兩者確定了配電網供電范圍，需要基于實際情況進行設計優化，通過提高網架可靠性來確保配電網可靠運行。

1.2 自愈能力

當配電網發生運行故障時，自愈恢復能力的高低決定了配電網運行可靠性。事故發生后，要以不影響用戶正常供電為基礎，自動切除和隔離故障設備或元件，且通過饋線自動化設備的作用控制停電范圍，將事故影響降到最低[1]。只有提升故障自愈恢復能力，才能夠更好地保障供電質量，做到停電不失供、先復電后停電，提高智能配電網的運行可靠性。

1.3 負荷轉供能力

所謂負荷轉供，是指用電高峰階段用戶是否可以快速轉供到其他電源點，系統是否具備降低停電損失的能力。綜合實踐經驗可以確定，存在諸多因素會增加用戶停電損失，且隨著停電時間的延長，造成的損失會愈發嚴重。通過負荷轉供操作，可以減少此損失。以往應用傳統故障隔離技術時，要結合實際判斷轉移負荷應用的可行性，同時需要有多種負荷轉供裝置來配合使用。負荷轉供能力越強，配電網運行事故造成的影響越小，配電網的運行可靠性也就越高。

2 智能配電網供電可靠性優化方向

2.1 網架改造優化

首先確定網架可靠性與配電網可靠性之間的關系，基于實際需求對其進行改造設計，接入新能源分布式電源，進一步簡化配電網運行。其次，更改變電站間隔為環網結構，代替以往的環形結構。最后，構建星型配電網拓撲結構，作為網架改造優化的新方向。

2.2 提升自動化

以較高的自動化水平為基礎，動態監測智能配電網中配電設備運行狀態，在故障發生后進行自動隔離并定位故障點，為后期故障排除提供支持。實現區域內用戶負荷轉供，完善線路重合閘功能，降低各運行事故對配電網狀態的影響。靈活應用故障診斷技術和負荷控制技術等，全面了解配電網實際運行情況，及時確定故障原因與部位，安排人員到場處理，將停電損失降到最低。

2.3 自愈控制

當前可選擇的自愈控制技術主要有集中控制、分散控制和集中-分散協調控制3種。在配電網自動化水平不斷提升的前提下，自愈控制已經具備了充足的實施條件。尤其是集中-分散協調控制方式，在故障處理上效率更高，具有全局性整體協調能力，是一種具有極高可行性的自愈控制技術[2]。

3 自愈控制系統作用分析

配電網運行因多種因素影響不可避免會有故障發生。為了做到運行狀態的觀察、檢測和控制，需要建立智能、安全、經濟以及可靠的自愈控制系統。配電網全域自愈即對系統運行情況和設備故障狀態進行科學預測，在事故發生的初期自動發送報警信息，同時采取可靠的應對措施。可以在線評估配電網存在的風險隱患，經過脆弱性分析、網絡重構等進行快速修復，將事故造成的影響控制到最小范圍，縮短停電時間，避免造成更大損失。

自愈控制系統需要同時具備自我預防與自我恢復的能力，核心在于前期預防，即通過防患于未然和及早發現處理來提高配電網的供電可靠性。如果檢測發現配電網存在運行異常，采取自動隔離措施，保證其他區域可以正常供電。想要達到自愈控制的目的，需要有網絡技術的支持，可靠收集實時監測和實時測量數據，預防應用程序異常，做好前期管理，降低事故發生的概率[3]。在全局自愈控制支持下，可減少斷電事故的發生，縮小停電面積，在短時間內恢復正常供電。當遇到緊急情況時，通過保護加速程序、備用電源啟動和冷備用狀態電源轉為熱備用狀態等應急控制技術，將故障影響降到最低，以免對配電網狀態造成較大影響。

4 智能配電網供電可靠性提升技術

4.1 全域自愈方案

4.1.1 配電網主站

配電網主站應用的是分布式控制方式，對分布式電源、電力電子設備等進行統一管理及控制，即對所有分布式設備運行狀態的監測、控制、管理以及保護。整個系統采用的是主站、子站和終端的3層結構，接收配電網饋線終端上傳的故障信息，經過處理后對各子站下發相關指令。配電網主站包括配電網饋線終端單元、配電網保護裝置和自動化終端。其中，饋線終端單元負責向配電網主站實時傳送饋線信息，并對信息進行處理、控制與存儲；保護裝置控制斷路器、負荷開關和隔離開關等設備狀態，如果配電網內有故障發生，通過及時的跳閘動作來切斷電路電源，隔離故障線路，同時將恢復供電指令下達給分支終端；自動化終端接收配電網主站發送的饋線故障信息，然后基于配電網運行情況判斷并隔離故障點，并基于故障信息發送控制指令[4]。

4.1.2 饋線終端

饋線終端主要負責收集相關數據，包括饋線開關狀態、負荷電流等，用以隔離故障區域和恢復對非故障區域的供電。饋線終端共有集中式和分布式兩種，后者在故障隔離與恢復供電方面優勢更加突出，可保證供電可靠性，同時所需成本更低。智能配電網要做到故障定位、故障隔離、非故障區域的供電恢復以及網絡重構等。饋線終端作為智能配電網的核心部分，對其進行優化設計，可有效應對故障問題，對提高配電網供電可靠性意義重大。

