考虑负荷均分及时序的备自投压板最优投退策略

潘凯岩 谭大帅 李俊格 邓颖奇

（1. 东方电子股份有限公司，山东 烟台 264000；2. 广东电网广州供电局，广州 510620）

备自投装置（BATS）对于保证可靠供电具有重要的作用[1]。为避免备自投动作后出现设备过载情况，文献[2-5]从不同角度提出了消除设备过载的处理方法。文献[6]通过N-1校核给出了备自投压板的投退策略，但由于一些特殊的备自投存在诸如时序及负荷均分等特性，这都使备自投的压板投退策略变得相对复杂，如果对这些特性考虑不充分，则给出的压板投退策略与现场的实际情况会有比较大的差别，因此，有必要对备自投的时序性及负荷均分特性进行深入地分析以使给出的备自投压板投退策略能更符合电网的实际运行情况。

1 智能备自投建模

文献[6]给出了智能备自投的通用建模方法（如图1），内容包括备自投模型、包括备自投类型（母联备投或设备备投）、设备信息（线路、变压器、开关、母线）、投退设置（就地退出、就地投入、自动控制）、投退调节模式（停止、开环执行、闭环）及压板信号点等。另外，这里只对备自投的负荷均分及时序特性进行近一步说明。

图1 备自投通用模型

1.1 时序性

当电网发生故障后，可能造成许多母线停电，一般来说，发生故障的设备的电压等级越高，造成停电的母线数越多。如果BATS之间不考虑动作时间的配合，就可能引起许多BATS动作，实际上，并非所有这些 BATS动作都是必要的。因此，在BATS建模及压板投退策略中必须考虑备自投的时序性。

如图2所示，图中分别给出了同一电压等级及不同电压等级的时序特性。本文后面章节对基于供电路径搜索的方法来确定备自投的相对时序参数及要进行投退备自投的关系进行进一步描述。

1.2 负荷均分性

备自投均分性指当某备自投动作后，为避免备用电源过载而触发相关联的备自投从而使负荷在备用电源间分摊，这样使过载的可能性比单个备用电源带全部负荷有所降低。如图3所示，假设变#1变压器发生故障，在无均分的情况下，#2变压器将带母线Ⅰ母，ⅡA母，ⅡB三个母线的负荷，如果考虑均分，则#2变压器与#3变压器之间的备自投也会动作，最终的结果是#2变压器带母线Ⅰ母和ⅡA母，#3变压器带母线ⅡB母和Ⅲ母，从而降低了#2变压器过载的可能性。

图3 备自投负荷均分性

在处理中，可以对备自投信息进行扩展，增加备自投是否含有负荷均分特性的标志，如果含有负荷均分，则在建模中根据备自投包含的母线关系自动搜索其对应的负荷均分备自投。如针对图 3，如果备自投开关500A备开关501含有负荷均分，则因备自投开关 500A备开关 501的备用母线为ⅡA母，而备自投500B备开关502B的工作母线为IIB母，母线ⅡB母与母线ⅡA母为同一计算节点，从而可以得出当备自投开关500A备开关501动作时，也会同时触发其负荷均分备自投（备自投开关500B备开关502B）动作，这里将备自投开关500A备开关 501做为主备自投，将备自投开关 500B备开关502B作为从备自投，含有负荷均分特性的备自投动作即可转换为主备自投加从备自投一起动作。

2 考虑负荷均分的备自投压板最优投退策略

在基于N-1校核进行的智能备自投的压板投退策略中，要对有负荷均分特性的备自投进行拆分，即改为主备自投加从备自投同时动作的方法，但由于备自投投入闭环时间点不同，从而导致有的备自投是自动控制的，有的是非自动控制的，带负荷均分且为自动控制的备自投与带负荷均分且为非自动控制的备自投的策略在校核中是不一样的。一般来说，对非自动控制且带负荷均分的备自投的策略，用户要求在N-1校核完成后再进行专门针对非自动控制且有负荷均分的备自投进行二次校核。

2.1 考虑负荷均分的故障综合排序处理

由于备自投的均分特性，在进行N-1校核时如果完全按文献[6]进行故障排序，则会出现可能含有负荷均分的备自投的故障先进行校核，而对其中的从备自投在后面又进行了校核并且经校核相应的备自投是需要退出的，这样前面已经校核的含有负荷均分备自投的故障必须重新校核，对于大量的故障，这样处理必然会导致整体策略异常及效率低下。为此，在对故障进行排序时，不能简单的按引起备自投动作的个数进行排序，而是应考虑负荷均分特性，本文中处理改为：如果某个备自投含有负荷均分，则给其一个较大的权重K（例如100），而普通的备自投的权重可以设置为 1。最终可以得到故障的综合权重值如下：

式中，m为故障引起的动作的备自投的总数，Kj为相应备自投的权重。如图3所示，故障与指标值如下表（表中502A备501及502B备503都带有负荷均分特性）。

表1 考虑负荷均分的备自投排序

由表1可见，故障的最终排序顺序为#2变、#1变及#3变。这样在校核时可以对不含均分备自投的故障先校核，含有均分备自投的故障后校核。从而避免了负荷均分的备自投与普通备自投的相应交叉影响的情况。

