同步采样下的智能分布式馈线自动化配电网网格化规划方法

王宏亮 章 翔 丁 娜

(中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550001)

近年来，智能分布式馈线自动化城市配电网络得到了广泛应用，智能分布式馈线自动化城市配电网络在调峰功能方面表现出色，并且操作相对简单。然而，当大量小型接入分布式网络结构电源同时加入电网时，可能会对电网产生一系列的不良影响和潜在风险，所以必须对城市配电网网格化加以规划。

对此，一些学者进行了有关研究。文献[1]提出采用智能分布式馈电自动化的城市配电网络故障快速自愈方法，在系统分析城市配电网络故障自愈模式的主要种类以及特征的基础上，着重探究智能分布式馈电自动的故障自愈方式，及其中各个主要功能模块及其故障的处置逻辑，以此完成配电网故障快速自愈，但此方法在建立处理逻辑时，运算量巨大，耗费时间长。文献[2]提出在分布式电力接入下，基于电力市场需求预测结果的配电网网格化方法，对输配电网络系统潮流设计的性能作出评价，并提出可靠性要求，依据配电系统，建立网格特征编码，对输配电网络系统潮流设计负荷实施检测，实现配电网网格化，但此方法运用的三级网络稳定性较差，时常发生崩溃。文献[3]提出了一种结合启发式和遗传算法的维护方法。启发式方法基于基准实践，确定要检查的累计总线路长度。GA为要检查的网格部分生成优先级顺序列表。但该方法依赖于公司系统的历史数据，因此适应性不强并会导致应用范围受限。

根据传统配电网规划方式所面临的问题，本文通过同步采样，提出一个智能分布式网络结构馈线自动化配电网网格化规划方法。

1 分布式馈线自动化配电网网格化定位

为了对分布式馈线自动化配电网进行网格化规划，首先对分布式馈线自动化配电网进行网格化定位，对配电网的潮流值进行评估，详细分析不同用电户的类型与指标，提出可靠性目标，计算公式如下：

(1)

式中G——配电网路范围内用户数量；

ti——用户i在统计期内的供电使用状态；

a——在统计期内，用户i的总停电时间；

c——用户数量。

根据上述方法，进行电能需求预测，并根据预测结果确定停电时间的标准，作为衡量该地区的电能需求量可靠性的分析指标[4-5]。

基于电力需求预测与可靠性分析指标体系的完善，进行网格化定位。这意味着将整个规划范围划分为多个网格，并根据相邻状态和相似供电区域等级的原则来定位这些网格。逐步细化，将整个定位范围分割成最小功能单元的网格。如果新划分的子方格的体积和供电负载较小，可以选择将它们与邻近的原电网结合起来。对于没有限制规定的区域，可以根据主供电源的供电范围来分配供电电源。在此基础上，根据电力需求预测结果进一步划分配电范围、配电网络和用电单位三级网络，为电力供应提供更准确和可靠的支持。配电网路网格化定位及划分过程见图1。

图1 配电网路网格化定位及划分过程

基于当前网格面临的挑战，提出合理的规划项目方案，包括建设或改造计划。通过对城市配电网中备选项目的投资成本和经济效益进行评价，确定最优方案。再通过同步采样方法加以评价，计算公式如下：

(2)

式中R——对某一级或二级指数的评分；

m——待评价指数的权重；

l——指数种类。

其余符号意义同前。

根据上述公式计算出各个评价对象的平均分数，获取同步采样下的智能分布式馈线自动化配电网网格化定位目标，并由此完成了配电网的网格化定位工作，为城市配电网网格建设奠定了基本依据[6-7]。

2 分布式馈线自动化配电网信息配置

在实现分布式馈线自动化配电网信息配置前，必须达到图2所示的基本要求。

图2 配置基本要求

通过架设光纤网络或专用光纤网络实现节点间的互联互通，并用于调度通信系统。通过进行邻域分类确定网络的正方位，将主动配电网中的节点进行上行结点、下行结点和接触结点的分类，同时确定与各节点相连的供电点位置。通过与上、下游结点关联，实现节点信息的交互和匹配。

确保各端口支持分布式馈线自动化功能，能够提供信息收集和逻辑分析功能。

完成网格化定位后，根据分布式馈线自动化配电网的配置需要，为提高故障定义、隔离和自愈的准确性，防止故障范围扩大化，在出现终端运行异常、开关不可控、馈线电路控制器操动异常、绝缘情况异常以及开关拒动等情况下，需要关闭分布式馈线自动化的各模块，并向配电主站发送告警信息，上报闭锁情况。

当终端分布式馈线自动化的通信交互出现异常时，应采取适度扩展隔离带的逻辑措施，尽可能将故障区域分隔为更小的区域。确认没有异常后，方可开始进行分布式馈线自动化配电网信息配置[8-9]。

将配置终端的节点转化为有向节点列表，其包含所有与该节点的馈线相连的节点；设定配电网输送功率方向，并由配电网核心电源提供所有用电量，电源正向流向即为总功率方向；将配电网信息提取并统计，完成分布式馈线自动化配电网信息配置[10-11]。

