含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法

王云飛

（國網(wǎng)浙江義烏市供電有限公司，浙江 義烏 322000）

0 引 言

配電網(wǎng)屬于電力系統(tǒng)的重要組成部分，直接面向電力用戶，其運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性決定了供電質(zhì)量。配電網(wǎng)由各類配電設(shè)備共同組成，如變壓器、負(fù)荷開關(guān)、電容器、饋線等[1]。其中，饋線作為配電網(wǎng)的關(guān)鍵組成設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量的好壞直接影響配電網(wǎng)的運(yùn)行效果，一旦電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，則會影響?zhàn)伨€線路上的負(fù)荷供電，破壞配電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)，降低供電質(zhì)量[2]。對此，可以通過饋線自動化技術(shù)搜集線路上各個站所的終端、饋線終端的故障信息，進(jìn)而制定故障定位、故障隔離以及故障自愈恢復(fù)的決策，自動將配電網(wǎng)饋線異常運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)至正常狀態(tài)。有研究專家提出，基于5G 通信技術(shù)的分布式饋線自動化技術(shù)通過下沉計算方法對配電終端進(jìn)行判別，在主供線路不停電的情況下對出現(xiàn)故障的配電端進(jìn)行就地隔離，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的保護(hù)定值優(yōu)化，并且實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)[3]。此外，有研究學(xué)者提出基于對等通信網(wǎng)絡(luò)的智能分布式自愈控制方法。依據(jù)分布式FA 邏輯算法對配電網(wǎng)故障進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)行故障隔離，基于GOOSE 模型實(shí)現(xiàn)對等通信網(wǎng)絡(luò)報文傳輸，解決配電網(wǎng)故障問題[4]。但上述饋線自愈控制方法多數(shù)采用分層多代理原理設(shè)計而成，在實(shí)際應(yīng)用中存在自愈控制時間較長、控制效率較低的不足，無法為智能配電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供保障，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。基于此，本文開展含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法的研究。

1 智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法設(shè)計

1.1 配電網(wǎng)饋線故障定位

設(shè)計的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法需要對含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障進(jìn)行定位，找出饋線故障所在的區(qū)間位置，為后續(xù)自愈控制奠定良好基礎(chǔ)。采用ME-9001 智能配電網(wǎng)電纜故障測試儀，將其與智能終端、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory ControI And Data AcquiSition System，SCADA）相連接，通過專家遠(yuǎn)程現(xiàn)場操控主機(jī)，識別并確定含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障位置，實(shí)現(xiàn)饋線故障高精度定位的目標(biāo)。一方面，根據(jù)含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線運(yùn)行的實(shí)際情況與特征，在智能配電網(wǎng)一條總饋線的多條出線中篩選出運(yùn)行異常的饋線，并采用定量分析與定性分析的方法對異常運(yùn)行工況作出分析，識別故障[5]。另一方面，使用ME-9001智能配電網(wǎng)電纜故障測試儀檢測饋線存在故障點(diǎn)的區(qū)間部分，確定故障段。饋線發(fā)生故障后，依據(jù)其工況變化，從故障段上找出發(fā)生故障的具體位置[6]。

1.2 饋線故障隔離

在獲取饋線故障位置與故障段區(qū)間后，對饋線故障段區(qū)間進(jìn)行隔離處理。本文設(shè)計的含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障隔離流程如下：（1）給每個變電站終端（Substation Terminal Unit，STU）配置單獨(dú)的網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址，通過接收故障電流數(shù)據(jù)請求命令，確定STU 位置；（2）選擇饋線區(qū)間兩端的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)合饋電故障區(qū)間定位結(jié)果，進(jìn)一步確定故障區(qū)段；（3）當(dāng)智能配電網(wǎng)饋線故障區(qū)下游STU 接收到上游數(shù)據(jù)請求時，下游STU 仍然處于未啟動狀態(tài)，此時含微網(wǎng)電流的智能配電網(wǎng)饋線故障屬于弱饋電故障；當(dāng)下游STU傳輸故障電流數(shù)據(jù)時，上游還能夠向下游弱電STU發(fā)送命令，此時應(yīng)當(dāng)快速啟動跳閘功能，徹底隔離饋線故障區(qū)[7]。

