配电网自动化终端布局规划方法研究

傅伟志

摘 要：智能电网的快速发展，对配电网自动化终端提出了更高的要求，不仅要具有保护、测量及控制功能，还要具有人机交互接口、兼容多样化等功能。文章综合考虑了配电自动化的技术特征，阐述了自动化终端布局的基本原则及新要求，其次提出了具体的自动化终端布局规划方法，以期能为终端布局规划提供借鉴。

关键词：配电网；自动化终端；布局规划

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0109-02

目前国内配电网的安全、稳定运行仍存在诸多安全隐患，如恶劣环境、负荷增长等，配电网自动化终端作为电力系统的关键设备，对提高供电可靠性具有重要作用。近些年来随着信息化时代的来临，配电网自动化终端设备的制造技术获得长足进步，然而对于自动化终端布局规划方法研究却少之又少，基于此，笔者对此问题进行研究。

1 配电网自动化终端布局规划的基本原则

配电网自动化终端是智能电网的重要组成部分，其能否安全可靠的运行直接决定着配电网的供电质量，在对自动化终端进行布局规划时，必须要遵守下述原则。

1.1 稳定可靠性原则

配电网自动化终端进行布局规划时，必须要确保终端系统具有较高的可靠性和抗干扰能力，应该选择经过权威机构检测，并在现场经过考验的保护和测量一体化的系统。配电网中的开关通常包括下述几种类型：出线开关、分段开关、用户分界开关及联络开关，其中分界开关一般带有自动保护装置，具体可根据负荷的特性装设“二遥”或“三遥”终端，并将其作为配电网稳定可靠性的优化目标。

1.2 规范性、分层分布式原则

配电网自动化终端的布局规划必须要依据电力行业制定的标准、规范及规程，必须要选择符合相关规定要求的系统，各种接口也要逐步规范到国家标准。同时对终端布局规划要推行分层分布式系统，同时还要使用现代化的通讯设备解决数据传输问题。

1.3 保护功能独立性原则

自动化终端系统在整个配电网中具有十分重要的作用，因此其保护功能应该相对独立，不依赖于其他系统，而应该设置专用装置。

1.4 分散性、灵活开放性原则

配电网自动化终端设备要求具有极高的可靠性及较强的抗干扰能力，因此对其规划布局要实现功能模块化，要确保终端设备具有较长的寿命、免调试、就地安装的能力，以便于运行过程中的维护管理。

终端系统还需要具有灵活的机构平台，便于未来的扩展，同时还要具有一定的与其他系统集成的能力。

2 配电网自动化终端布局规划的新要求

随着信息化时代的来临，智能电网得到日益广泛的应用，因此对配电网自动化终端设备的布局规划方案要满足下述几点新要求：

第一，规划方法要考虑测量、控制及保护等终端系统中不同功能的模块的分立布置，尽量避免这些设备占地面积大，接口不统一，运维困难的问题；

第二，规划方法要考虑多样化的远方通信方式，以便能有效实现与主站及时、双向的数据信息传输和交换。

3 配电网自动化终端布局规划方法研究

3.1 优化模型

配电网自动化终端布局规划除了要满足上述基本原则和新需求外，还要考虑终端最优安装位置、类型及综合费用最低。基于此，可建立一种优化的目标函数，表达式如下式（1）所示：

minCA=CG+CM+CL（1）

上式中，CA、CG、CM、CL分别表示规划方案等年值总费用、投资费用、运行费用及停电造成的损失费用。

目标优化函数必须满足下述4个约束条件：

第一，满足配电网供电系统的可靠性要求；

第二，满足配电网供电质量的基本要求，即节点电压数值要在一定的范围之内：Ukmin≤Uk≤Ukmax，Ukmin、Ukmax分别表示节点电压的最小、最大值；

第三，满足配电网供电支路过负荷约束Ik≤Ikmax，Ik、Ikmax分别表示支路的实际电流及最大允许电流；

第四，满足运行约束条件。根据配电网自动化终端布局规划的基本原则、新要求及最基本要求可知，配电网终端布局规划属于一个多约束、非线性的组合优化问题，当配电网络规模庞大、终端候选的位置相对较多时，对优化模型的求解都面临着最优组合问题，可通过遗传算法进行智能优化求解，以便从种群中选择出最优方案，本文采用遗传算法进行最优化求解。

