配電網故障自愈控制機理

　　我國經濟的快速增長和人民生活水平的提高對配電網供電可靠性和安全性提出了更高的要求：希望在故障發生后快速將故障隔離在最小范圍并恢復受影響的健全區域供電。本文筆者結合自身工作實踐經驗闡述了配電網故障自愈控制機理，以供參考。

　　《電力信息化》以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導，全面貫徹黨的教育方針和“雙百方針”，理論聯系實際，開展教育科學研究和學科基礎理論研究，交流科技成果，促進學院教學、科研工作的發展，為教育改革和社會主義現代化建設做出貢獻。

　　配電網故障“自愈”完成后，研發的集中智能配電網故障“自愈”控制應用軟件可以作為高級配電自動化系統的一個功能模塊，提升配電自動化系統的功能;研發的分布智能配電網故障“自愈”控制裝置可以進行產業化和推廣應用;所提交的配電網故障“自愈”控制風險評估與防范措施研究報告有助于供電企業提高運行管理水平。

　　我國近年來城鄉電網改造與建設取得了長足進步，配電網規模持續增長，網架結構進一步改善，配電網供電能力得到提升，配電自動化技術取得了長足的進步,配電自動化和配電管理系統得到了初步應用，對于提高供電可靠性奠定了良好的基礎。智能電網是我國電網的發展趨勢，智能電網的目標是實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全，“自愈”是智能電網最重要的特征，“自愈”電網需要在發生故障后，切除故障元件并且在很少或不用人為干預的情況下迅速恢復受影響的健全區域供電，從而幾乎不中斷對用戶的供電服務。

　　一、實施配電網故障“自愈”的目的與意義

　　盡管我國配電自動化和配電管理系統已經得到了初步應用，但是其故障處理仍不能滿足“自愈”的要求，主要表現為：在實際當中故障信息往往是非健全的，而在這種條件下已有的故障定位技術的容錯性差或不具備容錯能力;故障恢復的自動化程度也不夠高;對具有一定故障“自愈”功能的重合器相互配合模式饋線自動化裝置的應用缺乏深入的研究，往往因整定缺陷而不能發揮其作用;對于實際應用中采取“自愈”方式的風險缺乏必要的評估。

　　為了解決上述問題，開展配電網故障“自愈”的研究，所取得的預期成果可對于進一步提高供電可靠性和配電網自動化水平具有重要意義。　　二、幾種不同類型配電網實現“故障自愈”的理論和實踐依據

　　2.1. 集中式智能配電網故障“自愈”控制。

　　(1)根據配電自動化系統采集到的故障時刻前后的饋線開關狀態信息、流過饋線開關的負荷信息和部分配電變壓器工作信息，并利用上下游饋線段負荷變化的相關性，進行數據挖掘以實現在非健全信息條件下的配電網結線分析，得到比較可靠的網絡拓撲及其變化信息。

　　(2)根據配電自動化系統采集到的故障信息，并融合故障時刻前后的網絡拓撲及其變化信息，采用貝葉斯風險決策理論，在存在故障信息誤報和漏報的非健全信息條件下，實現配電網容錯故障定位。

　　(3)考慮故障定位的不確定性，以盡量減少故障恢復過程對用戶的影響為原則，安排科學的故障“自愈”恢復步驟，在實際操作中若遇到開關拒動的情形，以保護已經恢復區域供電并盡量減少受故障影響而停電的區域為原則，生成補救措施。

　　(4)基于上述理論研究成果，研究開發配電網故障“自愈”控制應用軟件包，可以基于配電自動化系統實現配電網故障“自愈”恢復。

　　2.2 分布式智能配電網故障“自愈”控制

　　(1)在故障發生時刻，饋線上相鄰智能配電終端單元之間高速通信傳遞故障信息。各臺智能配電終端單元根據自身采集的故障信息及收到的相鄰智能配電終端單元傳來的信息，綜合判斷對所控分段開關操動執行跳閘還是閉鎖、對所控聯絡開關操動執行合閘還是閉鎖，從而實現快速將故障隔離在最小范圍內和快速恢復受故障影響的健全區域供電，并且在故障處理過程中不會造成故障上游區域短暫停電。

