配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃方法研究

傅偉志

摘 要：智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，對配電網(wǎng)自動化終端提出了更高的要求，不僅要具有保護(hù)、測量及控制功能，還要具有人機(jī)交互接口、兼容多樣化等功能。文章綜合考慮了配電自動化的技術(shù)特征，闡述了自動化終端布局的基本原則及新要求，其次提出了具體的自動化終端布局規(guī)劃方法，以期能為終端布局規(guī)劃提供借鑒。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；自動化終端；布局規(guī)劃

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0109-02

目前國內(nèi)配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行仍存在諸多安全隱患，如惡劣環(huán)境、負(fù)荷增長等，配電網(wǎng)自動化終端作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對提高供電可靠性具有重要作用。近些年來隨著信息化時代的來臨，配電網(wǎng)自動化終端設(shè)備的制造技術(shù)獲得長足進(jìn)步，然而對于自動化終端布局規(guī)劃方法研究卻少之又少，基于此，筆者對此問題進(jìn)行研究。

1 配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃的基本原則

配電網(wǎng)自動化終端是智能電網(wǎng)的重要組成部分，其能否安全可靠的運(yùn)行直接決定著配電網(wǎng)的供電質(zhì)量，在對自動化終端進(jìn)行布局規(guī)劃時，必須要遵守下述原則。

1.1 穩(wěn)定可靠性原則

配電網(wǎng)自動化終端進(jìn)行布局規(guī)劃時，必須要確保終端系統(tǒng)具有較高的可靠性和抗干擾能力，應(yīng)該選擇經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測，并在現(xiàn)場經(jīng)過考驗(yàn)的保護(hù)和測量一體化的系統(tǒng)。配電網(wǎng)中的開關(guān)通常包括下述幾種類型：出線開關(guān)、分段開關(guān)、用戶分界開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)，其中分界開關(guān)一般帶有自動保護(hù)裝置，具體可根據(jù)負(fù)荷的特性裝設(shè)“二遙”或“三遙”終端，并將其作為配電網(wǎng)穩(wěn)定可靠性的優(yōu)化目標(biāo)。

1.2 規(guī)范性、分層分布式原則

配電網(wǎng)自動化終端的布局規(guī)劃必須要依據(jù)電力行業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及規(guī)程，必須要選擇符合相關(guān)規(guī)定要求的系統(tǒng)，各種接口也要逐步規(guī)范到國家標(biāo)準(zhǔn)。同時對終端布局規(guī)劃要推行分層分布式系統(tǒng)，同時還要使用現(xiàn)代化的通訊設(shè)備解決數(shù)據(jù)傳輸問題。

1.3 保護(hù)功能獨(dú)立性原則

自動化終端系統(tǒng)在整個配電網(wǎng)中具有十分重要的作用，因此其保護(hù)功能應(yīng)該相對獨(dú)立，不依賴于其他系統(tǒng)，而應(yīng)該設(shè)置專用裝置。

1.4 分散性、靈活開放性原則

配電網(wǎng)自動化終端設(shè)備要求具有極高的可靠性及較強(qiáng)的抗干擾能力，因此對其規(guī)劃布局要實(shí)現(xiàn)功能模塊化，要確保終端設(shè)備具有較長的壽命、免調(diào)試、就地安裝的能力，以便于運(yùn)行過程中的維護(hù)管理。

終端系統(tǒng)還需要具有靈活的機(jī)構(gòu)平臺，便于未來的擴(kuò)展，同時還要具有一定的與其他系統(tǒng)集成的能力。

2 配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃的新要求

隨著信息化時代的來臨，智能電網(wǎng)得到日益廣泛的應(yīng)用，因此對配電網(wǎng)自動化終端設(shè)備的布局規(guī)劃方案要滿足下述幾點(diǎn)新要求：

第一，規(guī)劃方法要考慮測量、控制及保護(hù)等終端系統(tǒng)中不同功能的模塊的分立布置，盡量避免這些設(shè)備占地面積大，接口不統(tǒng)一，運(yùn)維困難的問題；

第二，規(guī)劃方法要考慮多樣化的遠(yuǎn)方通信方式，以便能有效實(shí)現(xiàn)與主站及時、雙向的數(shù)據(jù)信息傳輸和交換。

3 配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃方法研究

3.1 優(yōu)化模型

配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃除了要滿足上述基本原則和新需求外，還要考慮終端最優(yōu)安裝位置、類型及綜合費(fèi)用最低。基于此，可建立一種優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式如下式（1）所示：

minCA=CG+CM+CL（1）

上式中，CA、CG、CM、CL分別表示規(guī)劃方案等年值總費(fèi)用、投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用及停電造成的損失費(fèi)用。

目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)必須滿足下述4個約束條件：

第一，滿足配電網(wǎng)供電系統(tǒng)的可靠性要求；

第二，滿足配電網(wǎng)供電質(zhì)量的基本要求，即節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值要在一定的范圍之內(nèi)：Ukmin≤Uk≤Ukmax，Ukmin、Ukmax分別表示節(jié)點(diǎn)電壓的最小、最大值；