3.2 可靠性评估方法

在计算停电损失费用时候，需要通过对配电网可靠性评估计算出发生故障点处每年的平均故障处理时间，包括故障的查询定位时间、隔离及修复时间，配电网自动化终端能极大的缩短故障处理时间，因此在对配电网自动化终端布局规划时，要具有一定的针对性，如针对不同的网络结构、分段开关位置及配置方式等，要进行多次可靠性评估计算。

本文综合了多种算法的分析思想，提出了具体的评估方法，具体评估步骤如下所示：

第一步，对配电网自动化终端进行分块设置，并对不同的块进行分类编号，然后计算每个块等效故障率及平均故障停电时间；

第二步，以第一步设置的块为基本单位，分别求出块到变电站出现的最小通路，并将块编号存入数组中；

第三步，以块为单位，分别求出块到供电线路的最小通路，并将块编号存入数组中；

第四，以块为单位，确定故障处理时间，对于不同块所处的不同装置及位置，采用不同的方法确定故障处理时间；

第五，计算配电自动化终端系统的可靠性指标，根据计算结果判断是否满足配电网供电的可靠性要求。

3.3 布局规划方法

3.3.1 编码方法

对配电网自动化终端布局规划时，最基本的问题是要解决编码问题，本文采用遗传算法对系统进行编码，具体编码方法如下式（2）所示：

上式中，分别表示个体、配电网终端系统的线路编号、一端端点、另一端端点、线路首端开关配置方案、线路末端开关配置方案、线路首端配电终端配置方案、线路末端配电终端配置方案、二进制编码及整数编码。

具体编码方案，见表1。

3.3.2 布局规划流程

第一步，输入配电网自动化终端系统的数据，如网络拓扑结构、线路参数、负荷、开关及终端数据等，并将自动化终端系统的需要进行开关安装的位置进行编码；

第二步，按照设定的遗传算法参数，产生初始种群，根据配电自动化终端系统中不同个体的开关和配置方式进行可靠性评估，并根据可靠性评估计算对自动化终端系统的适应度。由于自动化终端系统的整数编码的配置是基于二进制编码进行，因此如果二进制编码的计算结果表示该位置处无需安装分段开关，在对自动化终端系统进行适应度计算时，整数编码的数值要固定为不配置自动化终端；

第三步，利用精英保留策略，对产生的初始种群进行各项操作，如选择、分段交叉及变异等，选择能满足目标优化函数约束条件的个体，使其进入到下一代种群。对于同一条染色体，由于其可能同时包括开关和终端配置方案编码，因此在进行交叉和变异操作时，要采取分段模式进行；

第四步，计算适应度函数值，将计算结果中的最优个体进行保存；

第五步，按照自动化终端的要求设定终止条件，根据条件判断是否结束循环，若结束则输出结果，否则返回到第三步继续进行。

4 结 语

配电网自动化终端系统是电力系统的重要设备，对电力系统的安全可靠运行起着重要的作用，能直接采集到的各种信号参数，其是否稳定对信息准确度具有重要影响，因此配电网自动化终端布局规划是十分重要的，要对每个环节进行仔细分析和深入研究，采取科学、合理的布局规划方法具有重要意义。

国内自动化终端布局虽然已经经历了几十年的研究，然而由于受到各种因素的影响，如网点多、范围广、不受重视等，使得自动化终端布局规划存在诸多不足之处，笔者对此问题进行研究，以便实现对自动化终端布局规划提供借鉴。

参考文献：

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