提升供电可靠性的智能配电网全域自愈技术探析

于 孟，吕姝颖

（1.国网天津城南供电公司，天津 300201；2.国网天津城东供电公司，天津 300171）

0 引 言

智能配电网是以物理电网为依托，搭配通信网络与数字技术，结合传感测量技术、信息化技术、控制技术，打造的新型网络。而自愈控制技术属于控制技术的一种，是指具备自我感知、自我修复能力的技术手段，其作用在于准确预判事故，改善电网运行状态，通过定位、隔离实现故障转移。借助风险评估与脆弱性分析，完成网络重建。因此，研究此项课题具有十分重要的意义。

1 智能配电网全域自愈技术

实际调查显示，随着我国分布式电源装置的大面积普及与接入，配电网规模的进一步增长，数据量的高速攀升，故障处理难度也在随之增加，对配电网的运维管理提出更高的要求。传统的配电网由于缺少健全的自愈体系，已无法有效应对复杂的配电网问题，也难以契合供电可靠性的实际需要，经常出现故障处理效率不佳的情况。若想切实解决此类问题，需要打造更加完善、智能、安全的自愈控制系统，在设计过程中需要以实现以下几种功能为首要目标。自我感知功能：包括智能配电网分析、配电网运行监控、分布式电源监控、信息集成；自我诊断功能：包括脆弱点评估、风险评估、预警分析、状态划分、故障定位；自我决策功能：包括经济性重构、预防性重构、故障性重构、孤岛划分、黑启动；自我修复功能：包括主站集中控制策略、终端就地控制策略。

为契合配电网的可测、可控需求，需要推动配电网自愈控制系统的发展结构优化，使其具备协调报警功能，能够实现故障自愈与交流通信，完成多源异构数据的融合，切实提高集成应用效果。通常来说，配电网的全域自愈技术更多表现为预测系统与设备故障识别体系，其作用在于第一时间进行故障警报，并采取针对性的应对措施。通过脆弱性分析达到快速修复的目的，尽可能缩短停电时间。借助信息系统、设备监控等技术手段，挖掘设备的潜在风险，从根本上消除安全隐患，保证电力的持续供给[1]。

2 提升供电可靠性的智能配电网全域自愈技术实施路径

自愈控制本身属于一个多目标、非线性的组合优化问题，因此要充分考虑计算开关闭合次数、失去负荷的恢复数量、客户优先等级，并在应用前设计好数学模型，确定自愈目标与约束条件。失电负荷、系统有功损耗、开关操作次数的具体计算公式为

式中：λi表示负荷比重系数；li、s表示未恢复供电的母线负荷与数量；ri表示支线线路电阻；n表示线路支线数量；Ui表示支路节点电压幅值；Pi表示支路有功功率；Qi表示支路的无功功率；ki表示开关状态变量；m表示配电网中未拉开的隔离开关；ci表示隔离开关在恢复中维持闭合状态；oj表示联络控制开关在恢复中由开启转化为关闭。此外，在智能配电网的故障自愈算法方面，可模拟退火算法，完成多次开关交换，充分考虑网损情况。

智能配电网全域自愈技术在控制模型方面主要分为2 种，一种是就地型，利用重合器、分段器，实现配电网自动化；另一种是主站型，借助获取的故障数据，通过配电终端，传送到自愈控制主站，经过集中决策后，完成故障定位。之后借助远程控制手段，实现故障区域的隔离，并进行非故障区域的电力恢复。虽然该方法的自愈效果显著，但在使用时仍存在以下几点不足：一是自愈时间相对较长；二是对主站依赖度过高，且控制方式较为死板，不够灵活；三是在多对一的通信层面，可靠性不足；四是无法有效契合有源电网实际需求。且由于就地型、主站型控制模式无法实现信息的精准收集，导致对配电网的供电可靠性保障较差。基于以上问题，提出推动配电网自动化发展，借助智能化全域自愈控制技术，保障配电网的安全运行，降低安全事故的形成概率。

2.1 集中式自愈

主站集中式自愈控制技术负责配电系统的核心功能，如故障分析、定位、隔离与管理，能够完成负荷转移。对于配电主站来说，可依托通信网络，从配电终端获取相关的故障信号，之后依照配电网网络结构，结合设备运行状态参数，根据故障信号与配电终端的切换情况，完成网络拓扑分析，从而达到快速定位、故障隔离、恢复非故障区域供电的目的。

