基于多源多路径配电网调控运行技术关键策略的研究

国网天津蓟州供电分公司 孙 斌 李雪川 邱晓娟 王莎莎

近年来国家提出碳达峰、碳中和的双碳战略目标，新能源设备通过配电网线路接入大电网逐渐增加，地区电网调度也从经验型调度向分析型调度转变。随着“煤改电”工程的实施，蓟州地区配电网规模翻番，线路结构趋于完善，同时蓟州地区电网的网架结构变得更加复杂，为了保证用户的用电需求，各线路之间配置了联络点，在线路合环操作时，既要保证两条线路的相序一致，同时也要保证合环操作后线路可靠供电以及线路定值仍适用。

目前，关于配电网检修、故障的合环操作以及合环后的末端电压质量、线路继电保护定值的调整等问题研究较少，现有的模式还未达到精准分析且各个环节未形成系统结构。本文对蓟州地区10kV配电网进行了深入研究，基于Microsoft Excel软件作为程序开发平台，通过VBA编程及算法设计，搭建了10kV配电网数据的数字模型、实现配电网检修故障等情况下合环操作时标准操作令步骤的生成；此外，本文通过对二维码生成和解析过程的研究，利用二维码可以携带数据、成本低可随载体移动的特性，实现数据的内网至外网间单向物理隔离传输，极大保证内网系统运行的安全性与稳定性。

1 配电网调控运行技术策略分析

1.1 配电网数据的数字模型

电能经过发电、输电、变电后，最终通过配电网线路输送给用户，配电网线路在电力系统中担负着电力生产终端用户的管理调度和运行服务等职能，具有至关重要的作用。

配电网线路的类型包括架空线路、电缆线路及混合线路，根据当地的地理信息，选择最优的线路类型。配电网线路建设要求安全、可靠，能够保持供电连续性，同时应尽可能减少线路损失，提高输电效率，保证电能质量良好。蓟州地区电网多为混合线路，架空线路部分受外界环境影响较大，遭遇雷雨等恶劣天气时，存在线路故障原因查找困难、故障需长时间处理等问题，从而不能及时恢复用户的用电，因此，蓟州电网大力发展多源多路径配电网线路，从而保证线路在故障或检修期间，最大可能的减少停电的用户，保证用户的用电需求，创造更加友的营商环境。

本文以变电站为单位，对本地区电网内的多源多路径配电网线路的主要数据进行收集，包括配电网线路所属变电站、所属母线、所属供服中心、联络线信息、联络模式、各联络位置的联络开关和刀闸位置、线路保护定值的参数等数据；然后，根据多源多路径配电网线路各联络位置的联络开关、刀闸连接方式及分合状态生成对应的识别码，并在Microsoft Excel软件平台建立“一站一表”配电网数据的数字模型。

1.2 VBA编程及算法设计

1.2.1 线路结构分析

本地区10kV配电网结构复杂，接线方式也较多，具体分为电缆线路、架空线路及混合（电缆、架空线）线路：架空线路结构的接线方式一般采用环网接线开环运行方式和单放射方式。环网接线采用开环运行方式，线路多分段、适度联络，分段与联络数量根据用户数量、负荷性质、线路长度和环境等因素确定；电缆线路结构根据用户负荷性质、容量、路径等情况，电缆线路结构的接线方式一般分为单环接线和双环接线方式等[1]；混合线路结构的接线方式根据本地区地理环境、负荷特性，采用一般采用环网接线开环运行方和双环接线方式等。通过对10kV配电线路联络情况的分析，联络点主要有架空线路柱上联络开关、刀闸及电缆线路的环网柜、开闭站等单一联络开关等，联络点连接类型包括联络点为刀闸-开关-刀闸、刀闸-开关、单一联络开关的连接方式。

1.2.2 数字模型的建立

根据线路的连接类型建立统一的线路联络关系数字模型，包括变电站、10kV线路名称、联络点的联络开关/刀闸名称、联络线名称、识别码、所属母线、所属供电服务中心。其中“10kV线路名称”为该“变电站”“所属母线”的出线名称，“联络线名称”为对应联络线名称，“联络点的联络开关/刀闸名称”以联络开关、刀闸的连接顺序进行排列。“识别码”是对联络点设备的联络结构及设备运行方式的标识，识别码共8位，1～2位为标识符；3～5位为联络点连接方式，其中“111”表示刀闸-开关-刀闸的连接类型，“101”表示单一开关的连接类型，“110”或“011”表示刀闸-开关或开关-刀闸的连接类型；6～8位标识对应3～5位的联络开关、刀闸的运行位置，即“1”对应“合入”位置，“0”对应“拉开”位置。以“0x111000”为例，该联络点以“刀闸-开关-刀闸”方式连接，联络开关、刀闸均在拉开位置。

