基于可靠性及經(jīng)濟(jì)性的配電自動(dòng)化差異性規(guī)劃研究

張鵬程

摘 要：自動(dòng)化的配電模式能夠很大程度上提升供電的可靠性，但是在提高其可靠性的同時(shí)也應(yīng)該考慮到投資成本和可靠性提升帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，即為綜合考慮配電自動(dòng)化的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。基于此，文章詳細(xì)探究了可靠性和經(jīng)濟(jì)性條件下最合理的差異性配電自動(dòng)化模式。

關(guān)鍵詞：可靠性；經(jīng)濟(jì)性；配電自動(dòng)化；差異性規(guī)劃

中圖分類號(hào)：TU852 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）26-0177-02

1 配電自動(dòng)化技術(shù)分析

配電自動(dòng)化是智能配電網(wǎng)中的一個(gè)十分關(guān)鍵的技術(shù)，配電的自動(dòng)化技術(shù)是借助線路上安裝的智能開(kāi)關(guān)和終端，經(jīng)過(guò)配電自動(dòng)化主站的人工決策和參數(shù)整定來(lái)將故障區(qū)段隔離開(kāi)來(lái)，使區(qū)段供電保持正常，以此使得停電時(shí)間能夠最大化地縮減。自動(dòng)化的配電模式能夠幫助電網(wǎng)提供更多供電的可靠性，同時(shí)可以有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，增強(qiáng)電網(wǎng)的管理和運(yùn)行效率，使得電網(wǎng)能夠更加經(jīng)濟(jì)和可靠地運(yùn)行。提高電網(wǎng)供電的可靠性可以從減少故障發(fā)生次數(shù)和頻率、縮短了故障造成的停電時(shí)間以及減少了倒閘操作所耗費(fèi)的時(shí)間等三個(gè)方面表現(xiàn)出來(lái)。

1.1 配電自動(dòng)化的主站集中控制模式

巨型配電網(wǎng)的自動(dòng)化建設(shè)的重點(diǎn)部分就是其主站建設(shè)，主站是電網(wǎng)自動(dòng)化控制的中心，其在通信的基礎(chǔ)上獲取和管理電網(wǎng)的所有數(shù)據(jù)。在發(fā)生問(wèn)題時(shí)，開(kāi)關(guān)的問(wèn)題信息借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主站，再由人為地判斷和分析以后，關(guān)閉故障區(qū)段兩旁的開(kāi)關(guān)進(jìn)行隔離，同時(shí)讓故障意外的區(qū)段的供電恢復(fù)，該步驟一般要求在幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)，這樣使得停電的時(shí)間能夠盡可能地降低。主站主要控制的自動(dòng)化模塊由一次性器件、配電管理模塊、通信模塊、配電自動(dòng)化終端（FTU）和邏輯控制主站等組成。

1.2 分段器同重合器配合就地控制模式

一瞬間發(fā)生的問(wèn)題可以通過(guò)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)中的自行重合閘進(jìn)行清除，以此為條件延展出重合器和分段器饋線自主運(yùn)行系統(tǒng)，不用建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，只需要自身的支持和配合，兩次的重合閘就能夠使得故障問(wèn)題就地隔離，同時(shí)使得健全區(qū)段的供電恢復(fù)正常。重合器被當(dāng)做電源開(kāi)關(guān)，在發(fā)生故障或問(wèn)題時(shí)立刻跳閘，因?yàn)榫€路沒(méi)有了壓力，分段器隨即分閘。在一定的延時(shí)以后，重合器首次重合，分段器的一端在帶電后延時(shí)X短時(shí)間以后合閘，如果分段器合閘的時(shí)間沒(méi)有多于Y時(shí)間，則會(huì)閉鎖分閘，同時(shí)將出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)段進(jìn)行鎖定，此時(shí)分段器和重合器再次跳閘，重合器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)以后再次跳閘，使得健全區(qū)段的供電恢復(fù)正常。整定分段器和重合器的參數(shù)是該應(yīng)用的重點(diǎn)所在，如果整定地不合理將會(huì)使得故障的影響范圍更大。

