智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)探討

摘要：SDG在智能電網(wǎng)當(dāng)中是比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)于提高供電質(zhì)量、效率以及配網(wǎng)、安全性、可靠性作用顯著，其中比較關(guān)鍵的技術(shù)之一是自愈控制技術(shù)。文章對(duì)自愈控制技術(shù)的內(nèi)涵以及關(guān)鍵點(diǎn)分別進(jìn)行了闡述，同時(shí)結(jié)合頂層設(shè)計(jì)觀念，針對(duì)自愈控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：SDG；智能配電網(wǎng)；自愈控制技術(shù)；在線監(jiān)測(cè)；DFSM 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM76 文章編號(hào)：1009-2374（2016）35-0195-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.095

SDG（智能配電網(wǎng)，Smart Distribution Grid）在智能電網(wǎng)是比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通常110kV以下的電網(wǎng)屬于配電網(wǎng)，這一部分直接連接用戶側(cè)。SDG的主要特征包括自愈、安全性、電能質(zhì)量高、DER接入數(shù)量大、支持互動(dòng)、可視化、資產(chǎn)利用率高以及信息化管理。SDG當(dāng)中比較關(guān)鍵的技術(shù)之一是自愈控制技術(shù)，在智能電網(wǎng)建設(shè)如火如荼的當(dāng)下是比較受關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)在2009年公布智能電網(wǎng)的建設(shè)計(jì)劃，預(yù)計(jì)在2020年完成電網(wǎng)改造，智能配電網(wǎng)的自愈控制在其中必將發(fā)揮出重要的作用。

1 概述

自愈控制技術(shù)是在傳統(tǒng)配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，既有相同點(diǎn)，也有一定差別。自愈控制技術(shù)是基于SDG的技術(shù)，其應(yīng)用對(duì)象屬于智能電網(wǎng)的范疇，這表現(xiàn)為系統(tǒng)當(dāng)中將會(huì)出現(xiàn)大量的分布式電源、充放電裝置、靈活的可調(diào)度負(fù)荷等，這些既是自愈控制的基礎(chǔ)，也給配網(wǎng)運(yùn)行控制增加了難度。自愈控制不再局限于故障處理這一傳統(tǒng)DA的功能，而是強(qiáng)調(diào)預(yù)防以及預(yù)警，體現(xiàn)預(yù)防為主、防治結(jié)合的理念。這就要求配電網(wǎng)在運(yùn)行過程當(dāng)中要有“智能”，由此在自愈控制當(dāng)中，DFSM（配電快速仿真與模擬）成為核心與基礎(chǔ)。

1.1 DFSM成為重點(diǎn)研究對(duì)象的原因

（1）智能電網(wǎng)有著更加靈活的運(yùn)行模式以及接線結(jié)構(gòu)，智能配電網(wǎng)的運(yùn)行需要“具備智慧的大腦”，而DFSM就是其中的關(guān)鍵，并在控制過程中具備像人一樣的“智慧”，以便能夠適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及需求的不斷變化；（2）大量智能終端等設(shè)備將出現(xiàn)在電力系統(tǒng)當(dāng)中；（3）對(duì)快速仿真與模擬的要求會(huì)逐漸提高，DFSM不僅要具備基本的仿真及計(jì)算能力，同時(shí)還要在諸多可行的方案中快速給定最佳方案，也就是要求DFSM具備優(yōu)化計(jì)算能力；（4）高度集成的信息化環(huán)境中，數(shù)據(jù)量會(huì)越來越大，DFSM將承擔(dān)巨量的運(yùn)算任務(wù)，這就要求DFSM必須具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，以便解決巨量的數(shù)據(jù)運(yùn)算與快速給定自愈控制策略的矛盾。