2.2 综合考虑带负荷均分且自动控制及带负荷均

分且为非自动控制的备自投在线投退策略

综合考虑带负荷均分且为自动控制及带负荷均分且为非自动控制的整体投退策略流程如图4所示。

图4 含带负荷均分备自投的综合投退策略

从图4中可以看出，在压板投退策略中，是按普通备自投、带负荷均分且为自动控制、带负荷均分且为非自动控制3种类型进行校核的。首先对类型1、2、3进行校核，在最后一轮中，再对带负荷均分且为非自动控制的备自投进行校核，其目的是给用户指导意见，即非自动控制且带负荷均分的备自投是否可以带3段母线，以便用户可以人工对非自动控制的备自投进行相应的投退操作。

2.3 带负荷均分且为自动控制模式的压板投退策略

带负荷均分且为自动控制处理详细流程图如图5所示，这里以图 2中的备自投为例进行说明，从图中可以看出，在校核500A备501时，分别考虑了其均分备自投动作时是否会造成相应的主变（这里为#3变）及更上一级线路过载，如果过载，则单独将500B备502B退出。其他处理如图5所示。

图5 含带负荷均分备自投投退策略

2.4 带负荷均分且为非自动控制模式的压板投退策略

带负荷均分且为非自动控制的备自投的压板投退策略在非最后一轮N-1校核中的处理与带负荷均分且为自动控制的主要区别为（以500A备501为例）：在处理中如果引起#3或上级线路过载，则先不将相应的均分备自投退出，只是在N-1校核全部完成后，再补充一轮针对带负荷均分且为非自动控制的备自投的校核，如果在最后一轮校核中，仍然出现#3主变或上级线路过载，则给出相应的均分备自投退出的策略。

3 考虑时序的备自投压板最优投退策略处理

对地区电网来说，同一变电站不同电压等级之间或同一电压等级之间的备自投通常存在时序特性（如图1所示），在满足动作条件的备自投组中，如果其相应的时序参数不同则应进一步根据时序参数由小到大依次校核，这样不但软件处理繁琐，同时要求用户对时序参数要及时维护、及时更新，否则相应的逻辑判断可以与实际情况不符。

本文根据供电路径搜索，在备自投压板投退策略中自动确定同时满足动作条件的备自投的组合校核顺序，如图6所示。

图6 含时序特性的备自投组合投退

由于不涉及到拓扑重新计算，从而使N-1计算速度得到了很大的提高。

假设模拟L1发生故障，则如果不考虑备自投的时序特性时，备自投C1备B1，C2备B2，F1备E1，F2备E2同时满足动作条件。

1）根据供电路径搜索处理，从电源点（这里为L1）采用深度优先搜索方法（DFS）向下搜索，在搜索过程中如果搜索到35kV母线或10kV母线，则记录相应的供电路径，包括路径上的支路信息、母线信息等。

2）通过搜索到的母线信息及备自投对应的母线信息，确定设备与备自投的路径数序关系。

3）对不同路径上的备自投进行组合，得到最终的校核顺序。

以图5为例，L1最终可确定出2条供电路径，每条路径上的备自投信息分别为：①备自投 C1备B1，C2备B2；②F1备E1，F2备E2。

对不同路径上的备自投进行组合，可以得到最终的投退校核顺序见表2。

表2 考虑时序特性的备自投投退校核顺序

从表2中可以看出，通过组合可以很容易地处理备自投的时序特性的投退策略，首先校核备自投C1备B1，备自投F1备E1的压板投退，如果这一组中有备自投需要退出，则进行后续校核，否则不必进行后续校核。

N-1校核详细处理：对故障进行排序完成后，需要进行N-1校核计算以检测当设备发生故障后是否会引起备自投动作，如果引起备自投动作，则需要对备自投动作后的电网进行潮流计算，校核备自投动作后是否有设备过载，如果有设备过载，则需按一定规则将部分备自投退出运行以消除设备的过载情况。

4 应用效果分析

通过对备自投进行分类，不但可以处理普通备自投的投退也可以高效地处理现场中含负荷均分的备自投的压板投退。目前，文中提出考虑负荷均分特性的自动控制的备自投及带负荷均分的非自动控制的备自投压板投退策略已经在广州供电局投入闭环运行。现场中大量的备自投都含有负荷均分特性，现场运行情况表明，通过对备自投分类进行处理，使得只含普通备自投的故障先进行校核，而含有负荷均分特性的备自投的故障后校核。从而使不同的备自投的投退相互不影响，使得备自投的压板投退策略可以更高效地运行，进一步提高了电网的稳定性。

5 结论

本文根据备自投的负荷均分特性及时序特性在实际压板投退策略中对备自投进行了分类处理，使最终给出的策略更加符合电网实际运行状况。本文提出的策略可以高效地处理现场中含有均分的备自投的压板投退，从而最大限度地保证电网的供电可靠性。现场运行效果表明该方法具有一定的通用性。

[1] 丁书文. 电力系统自动装置原理[M]. 北京: 中国电力出版社, 2007.

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