3 网络化规划

在上述对基于电力需求预测的各地区方格定位的依据上，对各地区进行网格化规划。通过同步采样的方式对全国各地区进行网格编码，采用当地城市的汉语拼音首字母大写作为编号的首项，市、区县的拼音字母作为第二项，乡镇市或开发区的汉语拼音首字母大写作为第三项，最后一项则是方格的序列编码(见图3)。

图3 同步采样分析

在此基础上，设定方格特性编号，特性编号第一项代表电力方格内的电力地区划分状况，占一个数字；第二项表示各地区方格线内的电缆形态，包括全光缆、混合电缆和架空线三种形态；第三项表示方格的饱和负荷密度数值，用两个数字来表示；第四项表示网格内负荷的成熟度状态，用一个数字表示，包括稳定区、基本建成区、规划中区和不稳定区。在调试完成后，进行了配电网的网格化规划，见图4。

图4 配电网网格化规划流程

第一步：搜集规划所需的各项资料。

第二步：按照以上分类方法，将用电范围逐层划分为用电网格、配电单位，采用层级分析法完成其分类，计算公式如下：

(3)

式中H——分析类型；

J——角度分析法的因子；

I——供电的对象等级。

第三步：配电网潮流计算的研究，系统分析待设计地区的配电网潮流设计规划和负荷计算状况，并指出当前配电网潮流设计中出现的问题。

第四步：使用空间负荷模型，逐步计算配电小区和电力网格的饱和负载，以及待规划地区的水平年负载，计算公式如下：

(4)

式中g——网格中的某个特殊技术参数；

O——待规划范围的电力负荷技术参数；

D——当前配电网网格化特性；

X——负荷计算因子；

s——当前的输配电网络负载状况[12-13]。

第五步：规划配电网网格。基于负荷预测的结果建立配电网目标网格框架，根据建立的框架对配电网网格进行规划，在规划过程中，采用同步采样原则中的差异性导入方法，计算公式如下：

(5)

式中Fi——待测量的配电网网格；

其余符号意义同前。

根据上述测算，通过引入不同的指标和标准，可以满足不同类型客户的需求，并提供更加多样化和个性化的供电服务。

第六步：根据饱和网架设计和现状调整配电网架，进行过渡网架设计，以制定过渡设计方案。

第七步：根据网络的形式要求、网架和区域道路设计，进行配电网网格设计。

依据供电需要预计的配电网网格化规划计划实施分布式供电，并达到配电网络合理性规划要求，实施同步采样下的智能分布式馈线自动化配电网网格化规划[14-16]。

4 实验研究

为了研究本文提出的同步采样下的智能分布式馈线自动化配电网网格化规划方法的实际应用效果，设定对比实验，选用传统的基于故障自愈的智能分布式馈线自动化配电网网格化规划方法、基于供电需求预测的配电网网格化规划进行实验对比(见图5)。

图5 分布式馈线

本文研究的分布式馈线主干线的工作电压为15kV，内部拥有400条通道，通过节点连接，节点共有80个。利用“N-1”准则判定配电网的规划是否合理。针对故障问题，本文进行了详细规划，当内部变压器的电网存在故障时，其他变压器会启动工作，确保能够正常供电。本文选用的变电站共有8座，每座变电站的电压等级和负载率都不同，使用配电网仿真软件PSCAD进行可靠性评估、用电范围分类、潮流计算和负荷预测等计算，并根据计算结果确定实验参数(见表1)。

表1 实验参数

电网储备系数一般取为10%～30%，以保证在出现突发情况时，还能够供应足够的电力。在此综合考虑供需、投资、效益等因素，根据电力需求和供电可靠性要求设定电网储备系数，确定最合适的电网储备系数为10%。使用网络规划软件PSSE进行实际的配电网网格化规划，建立目标网格框架，并使用差异性导入方法进行计算。通过MATLAB软件对实验数据进行处理、图表绘制和统计分析(见图6)。

图6 规划合理性实验结果

由图6可知，本文提出的规划方法与预期规划方法更加吻合，虽然出现了规划误差，但是网格规划与预期规划方法的网格基本一致，吻合度在90%以上，整体十分合理。而传统的规划方法在规划过程中存在多种误差，网格规划与预期规划方法中的网格偏离较大，规划能力较差，不适合在实际规划工作中应用。

将三组配电网系统结构与预期规划系统的性能指标进行对比，以验证本文提出的规划方法是否更为高效且可行(见表2)。

表2 性能指标误差

由表2可知，本文提出的规划方法误差较小，应用于配电网的规划中更为高效且可行。

5 结 语

传统的配电网网格规划方法已不适用于智能分布式馈线自动化配电网网格化规划，本文基于同步采样，提出一种馈线自动化配电网网格化规划方法，首先对配电网网格化进行定位，进而完成信息配置，最后通过同步采样法，进行网格化规划。实验表明，本文提出的网格化方法，在稳定性及性能方面均具有良好性能，适合实际投入使用。