10 kV配网调度中馈线自动化系统控制技术探讨

靳 金

（国网陕西省电力有限公司佛坪县供电分公司，陕西 汉中 723400）

电力系统自动化提供了一种有效的方法，可以优化电力网络的运行，提高电力供应的稳定性和可靠性。本文将集中讨论10 kV配网调度中馈线自动化系统，包括故障检测、故障定位以及电力恢复的自动化过程，同时也将探讨分布式和集中式故障管理系统。

1 馈线自动化系统概述

馈线自动化系统是现代电力系统中的重要组成部分，它是电力系统自动化的一种具体实现方式，也是电力系统智能化的重要手段。首先，在电力系统中，馈线自动化系统主要负责实现对电网馈线的自动化控制，包括故障检测、故障隔离、服务恢复以及电网运行状态的实时监测等。这些功能有助于提高电力系统的运行效率，减少停电时间，提高供电可靠性，从而提高用户满意度。馈线自动化系统具有复杂性和动态性的特点，需要依靠先进的控制技术和通信技术才能有效地运行。馈线自动化系统的组成部分主要包括遥控设备、遥信设备、遥测设备、遥调设备、终端设备以及配电自动化终端设备等[1]。遥控设备主要负责远程控制电网设备的开关状态；遥信设备主要负责远程传输电网设备的状态信息；遥测设备主要负责远程测量电网设备的运行参数；遥调设备主要负责远程调整电网设备的运行参数；终端设备和配电自动化终端设备则主要负责执行控制指令和处理数据。这些组成部分共同实现馈线自动化系统的主要功能，包括远程控制和监视、故障检测和定位、故障隔离、服务恢复、负荷管理、电能质量管理等。这些功能可以有效地提高电力系统的运行效率和用户满意度，减少停电时间，提升供电可靠性及电能质量，减少电能损失，延长电网设备的使用寿命，为电力系统的可持续发展提供必要支持。馈线自动化系统还可以为调度运行人员提供大量的电网运行实时数据，为电力系统的调度运行和决策提供依据[2]。

2 馈线自动化系统的控制技术

2.1 控制策略

控制策略是馈线自动化系统运行的基础，对于馈线自动化系统的性能和效率具有决定性的影响。在实际操作中，选择适当的控制策略可以显著提高电力系统的运行效率和可靠性，减少故障和停电时间，提高电力供应的稳定性和质量。馈线自动化系统的控制策略主要包括故障检测和定位策略、故障隔离和服务恢复策略、负荷管理策略以及电能质量管理策略等。故障检测和定位策略主要利用系统中的各种传感器和检测设备，通过实时监测和数据分析，及时发现和定位系统中的故障，以便进行及时的处理和修复[3]。故障隔离和服务恢复策略则是在故障发生后，通过智能化的控制和调度，实现故障区域的隔离和非故障区域的快速恢复，从而尽可能地减少故障对系统运行的影响。负荷管理策略通过合理的负荷调度和优化，平衡系统的供需，提高系统的运行效率，减少电能的损失。电能质量管理策略则通过对电能的实时监测和分析，调整和优化系统的运行状态，保证电能的稳定供应和高质量。这些控制策略需要依托先进的控制技术和通信技术，以及强大的数据处理和分析能力，才能在实际操作中得以有效实施。通过采用合理的控制策略，馈线自动化系统不仅能够实现电力系统的智能化运行，提高系统的运行效率和可靠性，而且能够为电力系统的优化运行和调度人员决策提供大量的实时数据和分析结果，有利于电力系统的持续优化和发展。

2.2 控制算法

控制算法是馈线自动化系统控制策略实现的关键，它是决定系统性能和效果的重要因素。在馈线自动化系统中，控制算法主要用于故障检测和定位、故障隔离和服务恢复、负荷管理以及电能质量管理等功能的控制运算。故障检测和定位算法通常使用一种或多种方法，如电流检测、电压检测、阻抗计算等，以及使用人工智能技术如神经网络、支持向量机等，根据故障前后的电网状态变化来实现。这些算法可以快速精确进行故障检测和定位，为故障的及时处理提供科学依据。故障隔离和服务恢复算法则依赖于复杂的逻辑判断和优化计算，通常涉及图论、最短路径算法、优化算法等，以实现在故障发生后的最优化处理，使得故障区域被隔离，非故障区域能够尽快恢复电力供应。负荷管理算法主要通过对电网负荷的预测和调度，以及对电网设备的优化配置，来平衡电网的供需关系，提高电网的运行效率，减少电能损失。这通常需要应用预测模型和优化算法。电能质量管理算法主要通过实时监测和分析电网的电能质量参数，如电压、电流、频率、功率因数等，以及通过调整电网设备的运行状态，来保证电能的高质量稳定供应。这通常需要应用信号处理技术和控制理论[4]。

2.3 控制系统的实现

馈线自动化系统的控制系统实现需要依赖先进的控制技术、通信技术、计算技术以及大量的实时数据。首先，控制设备是控制系统实现的基础，包括用于实现遥控、遥信、遥测、遥调等功能的设备，以及用于执行控制指令和处理数据的终端设备。这些设备需要具有高度的可靠性、协调性和集成性，以保证在各种环境和工况下都能够正常运行。其中，通信技术是控制系统实现数据传输的纽带，需要保证在大范围、复杂环境中都能够实现高速、稳定、安全的数据传输。常见的通信方式包括有线通信和无线通信，如光纤通信、无线射频通信、卫星通信等。通信网络需要具有足够的带宽，以满足大量的实时数据传输需求。同时，通信网络还需要具有高度的安全性，以防止数据被窃取或篡改。重中之重的计算技术则是控制系统实现的核心，包括用于处理大量实时数据、执行复杂控制算法、实现优化决策的计算设备和软件。这些设备和软件需要具有高速的运算能力以及高度集成化和可编程性，能够根据电网的实际情况和需求进行调整和优化，以满足不同情况下电网运行的实时控制需求。最后，大量的实时数据是控制系统实现的基础，包括电网设备的状态数据、运行参数、故障信息等，这些数据则通过传感器和检测设备进行实时采集，然后通过通信网络传输到计算设备进行处理和分析。这些数据不仅可以用于实时控制，还可以用于电力系统的调度优化和决策，以及故障的预测和诊断。