　　(2)智能配電終端單元之間的數據通道選用自愈式光纖環網，故障檢測采用傅氏算法并具有涌流閉鎖機制，能夠避免冷負荷沖擊。工作電源和操作電源采用超級電容器與電池混合儲能，由超級電容器提供峰值功率，由電池維持失去主供電源后較長運行時間。

　　2. 3 配電網“自愈”控制的風險評估及防范措施

　　(1)采用后果分析法，評估對配電網“自愈”控制產生影響的各種風險因素(包括：開關變位誤報與漏報、故障信息誤報與漏報、電流互感器和電壓互感器故障、配電自動化終端電源失靈、通信中斷、開關拒動等)對各種“自愈”控制方式下的配電網產生的影響。

　　(2)根據配電網“自愈”控制的風險評估結果，有針對性地提出防范措施，對各種“自愈”控制方式進行完善，并得出它們的適用范圍。

　　三、配電網故障“自愈”研究內容和技術路線

　　3.1 配電網故障“自愈”理論研究內容

　　3.1.1.集中智能非健全信息條件下故障定位與故障自愈控制機理研究

　　(1).健全故障信息條件下故障定位方法研究。

　　(2).主要是總結和歸納已有的配電網故障定位技術。

　　(3).非健全故障信息及其產生原因分析。

　　(4).分析各種可能出現的障礙及其對故障信息完備性的影響。

　　3.1.2配電網開關狀態估計與結線分析

　　(1).利用配電自動化系統所采集到的信息的關聯性和時變相關性，對開關狀態和變位時刻進行估計，準確把握故障時刻前后配電網的拓撲結構及其變化情況，為故障診斷提供輔助支持。

　　(2).配電網容錯故障定位方法研究：根據配電網的非健全故障信息和故障前后拓撲結構及其變化情況，采用貝葉斯風險決策理論，實現配電網容錯故障定位。

　　(3).配電網故障自愈控制方法研究：確定故障定位(健全故障信息條件)下配電網故障的”自愈”恢復步驟研究，不確定故障定位(非健全故障信息條件)下配電網故障的”自愈”恢復步驟研究，考慮開關拒動情況的配電網故障”自愈”恢復步驟研究。

　　(4).配電網故障“自愈”控制應用軟件開發

　　基于上述理論研究成果，研究開發配電網故障“自愈”控制應用軟件，可以基于配電自動化系統實現配電網故障“自愈”恢復。在該軟件的研究態，采用大量案例進行仿真測試。用所建設的配電網模擬實驗平臺對該軟件的實時態進行測試。

　　3.2分布智能通信配合故障自愈控制機理研究及裝備研制

　　3.2.1 分布智能通信配合故障自愈控制機理研究

　　研究無分支開環配電網分布智能通信配合故障自愈控制方法，研究含分支開環配電網分布智能通信配合故障自愈控制方法，研究含分支閉環配電網分布智能通信配合故障自愈控制方法。

　　3.2.2 分布智能故障自愈控制終端單元的研制

　　研制具有分布智能通信配合故障自愈控制機理的配電終端單元，采取工業以太 網進行信息傳輸。利用所搭建的試驗配電網進行測試和實驗研究。

　　配電網故障自愈控制的風險評估及防范措施研究

　　配電網故障自愈控制的風險評估

　　可能對配電網“自愈”控制產生影響的失效或障礙排查，各種影響因素對“自愈”控制的效果的影響分析與風險評估。

　　3.2.3 配電網故障自愈控制的風險防范措施研究

　　對“自愈”控制的影響比較大的風險因素制訂防范措施。

　　各種配電網故障自愈控制方式的適用范圍分析

　　對各種“自愈”控制方式的功能和風險等方面進行對比分析，得出它們各自的適用范圍。

　　3.2.4配電網模擬實驗平臺建設

　　用繼電器代替饋線開關、用低壓交流電路模擬代替中低壓配電線路，搭建配電網模擬實驗平臺，用來模擬各種故障現象和檢驗配電網“自愈”控制原理和設備的性能。

　　3.3 技術路線

　　配電網“自愈”控制機理研究分三個階段進行：第一階段主要研究重點在于理論研究和實驗平臺構建，第二階段主要研究重點在于應用軟件和裝置研究開發，第三階段主要研究重點在于實驗與測試、應用研究和產品完善。