智能配电网供电可靠性提升研究

成凤东

（广东电网有限责任公司潮州供电局，广东 潮州 521000）

0 引 言

配电网作为电力系统的重要组成部分，负责实现输电网与用户之间的连接，容易受到其他因素的干扰，导致供电质量不佳，无法满足用户的用电需求。面对建设日益完善的智能配电网，提升供电可靠性，降低各因素影响，是当前需要解决的重点问题。

1 影响智能配电网运行状态因素

1.1 网架可靠性

网架可靠性在一定程度上决定了智能配电网的供电可靠性，尤其是电网网架内的设备和线路可靠性，涉及线路类型、接地点、联络方式以及支路数目等多个方面。任何一个节点存在设计不合理的情况，均会影响配电网的运行状态。以线路类型与联络方式为例，两者确定了配电网供电范围，需要基于实际情况进行设计优化，通过提高网架可靠性来确保配电网可靠运行。

1.2 自愈能力

当配电网发生运行故障时，自愈恢复能力的高低决定了配电网运行可靠性。事故发生后，要以不影响用户正常供电为基础，自动切除和隔离故障设备或元件，且通过馈线自动化设备的作用控制停电范围，将事故影响降到最低[1]。只有提升故障自愈恢复能力，才能够更好地保障供电质量，做到停电不失供、先复电后停电，提高智能配电网的运行可靠性。

1.3 负荷转供能力

所谓负荷转供，是指用电高峰阶段用户是否可以快速转供到其他电源点，系统是否具备降低停电损失的能力。综合实践经验可以确定，存在诸多因素会增加用户停电损失，且随着停电时间的延长，造成的损失会愈发严重。通过负荷转供操作，可以减少此损失。以往应用传统故障隔离技术时，要结合实际判断转移负荷应用的可行性，同时需要有多种负荷转供装置来配合使用。负荷转供能力越强，配电网运行事故造成的影响越小，配电网的运行可靠性也就越高。

2 智能配电网供电可靠性优化方向

2.1 网架改造优化

首先确定网架可靠性与配电网可靠性之间的关系，基于实际需求对其进行改造设计，接入新能源分布式电源，进一步简化配电网运行。其次，更改变电站间隔为环网结构，代替以往的环形结构。最后，构建星型配电网拓扑结构，作为网架改造优化的新方向。

2.2 提升自动化

以较高的自动化水平为基础，动态监测智能配电网中配电设备运行状态，在故障发生后进行自动隔离并定位故障点，为后期故障排除提供支持。实现区域内用户负荷转供，完善线路重合闸功能，降低各运行事故对配电网状态的影响。灵活应用故障诊断技术和负荷控制技术等，全面了解配电网实际运行情况，及时确定故障原因与部位，安排人员到场处理，将停电损失降到最低。

2.3 自愈控制

当前可选择的自愈控制技术主要有集中控制、分散控制和集中-分散协调控制3种。在配电网自动化水平不断提升的前提下，自愈控制已经具备了充足的实施条件。尤其是集中-分散协调控制方式，在故障处理上效率更高，具有全局性整体协调能力，是一种具有极高可行性的自愈控制技术[2]。

3 自愈控制系统作用分析

配电网运行因多种因素影响不可避免会有故障发生。为了做到运行状态的观察、检测和控制，需要建立智能、安全、经济以及可靠的自愈控制系统。配电网全域自愈即对系统运行情况和设备故障状态进行科学预测，在事故发生的初期自动发送报警信息，同时采取可靠的应对措施。可以在线评估配电网存在的风险隐患，经过脆弱性分析、网络重构等进行快速修复，将事故造成的影响控制到最小范围，缩短停电时间，避免造成更大损失。

自愈控制系统需要同时具备自我预防与自我恢复的能力，核心在于前期预防，即通过防患于未然和及早发现处理来提高配电网的供电可靠性。如果检测发现配电网存在运行异常，采取自动隔离措施，保证其他区域可以正常供电。想要达到自愈控制的目的，需要有网络技术的支持，可靠收集实时监测和实时测量数据，预防应用程序异常，做好前期管理，降低事故发生的概率[3]。在全局自愈控制支持下，可减少断电事故的发生，缩小停电面积，在短时间内恢复正常供电。当遇到紧急情况时，通过保护加速程序、备用电源启动和冷备用状态电源转为热备用状态等应急控制技术，将故障影响降到最低，以免对配电网状态造成较大影响。

4 智能配电网供电可靠性提升技术

4.1 全域自愈方案

4.1.1 配电网主站

配电网主站应用的是分布式控制方式，对分布式电源、电力电子设备等进行统一管理及控制，即对所有分布式设备运行状态的监测、控制、管理以及保护。整个系统采用的是主站、子站和终端的3层结构，接收配电网馈线终端上传的故障信息，经过处理后对各子站下发相关指令。配电网主站包括配电网馈线终端单元、配电网保护装置和自动化终端。其中，馈线终端单元负责向配电网主站实时传送馈线信息，并对信息进行处理、控制与存储；保护装置控制断路器、负荷开关和隔离开关等设备状态，如果配电网内有故障发生，通过及时的跳闸动作来切断电路电源，隔离故障线路，同时将恢复供电指令下达给分支终端；自动化终端接收配电网主站发送的馈线故障信息，然后基于配电网运行情况判断并隔离故障点，并基于故障信息发送控制指令[4]。

4.1.2 馈线终端

馈线终端主要负责收集相关数据，包括馈线开关状态、负荷电流等，用以隔离故障区域和恢复对非故障区域的供电。馈线终端共有集中式和分布式两种，后者在故障隔离与恢复供电方面优势更加突出，可保证供电可靠性，同时所需成本更低。智能配电网要做到故障定位、故障隔离、非故障区域的供电恢复以及网络重构等。馈线终端作为智能配电网的核心部分，对其进行优化设计，可有效应对故障问题，对提高配电网供电可靠性意义重大。