1.3 饋線故障自愈控制

完成含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障隔離后，在此基礎(chǔ)上對饋線故障進(jìn)行自愈控制，恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。首先，具備自愈控制功能的智能配電網(wǎng)配電終端應(yīng)當(dāng)對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理，如母線電壓、開關(guān)分合遙控號、相鄰開關(guān)通信信息、端口號等。其次，讀取配電網(wǎng)相鄰設(shè)備信息，計算鄰域饋線負(fù)荷，進(jìn)而綜合考慮配電網(wǎng)變電站出口斷路器的運(yùn)行工況，判斷饋線上是否存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)。根據(jù)判斷結(jié)果，設(shè)定饋線故障啟動條件，監(jiān)聽相鄰聯(lián)絡(luò)開關(guān)的故障及開關(guān)狀態(tài)變化。最后，智能配電網(wǎng)饋線向鄰近的STU 發(fā)送請求，請求獲取饋線故障電流數(shù)據(jù)。根據(jù)獲取的故障電流數(shù)據(jù)，設(shè)定故障出現(xiàn)后的波數(shù)時間為計算初始時間，計算一周波時間內(nèi)流向該饋線控制的每個開關(guān)對應(yīng)的故障電流數(shù)據(jù)，其中包括饋線故障電流的實(shí)部、虛部及電流振幅。

將饋線故障定位與隔離結(jié)果存儲到配電網(wǎng)饋線日志信息中，生成饋線分閘遙控，進(jìn)而自愈控制饋線故障。自愈控制流程如圖1 所示。檢測智能配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)接收饋線合閘指令中是否存在分閘指令，若不存在分閘指令，則生成一個新的遙控合閘指令，判斷合閘成功與否。若合閘成功，則生成共享自愈控制結(jié)束標(biāo)志，控制配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)，恢復(fù)饋線非故障區(qū)段供電，實(shí)現(xiàn)饋線故障自愈控制目標(biāo)[8]。

圖1 配電網(wǎng)饋線自愈控制流程

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某地區(qū)含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為此次的研究對象。該智能配電網(wǎng)中總共安裝了8 臺配電終端，均采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，采用光纖接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無源光纖數(shù)據(jù)傳輸。智能配電網(wǎng)的配電終端通信參數(shù)配置如表1 所示。

表1 智能配電網(wǎng)配電終端通信參數(shù)配置

通過IP 地址與媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）地址配置，共同實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)配電終端間的通信。根據(jù)設(shè)計的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法，使用實(shí)時數(shù)字仿真系統(tǒng)（Real Time Digital System，RTDS）與實(shí)際配電終端設(shè)備，共同搭建故障自愈控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備完畢后，按照提出的饋線故障自愈控制方法流程進(jìn)行自愈控制，對控制結(jié)果作出分析，驗(yàn)證提出方法的有效性，評估方法的控制效果。

2.2 結(jié)果分析

在此次實(shí)驗(yàn)中，為了增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度與說服性，特引入對比分析的方法原理。將提出的含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，將文獻(xiàn)[3]提出的基于5G 通信的故障自愈控制方法設(shè)置為對照組1，將文獻(xiàn)[4]提出的基于對等通信網(wǎng)絡(luò)的故障自愈控制方法設(shè)置為對照組2，評價3 種自愈控制方法的應(yīng)用效果。

隨機(jī)在智能配電網(wǎng)饋線線路上選取6 個故障點(diǎn)，編號為GZD-01、GZD-02、GZD-03、GZD-04、GZD-05、GZD-06。設(shè)置智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制時間作為此次實(shí)驗(yàn)的評價指標(biāo)，其計算表達(dá)式為

式中：tc為饋線故障自愈控制策略制定后，自愈控制命令下發(fā)并執(zhí)行完畢所需時間；N為饋線故障自愈控制動作中對應(yīng)的遙控開關(guān)數(shù)量。通過計算得出此次實(shí)驗(yàn)的評價指標(biāo)，自愈控制時間越短，說明智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制效率越高，反之則說明效率越低。測定并計算3 種方法應(yīng)用后饋線故障點(diǎn)自愈控制時間，繪制如圖2 所示的故障自愈控制快速性評價指標(biāo)對比圖。

圖2 饋線故障自愈控制評價指標(biāo)對比結(jié)果

從圖2 的評價指標(biāo)對比結(jié)果可以得知，3 種智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法的快速性評價指標(biāo)存在一定的差異性。其中，按照本文所提方法對饋線故障進(jìn)行自愈控制，所需自愈控制時間明顯較短，均保持在3 s 以內(nèi)，能夠在快速時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)饋線故障自愈控制目標(biāo)。可見，本文所提方法的有效性與可行性較高，能夠顯著縮短由于饋線故障導(dǎo)致用戶故障停電的時長，降低配電網(wǎng)運(yùn)行的危險性。

3 結(jié) 論

為了改善傳統(tǒng)配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法在運(yùn)行過程中自愈控制時間較長、效率較低、控制效果不佳的問題，本文開展了含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法的全面研究，通過配電網(wǎng)饋線故障定位與隔離，實(shí)現(xiàn)了饋線故障快速自愈控制的目標(biāo)，有效提高了饋線自愈控制的效率，具有較高的可靠性、靈敏性以及穩(wěn)定性，對提高配電網(wǎng)運(yùn)行安全具有重要的研究意義。