智能配电网自愈控制技术探讨

摘要：SDG在智能电网当中是比较关键的环节，对于提高供电质量、效率以及配网、安全性、可靠性作用显著，其中比较关键的技术之一是自愈控制技术。文章对自愈控制技术的内涵以及关键点分别进行了阐述，同时结合顶层设计观念，针对自愈控制系统进行了简单的设计，以供参考。

关键词：SDG；智能配电网；自愈控制技术；在线监测；DFSM 文献标识码：A

中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2016）35-0195-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.095

SDG（智能配电网，Smart Distribution Grid）在智能电网是比较关键的环节。通常110kV以下的电网属于配电网，这一部分直接连接用户侧。SDG的主要特征包括自愈、安全性、电能质量高、DER接入数量大、支持互动、可视化、资产利用率高以及信息化管理。SDG当中比较关键的技术之一是自愈控制技术，在智能电网建设如火如荼的当下是比较受关注的焦点。我国在2009年公布智能电网的建设计划，预计在2020年完成电网改造，智能配电网的自愈控制在其中必将发挥出重要的作用。

1 概述

自愈控制技术是在传统配网自动化技术的基础之上发展起来的，既有相同点，也有一定差别。自愈控制技术是基于SDG的技术，其应用对象属于智能电网的范畴，这表现为系统当中将会出现大量的分布式电源、充放电装置、灵活的可调度负荷等，这些既是自愈控制的基础，也给配网运行控制增加了难度。自愈控制不再局限于故障处理这一传统DA的功能，而是强调预防以及预警，体现预防为主、防治结合的理念。这就要求配电网在运行过程当中要有“智能”，由此在自愈控制当中，DFSM（配电快速仿真与模拟）成为核心与基础。

1.1 DFSM成为重点研究对象的原因

（1）智能电网有着更加灵活的运行模式以及接线结构，智能配电网的运行需要“具备智慧的大脑”，而DFSM就是其中的关键，并在控制过程中具备像人一样的“智慧”，以便能够适应系统结构及需求的不断变化；（2）大量智能终端等设备将出现在电力系统当中；（3）对快速仿真与模拟的要求会逐渐提高，DFSM不仅要具备基本的仿真及计算能力，同时还要在诸多可行的方案中快速给定最佳方案，也就是要求DFSM具备优化计算能力；（4）高度集成的信息化环境中，数据量会越来越大，DFSM将承担巨量的运算任务，这就要求DFSM必须具备强大的计算能力，以便解决巨量的数据运算与快速给定自愈控制策略的矛盾。

1.2 智能配电网的自愈控制技术可实现的功能

（1）实时状态评估，为系统提供数据支持，包括安全监视、评估与优化；（2）实现系统的连续优化，主要有功率交换、效率、质量、可靠性、安全性等；（3）安全分析，也就是预测仿真能力，能够有效避免对配网产生影响事故的发生，如果事故不可避免地发生了，则通过自愈功能尽量控制损失并恢复正常；（4）从运行与规划的角度进行分析，为相关运行人员提供运行方案，并提供辅助决策的依据；（5）实现多馈线的配网重构、无功以及电压控制、故障定位、自适应保护等；（6）在系统模型中聚合政策、市场以及风险的分析，定量化评估这些因素对系统可靠性、安全性的影响。

如图1、图2所示SDG的自愈控制系统，在控制模式以及系统框架方面，分层次架构，考虑顶层设计观念，一般在设计当中采用3层（或4层如图2）结构进行设计。

2 自愈控制技术的关键点

2.1 在线监测

在线监测的主要内容是监测电气量与非电气量。电气量在线监测主要针对电网当中的设备运行状态的监测，包括电压、电流、功率、相角等；非电气量在线监测则主要针对电气设备的介质，包括压力、气体成分、流量、温度等。针对电网设备的在线监测，主要就是要实现及时掌握设备的运行状态，找出存在故障隐患的脆弱点，然后采取相应的措施使存在故障隐患的设备下线检修，预防故障发生。

2.2 FSM

FSM即快速仿真与模拟技术，用于配电网则是DFSM。这一技术对于智能配电网自愈控制的预测能力有着极佳的增强效果，同时为其提供数学支撑，并且通过实时的软件平台上进行数据分析为管理及决策提供信息依据。