4.1.3 分支终端

分支终端为分布式电源接入点，可作为分布式电源和传统负荷的转换器，具有很强的灵活性，可隔离本地故障，并完成故障信息传输和非故障区域的供电恢复。在智能配电网发生故障发生时，分支终端可将各渠道获取的数据上传到中心数据库。分支终端为分布式电源、传统负荷、主站的接口，可满足分布式电源和主站之间的通信需求。

4.2 提升自动化水平

提升智能配电网自动化水平，以用户为中心，安装用户端智能设备，可通过互联网和无线通信连接，使配电网形成一个整体，以提高配电网供电可靠性。例如，用户端智能设备分布式电源接入系统，同时具备接入容量小、接入电压高和上网成本低等特点，但会对其发电状态产生较大影响，表现为波动性、间歇性问题，是导致配电网供电不稳定的主要原因[5]。因此，需要采取措施提高分布式电源与智能配电网的协调性，包括设置智能终端和网络信息交互系统。由用户端动态监测发电与电压波动情况，同时保持与配电网的稳定通信，实现两者的协调发展。选择以配电网通信系统和人工智能算法为基础，通过故障预测和诊断系统的共同作用，确保能在第一时间发现配电网运行故障，并对其进行诊断和处理，缩小停电范围，缩短停电时间。通过故障自愈技术可以可靠识别故障并对其进行分区，再依据区域负荷水平和变电站等设备的重要程度进行分级分类管理。此外，在人工智能算法的支持下，可以科学预测故障区域内的负荷变化，确认变电站和用户端之间的通信连接情况，基于实际情况选择合适的措施进行控制。

4.3 故障恢复技术

智能配电网要求故障恢复技术具备负荷转供能力，同时要进行故障多目标优化分析，结合设备故障恢复能力确定与配电网高适配性的运行控制策略。目前，可选择的故障恢复方案有3种。一是以保护、自动控制为核心的隔离方案；二是负荷转供控制方案；三是最小停电损失自适应方案。不同方案适用的条件不同，例如，第一种方案在中压开关作用下可实现就地隔离，缩小故障区域，缩短非故障区的供电恢复时间。自适应控制方案可以做到分段开关与联络开关的解列操作，达到降低停电损失的目的。在此基础上，联合负荷转供能力确定供电方案，使得中压开关和联络开关形成自环完成负荷转供。另外，分布式电源引入智能配电网，建设无功补偿系统，所有开关站均配置智能终端、采集和控制设备，从而协同作业来确保配电网的供电可靠性。

5 智能配电网供电可靠性提升策略

5.1 配电网结构优化

为进一步提升智能配电网供电可靠性，可以从配电网结构的规划出发，在原有基础上采取专业技术手段进行优化。电力企业要在配电网运行过程中不断收集分析各类数据参数，总结影响供电可靠性的各类因素，然后调整优化配电网规划和配电网结构。基于智能配电网规划特点，全面且客观地分析所有影响因素，根据当地供电需求，科学布局配电网线路，优化配电网接线方式，提高配电网沿线电源点设置的科学性，确保配电网具有更高的负荷承载能力。路段配电网电源和备用容量全部要控制在规定范围内，以免智能配电网出现电源不足的情况。要提高对故障发生概率较大的线路的重视，以配电网具体规划为依据，对地区配电网结构和原有线路的具体情况进行客观分析，也需要对分支线路安装隔离开关、熔断器和联络开关进行同步配置，以满足不同的供电需求。

5.2 应用先进设备

为预防配电网供电各种故障的发生，电力企业需要安排专业技术人员负责地区配电结构的检修维护，清晰了解智能配电网实际供电状态，一旦有问题发生，可以及时定位供电异常部位，确定影响因素后及时排除故障。电力企业应注重先进设备的投入，替代以往故障频发且老化严重的老旧设备，充分发挥先进设备的功能，提升配电网的供电可靠性。例如，应用绝缘导线和高压电缆，并以棒式绝缘子代替针式绝缘子，进一步提升配电网线路的耐压性能，降低被击穿的可能性；可以将线路内的油断路器更换为真空断路器，并以阀式避雷器代替金属氧化物避雷器，提升配电网的防雷和抗过压能力，降低发生供电中断的可能性。随着配电网智能化水平的不断提升，可选择的技术手段和设备仪器越来越多，收集分析配电网供电总负荷、运行信息等实现信息化管理，能够更好地改善配电网供电可靠性。

5.3 增大输送容量

通过优化电源模式和输电模式，可以达到提升智能配电网供电可靠性的目的。基于电源模式和输电模式，全面客观地分析影响配电网供电状态的因素，了解常见供电问题的发生原因，并对电源和输电模式进行多层次应用，保障电力系统的安全稳定运行。提高对网络技术和计算机技术的开发利用，优化电源和输电模式，营造一个稳定可靠的供电环境，使配电网供电过程电源充足。同时，强调配电网结构中元件结构的改造，根据地区供电需求增加导线截面面积，并基于各分支线路运行情况增设联络线，通过分段控制，使供电站具有更大的负荷转移能力，提高供电可靠性。

6 结 论

智能配电网无论是可靠性、功能性还是故障处理方面均具有更大优势，但是依然会受到各种因素的干扰。为进一步提高配电网供电可靠性，文章采用故障自愈技术预测运行故障，并及时隔离故障区域和恢复非故障区域的正常供电，缩小故障影响范围，缩短故障恢复时间。