1.2 智能配電網(wǎng)的自愈控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的功能

（1）實(shí)時(shí)狀態(tài)評(píng)估，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，包括安全監(jiān)視、評(píng)估與優(yōu)化；（2）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)優(yōu)化，主要有功率交換、效率、質(zhì)量、可靠性、安全性等；（3）安全分析，也就是預(yù)測(cè)仿真能力，能夠有效避免對(duì)配網(wǎng)產(chǎn)生影響事故的發(fā)生，如果事故不可避免地發(fā)生了，則通過自愈功能盡量控制損失并恢復(fù)正常；（4）從運(yùn)行與規(guī)劃的角度進(jìn)行分析，為相關(guān)運(yùn)行人員提供運(yùn)行方案，并提供輔助決策的依據(jù)；（5）實(shí)現(xiàn)多饋線的配網(wǎng)重構(gòu)、無功以及電壓控制、故障定位、自適應(yīng)保護(hù)等；（6）在系統(tǒng)模型中聚合政策、市場(chǎng)以及風(fēng)險(xiǎn)的分析，定量化評(píng)估這些因素對(duì)系統(tǒng)可靠性、安全性的影響。

如圖1、圖2所示SDG的自愈控制系統(tǒng)，在控制模式以及系統(tǒng)框架方面，分層次架構(gòu)，考慮頂層設(shè)計(jì)觀念，一般在設(shè)計(jì)當(dāng)中采用3層（或4層如圖2）結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 自愈控制技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 在線監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容是監(jiān)測(cè)電氣量與非電氣量。電氣量在線監(jiān)測(cè)主要針對(duì)電網(wǎng)當(dāng)中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，包括電壓、電流、功率、相角等；非電氣量在線監(jiān)測(cè)則主要針對(duì)電氣設(shè)備的介質(zhì)，包括壓力、氣體成分、流量、溫度等。針對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，主要就是要實(shí)現(xiàn)及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，找出存在故障隱患的脆弱點(diǎn)，然后采取相應(yīng)的措施使存在故障隱患的設(shè)備下線檢修，預(yù)防故障發(fā)生。

2.2 FSM

FSM即快速仿真與模擬技術(shù)，用于配電網(wǎng)則是DFSM。這一技術(shù)對(duì)于智能配電網(wǎng)自愈控制的預(yù)測(cè)能力有著極佳的增強(qiáng)效果，同時(shí)為其提供數(shù)學(xué)支撐，并且通過實(shí)時(shí)的軟件平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析為管理及決策提供信息依據(jù)。

2.3 AMI

AMI（Advanced Metering Infrastructure）即高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)。這一技術(shù)是AMR（Automatic Meter Reading）自動(dòng)抄表技術(shù)的延伸。通常典型的AMI包括數(shù)據(jù)收集、網(wǎng)絡(luò)通信、回程傳輸單元、智能表計(jì)、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)。將AMI與DMS（配電管理系統(tǒng)）結(jié)合起來在智能電網(wǎng)藍(lán)圖當(dāng)中占據(jù)著重要的地位，有利于提高電網(wǎng)運(yùn)行效率以及實(shí)現(xiàn)優(yōu)化資源的配置。

2.4 配電網(wǎng)重構(gòu)

配電網(wǎng)普遍的特點(diǎn)在于兩個(gè)方面：開環(huán)以及閉環(huán)。分段開關(guān)在電網(wǎng)當(dāng)中有很多，而聯(lián)絡(luò)開關(guān)相對(duì)來說數(shù)量較少。分段開關(guān)通常用于隔離故障，通常保持常閉狀態(tài)；聯(lián)絡(luò)開關(guān)則用于選擇供電路徑，通常是常開的。配電網(wǎng)重構(gòu)則是在滿足一定條件（節(jié)點(diǎn)電壓、容量、網(wǎng)絡(luò)輻射）的情況下，為實(shí)現(xiàn)一定的目的如提高供電質(zhì)量、消除線路過載等采取的措施及調(diào)整開關(guān)的閉合與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.5 微網(wǎng)及需求側(cè)管理

微電源與負(fù)荷集合成微網(wǎng)，前者為系統(tǒng)供電以及供熱，主要通過電力電子元器件實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，相比于常規(guī)分布式能源，微電源靈活性更高，能夠保持單一集成系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且對(duì)用電高峰期的電網(wǎng)壓力有著較好的減輕作用，合理調(diào)配電力，實(shí)現(xiàn)能源利用率的提高，同時(shí)還能減少對(duì)環(huán)境的破壞。在SDG的自愈控制當(dāng)中起著基礎(chǔ)性的作用。