4.1.3 分支終端

分支終端為分布式電源接入點，可作為分布式電源和傳統負荷的轉換器，具有很強的靈活性，可隔離本地故障，并完成故障信息傳輸和非故障區域的供電恢復。在智能配電網發生故障發生時，分支終端可將各渠道獲取的數據上傳到中心數據庫。分支終端為分布式電源、傳統負荷、主站的接口，可滿足分布式電源和主站之間的通信需求。

4.2 提升自動化水平

提升智能配電網自動化水平，以用戶為中心，安裝用戶端智能設備，可通過互聯網和無線通信連接，使配電網形成一個整體，以提高配電網供電可靠性。例如，用戶端智能設備分布式電源接入系統，同時具備接入容量小、接入電壓高和上網成本低等特點，但會對其發電狀態產生較大影響，表現為波動性、間歇性問題，是導致配電網供電不穩定的主要原因[5]。因此，需要采取措施提高分布式電源與智能配電網的協調性，包括設置智能終端和網絡信息交互系統。由用戶端動態監測發電與電壓波動情況，同時保持與配電網的穩定通信，實現兩者的協調發展。選擇以配電網通信系統和人工智能算法為基礎，通過故障預測和診斷系統的共同作用，確保能在第一時間發現配電網運行故障，并對其進行診斷和處理，縮小停電范圍，縮短停電時間。通過故障自愈技術可以可靠識別故障并對其進行分區，再依據區域負荷水平和變電站等設備的重要程度進行分級分類管理。此外，在人工智能算法的支持下，可以科學預測故障區域內的負荷變化，確認變電站和用戶端之間的通信連接情況，基于實際情況選擇合適的措施進行控制。

4.3 故障恢復技術

智能配電網要求故障恢復技術具備負荷轉供能力，同時要進行故障多目標優化分析，結合設備故障恢復能力確定與配電網高適配性的運行控制策略。目前，可選擇的故障恢復方案有3種。一是以保護、自動控制為核心的隔離方案；二是負荷轉供控制方案；三是最小停電損失自適應方案。不同方案適用的條件不同，例如，第一種方案在中壓開關作用下可實現就地隔離，縮小故障區域，縮短非故障區的供電恢復時間。自適應控制方案可以做到分段開關與聯絡開關的解列操作，達到降低停電損失的目的。在此基礎上，聯合負荷轉供能力確定供電方案，使得中壓開關和聯絡開關形成自環完成負荷轉供。另外，分布式電源引入智能配電網，建設無功補償系統，所有開關站均配置智能終端、采集和控制設備，從而協同作業來確保配電網的供電可靠性。

5 智能配電網供電可靠性提升策略

5.1 配電網結構優化

為進一步提升智能配電網供電可靠性，可以從配電網結構的規劃出發，在原有基礎上采取專業技術手段進行優化。電力企業要在配電網運行過程中不斷收集分析各類數據參數，總結影響供電可靠性的各類因素，然后調整優化配電網規劃和配電網結構。基于智能配電網規劃特點，全面且客觀地分析所有影響因素，根據當地供電需求，科學布局配電網線路，優化配電網接線方式，提高配電網沿線電源點設置的科學性，確保配電網具有更高的負荷承載能力。路段配電網電源和備用容量全部要控制在規定范圍內，以免智能配電網出現電源不足的情況。要提高對故障發生概率較大的線路的重視，以配電網具體規劃為依據，對地區配電網結構和原有線路的具體情況進行客觀分析，也需要對分支線路安裝隔離開關、熔斷器和聯絡開關進行同步配置，以滿足不同的供電需求。

5.2 應用先進設備

為預防配電網供電各種故障的發生，電力企業需要安排專業技術人員負責地區配電結構的檢修維護，清晰了解智能配電網實際供電狀態，一旦有問題發生，可以及時定位供電異常部位，確定影響因素后及時排除故障。電力企業應注重先進設備的投入，替代以往故障頻發且老化嚴重的老舊設備，充分發揮先進設備的功能，提升配電網的供電可靠性。例如，應用絕緣導線和高壓電纜，并以棒式絕緣子代替針式絕緣子，進一步提升配電網線路的耐壓性能，降低被擊穿的可能性；可以將線路內的油斷路器更換為真空斷路器，并以閥式避雷器代替金屬氧化物避雷器，提升配電網的防雷和抗過壓能力，降低發生供電中斷的可能性。隨著配電網智能化水平的不斷提升，可選擇的技術手段和設備儀器越來越多，收集分析配電網供電總負荷、運行信息等實現信息化管理，能夠更好地改善配電網供電可靠性。

5.3 增大輸送容量

通過優化電源模式和輸電模式，可以達到提升智能配電網供電可靠性的目的。基于電源模式和輸電模式，全面客觀地分析影響配電網供電狀態的因素，了解常見供電問題的發生原因，并對電源和輸電模式進行多層次應用，保障電力系統的安全穩定運行。提高對網絡技術和計算機技術的開發利用，優化電源和輸電模式，營造一個穩定可靠的供電環境，使配電網供電過程電源充足。同時，強調配電網結構中元件結構的改造，根據地區供電需求增加導線截面面積，并基于各分支線路運行情況增設聯絡線，通過分段控制，使供電站具有更大的負荷轉移能力，提高供電可靠性。

6 結 論

智能配電網無論是可靠性、功能性還是故障處理方面均具有更大優勢，但是依然會受到各種因素的干擾。為進一步提高配電網供電可靠性，文章采用故障自愈技術預測運行故障，并及時隔離故障區域和恢復非故障區域的正常供電，縮小故障影響范圍，縮短故障恢復時間。