2.2 电流差动纵联保护定位法

电流差动纵联保护定位法是指被保护线路各端电流量实现电流差原理的一种线路纵联保护，其特征在于动作快、定位准，但对于分布式电源来说，当出现渗透率较高且数据量庞大的情况时，需要完成电流差值的交换。此时，容易造成故障难以准确判断。而主站集中型控制的特征在于恢复供电的过程中，能够为网络分析提供解决方案。基于两者特点，文章认为可将电流差动纵联保护定位法与主站集中型控制实现协同应用。当出现故障问题时，利用电流差动纵联保护定位法第一时间完成断路器跳闸操作，由主站依照跳闸信息启动自愈功能，结合电流差动信号明确故障区域，及时隔离下游区域[2]。

2.3 分布式自愈

简单来说，智能分布式自愈是借助智能终端单元功能的优化，通过相互联通，实现配电自动化功能，但该技术需要依靠大量拓扑信息。由于智能终端单元无法与主站一样，完成全部拓扑数据的存储，因此提出与主站控制技术协同，打造全新的技术路线。

该协同模式主要利用配电终端进行故障的定位与隔离，完成非故障区域的供电恢复，可根据开关保护动作信号，如开关位置、开关拒动等，进一步判断现场设备动作是否正确。同时能作为现场设备的后备保护，具有远程遥控功能，起到优化故障处理决策的作用，产生配电网自愈的效果[3]。

2.4 就地式自愈

通常来说，主站式自愈承担决策作用，而终端则负责信息的收集以及策略的执行，同时也承担就地式自愈终端组网的通信，能完成故障的及时处理与运行方式的适当调整。根据以上特征，提出将就地式自愈与主站自愈有机协调，构建新的技术路线。该技术路线依靠智能终端完成故障的紧急处理，包括传输故障信号，完成100 ms、200 ms故障切换以及2 s转供电。之后利用主站完成全局监控，提高供电可靠性，包括故障校验、定位校验、隔离校验以及转供校验，若定位准确，则执行故障隔离全局优化决策，在满足经济运行的条件后，实现最佳的配电网全域自愈[4]。

2.5 快速复电

快速复电技术主要包括自动研制、闭环监控、数据分析，其目的在于完成故障馈线与相关设备的修复处理，达到简化工作流程的目的，最大程度降低人力资源的使用，合理调控管理成本。具体的技术构架表现如下：一是移动应用，包括现场检修App、复电监控App、微信企业号、微信服务号；二是安全验证，包括移动接入平台、系统接入安全认证；三是后台管理，包括配电系统、门禁系统、视频、计量自动化系统以及生产现场移动作业监控平台；四是6+1系统，包括4A 平台、安全生产系统、营销系统以及地理信息系统（Geographic Information System，GIS）平台。

2.6 势态感知技术

配电网状态需要将系统的运行参数、停电检修状态、通信系统状态等内容涵盖在内，其中系统运行参数主要包括电网模型、设备、客户及分布式电源等。采用势态感知技术可进一步提高配电网系统的运行质量，及时掌握设备状态信息，以此协同发现问题，从而采取针对性的解决措施，保证配电网自愈能力符合预期效果，增强系统的供电可靠性。

3 应用案例

为验证所提出的相关论点，文章以某地方城市采用的配电网作为研究对象。配电网在3 路主电源供电等运行方式下针对主电源、分段断路器、联络线处产生的故障，提出自愈动作逻辑。实际调查显示，配电网覆盖约28 条路线、6 组单环网以及81 个环网柜，主要组成包括三供一备主接线配电网保护与控制系统配电网网架。其中，保护系统与控制系统由光纤电流差动保护装置、通信设备以及配电保护自愈设备组成，而配电保护自愈设备则以线路网络拓扑保护、母线保护等功能为主。三供一备配电网保护以及控制系统结构框架如图1 所示。

图1 三供一备配电网保护以及控制系统结构框架

由图1 可知，当S1产生故障问题时，保护开关跳开，并且配电保护自愈设备开始过载预判，如果开关Q4的功率与开关101 的原有功率之和仍不超过允许值，则证明能够自投合开关Q1，否则闭锁自投开关。如果S2产生故障，此时配电保护自愈设备同样会执行过载预判。而在分析应用效果时发现，在保护区域较为依靠主保护的基础上，借助优化后的后备保护方法，能够达到故障点选择性隔离的目的，且不会对用户供电产生不良影响。即便出现级差不足的情况，后备保护也能与主保护完成配合，确保保护不会出现失配点的问题。据计算可知，最快可在0.5 s 内完成故障隔离，并进行供电恢复，保证多供一备主接线停电时间控制在2.25 min 以内[5]。

4 结 论

通过对智能配电网全域自愈技术的分析讨论，阐述提升供电可靠性的智能配电网全域自愈技术实施路径，充分发挥配电网全域自愈技术的预防、自恢复能力，切实增强故障区域的识别效果，并以某城市的配电网作为研究对象。研究发现，所提出的主站与智能分布式自愈协同技术能切实提高配电网的全域自愈水平。