DSMC需求側(cè)管理，Demand Side Management是在行政措施或者激勵(lì)措施下，確立資源配置優(yōu)化、節(jié)能降耗、提高電網(wǎng)安全的目的，針對(duì)用電方式進(jìn)行優(yōu)化，以便提高用戶側(cè)（即需求側(cè)）的用電效率。其基本手段是通過高效設(shè)備的改造、節(jié)能建筑、改變用電方式。需求側(cè)管理在自愈控制技術(shù)當(dāng)中是實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)與供給側(cè)（即電網(wǎng)）互動(dòng)的重要手段，是自愈控制技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3 自愈控制的實(shí)現(xiàn)方式

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖3，采用兩層架構(gòu)：一層為分布式智能終端的自愈控制層；另一層為主站集中控制層，通過SDH光纖通信技術(shù)組網(wǎng)。

3.2 接口設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)圖3所示SDG當(dāng)中自愈控制的4個(gè)“自我”目標(biāo)，則需在主站系統(tǒng)中預(yù)留接口，連接SCADA、EMS，配合智能終端的數(shù)據(jù)采集，以便獲得更準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。按照IEC61970系列標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留連接EMS、DMS、GIS、MIS、CIS、SCADA、AMR等系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)最大程度上的信息共享。GIS共享配電網(wǎng)的地理信息以及模型信息，EMS集成10kV出現(xiàn)的開關(guān)狀態(tài)和負(fù)荷數(shù)據(jù)、AMR負(fù)責(zé)獲取公變或?qū)Ｗ兊呢?fù)荷數(shù)據(jù)。

3.3 性能指標(biāo)

第一，控制動(dòng)作正確率。（1）針對(duì)故障的自愈動(dòng)作正確率，應(yīng)全面考慮整個(gè)系統(tǒng)來判斷，同時(shí)按系統(tǒng)最終給出的結(jié)果為準(zhǔn)，包括4個(gè)層次：終端控制動(dòng)作完全正確，即隔離故障、轉(zhuǎn)供；終端控制動(dòng)作不完全正確，即隔離故障正確但轉(zhuǎn)供不正確或不是最優(yōu)轉(zhuǎn)供方案，主站發(fā)出控制指令，矯正轉(zhuǎn)供；終端控制動(dòng)作不執(zhí)行或出現(xiàn)誤動(dòng)作，主站發(fā)出的指令在出現(xiàn)誤動(dòng)后矯正得以正確執(zhí)行；終端控制動(dòng)作不執(zhí)行或出現(xiàn)誤動(dòng)作，主站發(fā)出3次正確指令，均控制失敗。（2）判斷預(yù)防控制動(dòng)作正確率也要從系統(tǒng)整體出發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)以動(dòng)作前后系統(tǒng)的判斷指標(biāo)為準(zhǔn)，智能終端只要執(zhí)行了控制命令，就可以算作是一次正確的動(dòng)作。

第二，故障自愈率。在統(tǒng)計(jì)期范圍內(nèi)自愈的總數(shù)與受故障影響的用戶數(shù)的比值，為故障自愈率。

第三，平均自愈次數(shù)。每年每戶供電故障自愈次數(shù)，則為平均自愈次數(shù)，即每個(gè)用戶在統(tǒng)計(jì)期范圍內(nèi)遇到故障并自愈成功的次數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，而自愈控制功能又是智能配電網(wǎng)的主要功能之一，在智能配電網(wǎng)當(dāng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。自愈控制技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)包括DFSM、AMI、在線監(jiān)測(cè)、配網(wǎng)重構(gòu)、微網(wǎng)與DSM。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合頂層設(shè)計(jì)觀念，對(duì)自愈控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)框架、接口以及指標(biāo)方面的設(shè)計(jì)，以期能夠?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)自愈控制技術(shù)的發(fā)展提供一些指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：朱軒昊（1991-），男，陜西渭南人，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局助理級(jí)工程師，研究方向：配電網(wǎng)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）