第三，滿足配電網(wǎng)供電支路過負(fù)荷約束Ik≤Ikmax，Ik、Ikmax分別表示支路的實(shí)際電流及最大允許電流；

第四，滿足運(yùn)行約束條件。根據(jù)配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃的基本原則、新要求及最基本要求可知，配電網(wǎng)終端布局規(guī)劃屬于一個多約束、非線性的組合優(yōu)化問題，當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大、終端候選的位置相對較多時，對優(yōu)化模型的求解都面臨著最優(yōu)組合問題，可通過遺傳算法進(jìn)行智能優(yōu)化求解，以便從種群中選擇出最優(yōu)方案，本文采用遺傳算法進(jìn)行最優(yōu)化求解。

3.2 可靠性評估方法

在計算停電損失費(fèi)用時候，需要通過對配電網(wǎng)可靠性評估計算出發(fā)生故障點(diǎn)處每年的平均故障處理時間，包括故障的查詢定位時間、隔離及修復(fù)時間，配電網(wǎng)自動化終端能極大的縮短故障處理時間，因此在對配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃時，要具有一定的針對性，如針對不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分段開關(guān)位置及配置方式等，要進(jìn)行多次可靠性評估計算。

本文綜合了多種算法的分析思想，提出了具體的評估方法，具體評估步驟如下所示：

第一步，對配電網(wǎng)自動化終端進(jìn)行分塊設(shè)置，并對不同的塊進(jìn)行分類編號，然后計算每個塊等效故障率及平均故障停電時間；

第二步，以第一步設(shè)置的塊為基本單位，分別求出塊到變電站出現(xiàn)的最小通路，并將塊編號存入數(shù)組中；

第三步，以塊為單位，分別求出塊到供電線路的最小通路，并將塊編號存入數(shù)組中；

第四，以塊為單位，確定故障處理時間，對于不同塊所處的不同裝置及位置，采用不同的方法確定故障處理時間；

第五，計算配電自動化終端系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，根據(jù)計算結(jié)果判斷是否滿足配電網(wǎng)供電的可靠性要求。

3.3 布局規(guī)劃方法

3.3.1 編碼方法

對配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃時，最基本的問題是要解決編碼問題，本文采用遺傳算法對系統(tǒng)進(jìn)行編碼，具體編碼方法如下式（2）所示：

上式中，分別表示個體、配電網(wǎng)終端系統(tǒng)的線路編號、一端端點(diǎn)、另一端端點(diǎn)、線路首端開關(guān)配置方案、線路末端開關(guān)配置方案、線路首端配電終端配置方案、線路末端配電終端配置方案、二進(jìn)制編碼及整數(shù)編碼。

具體編碼方案，見表1。

3.3.2 布局規(guī)劃流程

第一步，輸入配電網(wǎng)自動化終端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、線路參數(shù)、負(fù)荷、開關(guān)及終端數(shù)據(jù)等，并將自動化終端系統(tǒng)的需要進(jìn)行開關(guān)安裝的位置進(jìn)行編碼；

第二步，按照設(shè)定的遺傳算法參數(shù)，產(chǎn)生初始種群，根據(jù)配電自動化終端系統(tǒng)中不同個體的開關(guān)和配置方式進(jìn)行可靠性評估，并根據(jù)可靠性評估計算對自動化終端系統(tǒng)的適應(yīng)度。由于自動化終端系統(tǒng)的整數(shù)編碼的配置是基于二進(jìn)制編碼進(jìn)行，因此如果二進(jìn)制編碼的計算結(jié)果表示該位置處無需安裝分段開關(guān)，在對自動化終端系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)度計算時，整數(shù)編碼的數(shù)值要固定為不配置自動化終端；

第三步，利用精英保留策略，對產(chǎn)生的初始種群進(jìn)行各項操作，如選擇、分段交叉及變異等，選擇能滿足目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)約束條件的個體，使其進(jìn)入到下一代種群。對于同一條染色體，由于其可能同時包括開關(guān)和終端配置方案編碼，因此在進(jìn)行交叉和變異操作時，要采取分段模式進(jìn)行；

第四步，計算適應(yīng)度函數(shù)值，將計算結(jié)果中的最優(yōu)個體進(jìn)行保存；

第五步，按照自動化終端的要求設(shè)定終止條件，根據(jù)條件判斷是否結(jié)束循環(huán)，若結(jié)束則輸出結(jié)果，否則返回到第三步繼續(xù)進(jìn)行。

4 結(jié) 語

配電網(wǎng)自動化終端系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，對電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行起著重要的作用，能直接采集到的各種信號參數(shù)，其是否穩(wěn)定對信息準(zhǔn)確度具有重要影響，因此配電網(wǎng)自動化終端布局規(guī)劃是十分重要的，要對每個環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)分析和深入研究，采取科學(xué)、合理的布局規(guī)劃方法具有重要意義。

國內(nèi)自動化終端布局雖然已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的研究，然而由于受到各種因素的影響，如網(wǎng)點(diǎn)多、范圍廣、不受重視等，使得自動化終端布局規(guī)劃存在諸多不足之處，筆者對此問題進(jìn)行研究，以便實(shí)現(xiàn)對自動化終端布局規(guī)劃提供借鑒。

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