分段器同重拾器結(jié)合在一起使用，可以使得問(wèn)題定位和隔離的間距用時(shí)大大減少，且該種配合方法動(dòng)作可靠、成本不高，缺點(diǎn)是設(shè)備和線路可能會(huì)因?yàn)槎搪冯娏鞯臎_擊而造成停電的現(xiàn)象，這種模式對(duì)負(fù)荷密度不高且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單的供電區(qū)域來(lái)說(shuō)比較適用。

1.3 分布式智能終端就地控制模式

配電網(wǎng)自動(dòng)化中的自愈控制模式是在已有的配電的自動(dòng)化模式的條件下的延伸和進(jìn)步，同時(shí)也是新一代配電的自動(dòng)化方法的關(guān)鍵部分，能夠有利于分布式布局的電源的介入，同時(shí)有效加強(qiáng)配電費(fèi)用的使用效率。配電網(wǎng)自動(dòng)化中的自愈式的控制模塊有下面三種方式：一是在分布式自動(dòng)化終端的基礎(chǔ)上形成的就地控制方式；二是在分布式自動(dòng)化終端同主站一起配合的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的控制辦法；三是在分布式自動(dòng)化終端的多代理技術(shù)的基礎(chǔ)上完成的綜合控制方法。分布式自動(dòng)化終端的基礎(chǔ)上形成的就地控制方式的重要部分在于分布式自動(dòng)化終端（FTU）。自動(dòng)化終端配置在分段器和重合器上利用添加區(qū)域光纖的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)互相傳輸信息的功能，以此在最短的時(shí)間內(nèi)精確地找準(zhǔn)故障的具體位置，負(fù)荷開(kāi)關(guān)在斷路器不跳閘的情況下將故障區(qū)段自動(dòng)隔離，以此確保線路可以不受或者少受電流沖擊，故障的處理時(shí)間進(jìn)一步縮短，同時(shí)完全不需要自動(dòng)化主站和子站參與其中。

2 配電自動(dòng)化的凈收益模式

2.1 凈收益模式

如果變壓器的容量和線路的容量可以符合運(yùn)行的要求，那么投資的費(fèi)用應(yīng)當(dāng)安排在必要的配電自動(dòng)化設(shè)備和繼電保護(hù)設(shè)備上。同時(shí)，電力市場(chǎng)機(jī)制下的電網(wǎng)供電成本費(fèi)用不止涵蓋了建設(shè)和運(yùn)行的費(fèi)用，同時(shí)也將停電費(fèi)用包含其中，在關(guān)注到配電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)型的條件下，可以在調(diào)整和完善計(jì)劃中列入停電費(fèi)用的估算，配電自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)以后的資產(chǎn)凈利潤(rùn)公式可以表示為：

在該公式中，CRO表示不包含了配電自動(dòng)化的可靠性停電費(fèi)用，CR1表示配電實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化以后的可靠性停電成本費(fèi)用；α和β分別表示電網(wǎng)的年使用維保率和器件的年折舊率，n1和c1分別表示加入保護(hù)器件的套數(shù)和加入器件的附加單價(jià)；n2和c2分別表示列入配電終端的數(shù)量和配電終端的單價(jià)；l和d分別表示通信光纖的長(zhǎng)度和通信光纖單價(jià)；c3、n3和c4分別表示通信柜單價(jià)、匯聚交換機(jī)臺(tái)數(shù)和匯聚交換機(jī)單價(jià)。將公式和實(shí)際情況相結(jié)合可以分析出適合于我國(guó)國(guó)情的集中評(píng)估停電損失的辦法，即為產(chǎn)電比的方法、擁有的總費(fèi)用的方法和平均電價(jià)倍數(shù)折算的方法。為了確保具有可行性，本文使用了估算國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的方法，即在單位內(nèi)供電量降低的GDP來(lái)算出平均停電成本，其表現(xiàn)了停電對(duì)于經(jīng)濟(jì)的平均影響程度。

2.2 可靠性評(píng)估

圖1是可靠性分析中運(yùn)用的兩種接線方式。其中，配電線路的分段模式是基于負(fù)荷開(kāi)關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜的，每個(gè)分段的長(zhǎng)度是一樣的，且在每個(gè)環(huán)網(wǎng)柜和分段中分布的用戶數(shù)是相同的。環(huán)網(wǎng)柜中的開(kāi)關(guān)設(shè)備是符合開(kāi)關(guān)，兩端都配有隔離的開(kāi)關(guān)，可以將自身的故障和問(wèn)題隔離開(kāi)來(lái)。同時(shí)，圖中只涉及一階的故障問(wèn)題和檢修，元件容量和電壓不會(huì)影響負(fù)荷轉(zhuǎn)供。