3 10 kV配网馈线自动化系统控制技术的应用

3.1 在电力系统中的应用

馈线自动化系统控制技术在10 kV配网中应用广泛且影响深远。其主要应用包括故障检测与定位、故障隔离与服务恢复、负荷管理以及电能质量管理等，大大提高了配电网的运行效率和供电可靠性。例如，某城市的电力系统中，由于城市规模的扩大和电力需求的增长，传统的人工控制配电网调度方式已经无法满足需求，因此推广使用10 kV配网馈线自动化系统。在系统运行后，通过实时监测和数据分析，可及时发现和定位配电网中的故障，大大减少了故障查找的时间。同时，通过智能化的控制和调度，实现了故障区域的自动隔离和非故障区域的快速恢复，减少了停电的影响范围和时间。在负荷管理方面，通过对配网负荷的预测和调度，以及对配网设备的优化配置，实现了电网供需的平衡，提高了电网的运行效率，减少了电能损失。

3.2 在故障检测和隔离中的应用

在10 kV配网中，馈线自动化系统控制技术在故障检测和隔离中的应用高频且高效。馈线出现故障，是现实中无法轻易避免的，尤其是在分布广泛、必须覆盖到每个客户的配电网络中。由于环境的多样性、用户的众多性及线路的复杂性，配电线路可能正在经历严酷的环境，例如，穿越树木茂密的地区，树枝和野生动物可能会频繁碰触配电线路，引发临时性或永久性故障停电。过去传统的配电网络在没有监视控制和数据采集的情况下，通常需要等待客户报告停电才能察觉到停电事件。馈线自动化系统可以结合SCADA（数据采集与监视控制）系统实时感知到导致断路器临时和永久跳闸的停电故障。例如，SCADA系统通过监控馈线电流可检测到馈线电流突然下降，这种下降大于正常负载变化，从而判断出可能由于故障而导致的部分馈线停电。馈线自动化系统依据SCADA系统反映的实时数据，通过实时参数的相关计算与比较，确定可能发生故障的位置并可以自动采取相应策略。当然有许多方法可以确定故障的位置。传统的方法是根据故障前后电网状态参数变化，人工判断故障位置区域。而现代的数字继电保护器可以根据故障时断路器开启时捕获的相电压和电流波形来计算故障阻抗等数据，通过这种额外的阻抗信息以及相关数据，通过与正常时的馈线阻抗等科学计算得到模型定值进行比较，以确定故障的实际位置，然后馈线自动化系统根据故障位置等信息采取相应策略，如控制开关自动隔离故障区域[5]。

3.3 在优化配网运行中的应用

优化馈线自动化系统在配网运行中的应用，主要涉及配网故障管理和电力恢复。覆盖广泛的配电网络必须延伸到每一个客户，其中一些配电馈线可能非常长，尤其是在人口稀少的山区农村地区。优化馈线自动化系统的关键是更快地检测到停电，准确地确定故障位置，隔离故障馈线段，以及重新恢复非故障段供电。对于故障检测，可以结合SCADA（数据采集与监视控制）系统，利用SCADA系统的远程终端可以立即了解到引起断路器临时或永久跳闸的故障。例如确定故障位置使用故障指示器，这些指示器通过检测高于最大预期正常馈线负载的阈值的相电流而被触发。在故障发生后，为了隔离故障并恢复对非故障区域的供电，需要馈线自动化系统进行一系列开关操作，这些操作需要在瞬时停电的阈值内（通常在一分钟内）完成。馈线自动化系统可以使用分布式或集中式智能故障管理系统。在分布式系统中，多个馈线开关装有能够监视该开关处的电气变量以及自主开闭开关的智能本地控制器。这种系统的优点是可以相对快速和低成本地部署小型故障管理系统。然而，当网络出现异常时，本地控制器通常只能正常工作，如果需要关闭或对这些本地控制器重新编程，则不是一项轻松的任务。集中式故障管理系统通常作为一般目的SCADA和DMS配电网管理系统的一个子系统来运行。在这样的系统中，馈线开关可以通过集成电动开关控制器和一个配备有通信设施的终端来实现远程控制，集中式系统的优点是：通常可以实时全面地了解所有网络条件，包括所有计划的和非计划的停电，以及所有异常的网络拓扑。集中式故障管理系统存储所有故障管理参数和算法，能够自动获取当前的异常网络条件。它还可以分析和推荐更复杂的开关场景，提升邻近馈线承担故障馈线负载的能力。在选择分布式或集中式故障管理系统时，应考虑当地设备和策略实施情况。无论采用哪种系统，关键是为配电网运行和故障处理提供真实可靠的数据，为调度人员和故障抢修人员提供处理的依据[6]。

4 结束语

电力系统自动化对于实现高效、可靠的电力网络运行至关重要。我们需要继续探索和发展更高效、更智能的电力系统自动化技术，以应对未来更大的电力需求和更复杂的电力网络。同时，我们必须认识到，随着技术的发展，电力系统自动化也将面临新的挑战和机遇，我们必须做好准备，以最好的方式利用这些机遇，应对这些挑战。