提升供電可靠性的智能配電網全域自愈技術探析

于 孟，呂姝穎

（1.國網天津城南供電公司，天津 300201；2.國網天津城東供電公司，天津 300171）

0 引 言

智能配電網是以物理電網為依托，搭配通信網絡與數字技術，結合傳感測量技術、信息化技術、控制技術，打造的新型網絡。而自愈控制技術屬于控制技術的一種，是指具備自我感知、自我修復能力的技術手段，其作用在于準確預判事故，改善電網運行狀態，通過定位、隔離實現故障轉移。借助風險評估與脆弱性分析，完成網絡重建。因此，研究此項課題具有十分重要的意義。

1 智能配電網全域自愈技術

實際調查顯示，隨著我國分布式電源裝置的大面積普及與接入，配電網規模的進一步增長，數據量的高速攀升，故障處理難度也在隨之增加，對配電網的運維管理提出更高的要求。傳統的配電網由于缺少健全的自愈體系，已無法有效應對復雜的配電網問題，也難以契合供電可靠性的實際需要，經常出現故障處理效率不佳的情況。若想切實解決此類問題，需要打造更加完善、智能、安全的自愈控制系統，在設計過程中需要以實現以下幾種功能為首要目標。自我感知功能：包括智能配電網分析、配電網運行監控、分布式電源監控、信息集成；自我診斷功能：包括脆弱點評估、風險評估、預警分析、狀態劃分、故障定位；自我決策功能：包括經濟性重構、預防性重構、故障性重構、孤島劃分、黑啟動；自我修復功能：包括主站集中控制策略、終端就地控制策略。

為契合配電網的可測、可控需求，需要推動配電網自愈控制系統的發展結構優化，使其具備協調報警功能，能夠實現故障自愈與交流通信，完成多源異構數據的融合，切實提高集成應用效果。通常來說，配電網的全域自愈技術更多表現為預測系統與設備故障識別體系，其作用在于第一時間進行故障警報，并采取針對性的應對措施。通過脆弱性分析達到快速修復的目的，盡可能縮短停電時間。借助信息系統、設備監控等技術手段，挖掘設備的潛在風險，從根本上消除安全隱患，保證電力的持續供給[1]。

2 提升供電可靠性的智能配電網全域自愈技術實施路徑

自愈控制本身屬于一個多目標、非線性的組合優化問題，因此要充分考慮計算開關閉合次數、失去負荷的恢復數量、客戶優先等級，并在應用前設計好數學模型，確定自愈目標與約束條件。失電負荷、系統有功損耗、開關操作次數的具體計算公式為

式中：λi表示負荷比重系數；li、s表示未恢復供電的母線負荷與數量；ri表示支線線路電阻；n表示線路支線數量；Ui表示支路節點電壓幅值；Pi表示支路有功功率；Qi表示支路的無功功率；ki表示開關狀態變量；m表示配電網中未拉開的隔離開關；ci表示隔離開關在恢復中維持閉合狀態；oj表示聯絡控制開關在恢復中由開啟轉化為關閉。此外，在智能配電網的故障自愈算法方面，可模擬退火算法，完成多次開關交換，充分考慮網損情況。

智能配電網全域自愈技術在控制模型方面主要分為2 種，一種是就地型，利用重合器、分段器，實現配電網自動化；另一種是主站型，借助獲取的故障數據，通過配電終端，傳送到自愈控制主站，經過集中決策后，完成故障定位。之后借助遠程控制手段，實現故障區域的隔離，并進行非故障區域的電力恢復。雖然該方法的自愈效果顯著，但在使用時仍存在以下幾點不足：一是自愈時間相對較長；二是對主站依賴度過高，且控制方式較為死板，不夠靈活；三是在多對一的通信層面，可靠性不足；四是無法有效契合有源電網實際需求。且由于就地型、主站型控制模式無法實現信息的精準收集，導致對配電網的供電可靠性保障較差。基于以上問題，提出推動配電網自動化發展，借助智能化全域自愈控制技術，保障配電網的安全運行，降低安全事故的形成概率。

2.1 集中式自愈

主站集中式自愈控制技術負責配電系統的核心功能，如故障分析、定位、隔離與管理，能夠完成負荷轉移。對于配電主站來說，可依托通信網絡，從配電終端獲取相關的故障信號，之后依照配電網網絡結構，結合設備運行狀態參數，根據故障信號與配電終端的切換情況，完成網絡拓撲分析，從而達到快速定位、故障隔離、恢復非故障區域供電的目的。