根据线路联络关系数字模型形成“一站一表”的配电网数据，建立变电站数字模型，基于Microsoft Excel软件作为程序开发平台，通过VBA编程设计算法实现配电网线路在检修、故障等情况下合环操作的标准操作令步骤的文本生成。本文采用的算法流程如图1。

图1 程序流程图

首先选择某变电站的某条多源多路径配电网线路，若需要进行线路运行方式调整策略，则根据保护灵敏度校验、电压降计算判定是否满足合环运行条件，进而生成运行方式调整的操作步骤；若需要进行母线运行方式调整策略，则通过判定该线路与联络线是否为同一变电站、同一母线进而生成运行方式调整的操作步骤。多源多路径配电网线路具有多个联络关系，存在线路合环后过载、保护定值不满足需求的问题，本文提出的算法通过计算分析合环操作完成后，配电网线路的保护定值、线路最大负荷，分析线路过流定值躲联络线路负荷的能力，对不满足的线路提出建议，重新核算定值或提示负荷过高不满足带路要求。

在配电网线路检修、故障等情况下，通过本算法在操作令生成界面生成满足线路停电范围、合环后线路保护定值要求的标准操作令，由调度员选择最优的合环方案，从而快速准确地完成合环操作令的编制。

1.3 物理隔离传输

由于二维码其具有信息容量大、编码范围广、容错能力强、译码可靠性高等特点，本文利用二维码实现文本信息的内网至外网的物理隔离传输。二维码的种类很多，可分为堆叠式/行排式二维条码和矩阵式二维条码：堆叠式/行排式二维条码又称堆积式二维条码或层排式二维条码，在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维条码的一些特点，识读设备与条码印刷与一维条码技术兼容。有代表性的行排式二维条码有Code 16K、Code 49、PDF417、MicroPDF417等；矩阵式二维条码是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上，用黑、白像素表示二进制的1和0。具有代表性的矩阵式二维条码有Code One、MaxiCode、QR Code、Data Matrix、Han Xin Code、Grid Matrix等[2]。

本文采用了矩阵式二维条码中的QR (Quick-Response)Code码（快速响应矩阵码）作为传输数据的载体，与堆叠式/行排式二维条码相比具有数据量大、超高速识读、全方位识读、应用方便、纠错能力强和能够有效地表示汉字等优点。Excel VBA实现生成QR Code二维码主要有两种方式：一是引用QRmaker.ocx控件实现；二是通过VBA代码实现。通过QRmaker.ocx控件实现的方案在使用上存在两个弊端：在未安装该控件的计算机上无法应用该功能；该控件不适配64位office。通过使用纯VBA代码代替QRmaker.ocx控件生成二维码的功能就能完美解决以上两个问题。

首先，对输入的信息进行数据分析，确定编码的字符类型；然后按相应的字符集转化成符号字符，选择纠错等级，再将数据字符转换为位流，每8位一个码字，整体构成一个数据的码字序列，生成数据编码即二维码的数据内容；将码字序列分块，将纠错码字加入到数据码字序列后面，成为一个新的序列，最后将新的序列转译成具有物理隔离作用的二维码图片进行物理隔离传输。通过生成的二维码图片实现数据的内网至外网间单向物理隔离传输，信息传递后无任何形式的返回值，极大保障内网系统运行的安全性与稳定性。

综上，本文提出的基于Microsoft Excel软件平台VBA编程设计的算法方案实现的合环操作标准操作令步骤的生成方案具有体量小、数据易维护、推广零经济成本等特点。此外，生成的文本信息数据通过二维码由内网至外网间单向物理隔离传输功能的使用，有效地提高了操作票编辑效率和准确率。在此基础上，本方案未来将通过对线路保护定值、线路参数（导线、电缆型号及长度等）更详细的分析，计算线路保护定值对最远支路末端灵敏度校验情况；分析线路联络关系、线路参数等信息，计算压降，自动判别是否存在低电压问题，进一步提高配电网线路操作效率和准确性，为用户提供更加安全、优质、经济的电能。