斷路器共模無(wú)效方式關(guān)注了隔離器件對(duì)于電網(wǎng)的可靠性的關(guān)系。有學(xué)者通過(guò)斷路器共模失效模式來(lái)有效評(píng)估主接線的可靠性，也有學(xué)者在此基礎(chǔ)上詳細(xì)地分析了斷路器共模失效的恢復(fù)時(shí)間，由此指出了負(fù)荷點(diǎn)共模最小割集算法，以此能夠在輻射的電網(wǎng)中使用斷路器共模無(wú)效模式，卻忽略了隔離裝置的自動(dòng)化能力。負(fù)荷點(diǎn)共模極小割集算法的詳細(xì)描述為以下四個(gè)方面：一是在配電網(wǎng)中找尋斷路器，按照斷路器的保護(hù)范圍來(lái)構(gòu)建斷路器共模無(wú)效表，計(jì)算共模關(guān)聯(lián)器件的可靠性參數(shù)。二是找到任意負(fù)荷點(diǎn)，在找到最小的一路以后，把最小的一路器件再次實(shí)施連通性搜素，在最小的一路中添加沒(méi)隔離開(kāi)關(guān)的器件，生成一階割集。三是生成共模極小割集。如果一個(gè)斷路器術(shù)語(yǔ)復(fù)合碘的一階最小割集，應(yīng)該先根據(jù)該斷路器的共模失效表進(jìn)行判斷，如果共模關(guān)聯(lián)器件不是一階最小割集，那么也可將其當(dāng)做共模一階割集，共模無(wú)效表中的參數(shù)即為其可靠性參數(shù)。四是計(jì)算常規(guī)和共模最小割集。按照共模無(wú)效表中的參數(shù)來(lái)找出共模最小割集的可靠性參數(shù)。

3 關(guān)于可靠性與經(jīng)濟(jì)性的分析

首先，在實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化以后，供電的可靠性明顯得到提高，且聯(lián)絡(luò)接線比單環(huán)網(wǎng)的供電可靠性提升效果更為明顯。其次，每種智能的配電的自動(dòng)化模式帶來(lái)的可靠性提升程度也不同，其中，分布式自動(dòng)化終端就地控制法的提升的效果最為顯著，然后是配電自動(dòng)化主站集中控制辦法的提升效果，后是重合器與分段器配合就地控制技術(shù)的提升效果。再次，在B類供電區(qū)域的前兩種配電自動(dòng)化技術(shù)具有一定的凈收益，而配電的自動(dòng)化主站集中控制辦法由于需要很大的成本投資，所以沒(méi)有凈收益且存在虧本的情況。最后，在A類供電分區(qū)中的后兩種配電自動(dòng)化技術(shù)的投資非常大，最終導(dǎo)致凈收益為負(fù)數(shù)，且跟隨單位停電損失費(fèi)用的變化而有所變化。綜合以上分析內(nèi)容，配電自動(dòng)化主站幾種方案在負(fù)荷密度較大且經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)、對(duì)可靠性有一定要求的地區(qū)（如寧夏等）有一定的應(yīng)用意義。按照區(qū)域的負(fù)荷密度和產(chǎn)電比來(lái)針對(duì)性地實(shí)施配電自動(dòng)化辦法，可以確保供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上描述內(nèi)容，在基于可靠性和經(jīng)濟(jì)性的條件下，分布式智能終端就地控制技術(shù)具有很好的應(yīng)用價(jià)值，其中，配電自動(dòng)化主站和配電管理系統(tǒng)能夠使得系統(tǒng)運(yùn)行得到優(yōu)化，同時(shí)使得電網(wǎng)的管理效率大幅度提高。對(duì)于一些負(fù)荷密度較大且經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度比較快的地區(qū)，其對(duì)于配電的可靠性具有非常高的要求，這時(shí)可以考慮使用配電自動(dòng)化主站集中控制方案。

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