2.2 電流差動縱聯保護定位法

電流差動縱聯保護定位法是指被保護線路各端電流量實現電流差原理的一種線路縱聯保護，其特征在于動作快、定位準，但對于分布式電源來說，當出現滲透率較高且數據量龐大的情況時，需要完成電流差值的交換。此時，容易造成故障難以準確判斷。而主站集中型控制的特征在于恢復供電的過程中，能夠為網絡分析提供解決方案。基于兩者特點，文章認為可將電流差動縱聯保護定位法與主站集中型控制實現協同應用。當出現故障問題時，利用電流差動縱聯保護定位法第一時間完成斷路器跳閘操作，由主站依照跳閘信息啟動自愈功能，結合電流差動信號明確故障區域，及時隔離下游區域[2]。

2.3 分布式自愈

簡單來說，智能分布式自愈是借助智能終端單元功能的優化，通過相互聯通，實現配電自動化功能，但該技術需要依靠大量拓撲信息。由于智能終端單元無法與主站一樣，完成全部拓撲數據的存儲，因此提出與主站控制技術協同，打造全新的技術路線。

該協同模式主要利用配電終端進行故障的定位與隔離，完成非故障區域的供電恢復，可根據開關保護動作信號，如開關位置、開關拒動等，進一步判斷現場設備動作是否正確。同時能作為現場設備的后備保護，具有遠程遙控功能，起到優化故障處理決策的作用，產生配電網自愈的效果[3]。

2.4 就地式自愈

通常來說，主站式自愈承擔決策作用，而終端則負責信息的收集以及策略的執行，同時也承擔就地式自愈終端組網的通信，能完成故障的及時處理與運行方式的適當調整。根據以上特征，提出將就地式自愈與主站自愈有機協調，構建新的技術路線。該技術路線依靠智能終端完成故障的緊急處理，包括傳輸故障信號，完成100 ms、200 ms故障切換以及2 s轉供電。之后利用主站完成全局監控，提高供電可靠性，包括故障校驗、定位校驗、隔離校驗以及轉供校驗，若定位準確，則執行故障隔離全局優化決策，在滿足經濟運行的條件后，實現最佳的配電網全域自愈[4]。

2.5 快速復電

快速復電技術主要包括自動研制、閉環監控、數據分析，其目的在于完成故障饋線與相關設備的修復處理，達到簡化工作流程的目的，最大程度降低人力資源的使用，合理調控管理成本。具體的技術構架表現如下：一是移動應用，包括現場檢修App、復電監控App、微信企業號、微信服務號；二是安全驗證，包括移動接入平臺、系統接入安全認證；三是后臺管理，包括配電系統、門禁系統、視頻、計量自動化系統以及生產現場移動作業監控平臺；四是6+1系統，包括4A 平臺、安全生產系統、營銷系統以及地理信息系統（Geographic Information System，GIS）平臺。

2.6 勢態感知技術

配電網狀態需要將系統的運行參數、停電檢修狀態、通信系統狀態等內容涵蓋在內，其中系統運行參數主要包括電網模型、設備、客戶及分布式電源等。采用勢態感知技術可進一步提高配電網系統的運行質量，及時掌握設備狀態信息，以此協同發現問題，從而采取針對性的解決措施，保證配電網自愈能力符合預期效果，增強系統的供電可靠性。

3 應用案例

為驗證所提出的相關論點，文章以某地方城市采用的配電網作為研究對象。配電網在3 路主電源供電等運行方式下針對主電源、分段斷路器、聯絡線處產生的故障，提出自愈動作邏輯。實際調查顯示，配電網覆蓋約28 條路線、6 組單環網以及81 個環網柜，主要組成包括三供一備主接線配電網保護與控制系統配電網網架。其中，保護系統與控制系統由光纖電流差動保護裝置、通信設備以及配電保護自愈設備組成，而配電保護自愈設備則以線路網絡拓撲保護、母線保護等功能為主。三供一備配電網保護以及控制系統結構框架如圖1 所示。

圖1 三供一備配電網保護以及控制系統結構框架

由圖1 可知，當S1產生故障問題時，保護開關跳開，并且配電保護自愈設備開始過載預判，如果開關Q4的功率與開關101 的原有功率之和仍不超過允許值，則證明能夠自投合開關Q1，否則閉鎖自投開關。如果S2產生故障，此時配電保護自愈設備同樣會執行過載預判。而在分析應用效果時發現，在保護區域較為依靠主保護的基礎上，借助優化后的后備保護方法，能夠達到故障點選擇性隔離的目的，且不會對用戶供電產生不良影響。即便出現級差不足的情況，后備保護也能與主保護完成配合，確保保護不會出現失配點的問題。據計算可知，最快可在0.5 s 內完成故障隔離，并進行供電恢復，保證多供一備主接線停電時間控制在2.25 min 以內[5]。

4 結 論

通過對智能配電網全域自愈技術的分析討論，闡述提升供電可靠性的智能配電網全域自愈技術實施路徑，充分發揮配電網全域自愈技術的預防、自恢復能力，切實增強故障區域的識別效果，并以某城市的配電網作為研究對象。研究發現，所提出的主站與智能分布式自愈協同技術能切實提高配電網的全域自愈水平。