2.3 AMI

AMI（Advanced Metering Infrastructure）即高级量测系统。这一技术是AMR（Automatic Meter Reading）自动抄表技术的延伸。通常典型的AMI包括数据收集、网络通信、回程传输单元、智能表计、数据管理等系统。将AMI与DMS（配电管理系统）结合起来在智能电网蓝图当中占据着重要的地位，有利于提高电网运行效率以及实现优化资源的配置。

2.4 配电网重构

配电网普遍的特点在于两个方面：开环以及闭环。分段开关在电网当中有很多，而联络开关相对来说数量较少。分段开关通常用于隔离故障，通常保持常闭状态；联络开关则用于选择供电路径，通常是常开的。配电网重构则是在满足一定条件（节点电压、容量、网络辐射）的情况下，为实现一定的目的如提高供电质量、消除线路过载等采取的措施及调整开关的闭合与网络拓扑结构。

2.5 微网及需求侧管理

微电源与负荷集合成微网，前者为系统供电以及供热，主要通过电力电子元器件实现能量的转换，相比于常规分布式能源，微电源灵活性更高，能够保持单一集成系统的正常运行，而且对用电高峰期的电网压力有着较好的减轻作用，合理调配电力，实现能源利用率的提高，同时还能减少对环境的破坏。在SDG的自愈控制当中起着基础性的作用。

DSMC需求侧管理，Demand Side Management是在行政措施或者激励措施下，确立资源配置优化、节能降耗、提高电网安全的目的，针对用电方式进行优化，以便提高用户侧（即需求侧）的用电效率。其基本手段是通过高效设备的改造、节能建筑、改变用电方式。需求侧管理在自愈控制技术当中是实现用户侧与供给侧（即电网）互动的重要手段，是自愈控制技术的关键技术之一。

3 自愈控制的实现方式

3.1 系统框架设计

系统框架结构如图3，采用两层架构：一层为分布式智能终端的自愈控制层；另一层为主站集中控制层，通过SDH光纤通信技术组网。

3.2 接口设计

为实现图3所示SDG当中自愈控制的4个“自我”目标，则需在主站系统中预留接口，连接SCADA、EMS，配合智能终端的数据采集，以便获得更准确的实时数据。按照IEC61970系列标准，预留连接EMS、DMS、GIS、MIS、CIS、SCADA、AMR等系统的接口，实现最大程度上的信息共享。GIS共享配电网的地理信息以及模型信息，EMS集成10kV出现的开关状态和负荷数据、AMR负责获取公变或专变的负荷数据。

3.3 性能指标

第一，控制动作正确率。（1）针对故障的自愈动作正确率，应全面考虑整个系统来判断，同时按系统最终给出的结果为准，包括4个层次：终端控制动作完全正确，即隔离故障、转供；终端控制动作不完全正确，即隔离故障正确但转供不正确或不是最优转供方案，主站发出控制指令，矫正转供；终端控制动作不执行或出现误动作，主站发出的指令在出现误动后矫正得以正确执行；终端控制动作不执行或出现误动作，主站发出3次正确指令，均控制失败。（2）判断预防控制动作正确率也要从系统整体出发，标准以动作前后系统的判断指标为准，智能终端只要执行了控制命令，就可以算作是一次正确的动作。

第二，故障自愈率。在统计期范围内自愈的总数与受故障影响的用户数的比值，为故障自愈率。

第三，平均自愈次数。每年每户供电故障自愈次数，则为平均自愈次数，即每个用户在统计期范围内遇到故障并自愈成功的次数。

4 结语

综上所述，智能配电网是智能电网的重要环节，而自愈控制功能又是智能配电网的主要功能之一，在智能配电网当中发挥着至关重要的作用。自愈控制技术的关键点包括DFSM、AMI、在线监测、配网重构、微网与DSM。在此基础上，结合顶层设计观念，对自愈控制系统进行系统框架、接口以及指标方面的设计，以期能够为智能配电网自愈控制技术的发展提供一些指导。

参考文献

[1] 张巍，孙云莲，胡雯.智能配电网自愈相关技术及其框架研究[J].电网与清洁能源，2013，（4）.

[2] 胡雯，孙云莲，王定美.基于运行状态评估的智能配电网自愈控制方案研究[J].陕西电力，2013，（6）.

[3] 刘秋华，董丹丹，孟珊珊，吴成立.智能配电网自愈控制及其关键技术研究[J].南京工程学院学报（自然科学版），2015，（3）.

作者简介：朱轩昊（1991-），男，陕西渭南人，云南电网有限责任公司怒江供电局助理级工程师，研究方向：配电网。

（责任编辑：秦逊玉）