新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)單元制配電網(wǎng)運(yùn)行控制功能設(shè)計(jì)

葛文林, 蘇 光, 趙家慶, 田 江, 孫世明,4, 吳博文

(1. 南瑞集團(tuán)(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司， 江蘇省南京市 211106； 2. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司, 江蘇省南京市 211106； 3. 國(guó)網(wǎng)蘇州供電公司， 江蘇省蘇州市 215004；4. 智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇省南京市 211106)

0 引言

配電網(wǎng)是支持需求側(cè)響應(yīng)管理，承載大量分布式發(fā)電和電動(dòng)汽車等分布式能源的重要平臺(tái)，是推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)、解決能源危機(jī)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-2]。隨著分布式電源的不斷增加，電動(dòng)汽車的快速普及，可控負(fù)荷的持續(xù)增多，現(xiàn)有的配電網(wǎng)架構(gòu)已經(jīng)很難滿足用戶對(duì)環(huán)境保護(hù)、供電可靠性、電能質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的要求[3-5]。因此，國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)(比如北京、深圳等)已嘗試打破以往的配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理，開(kāi)展了利用網(wǎng)格化的理念進(jìn)行中壓配電網(wǎng)規(guī)劃[6-10]。網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃是依據(jù)行政級(jí)別或規(guī)劃水平年的負(fù)荷密度，參考經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、用戶重要程度、用電水平、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)等因素，以供電網(wǎng)格為基本單位，將中壓配電網(wǎng)筑成目標(biāo)網(wǎng)架的規(guī)劃方法[11]。江蘇省結(jié)合自身實(shí)際，在網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃指導(dǎo)思想的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化，總結(jié)提出了單元制配電網(wǎng)規(guī)劃方法，即在網(wǎng)格化供電區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同區(qū)域的性質(zhì)，結(jié)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、地理?xiàng)l件等因素，將中壓配電網(wǎng)供電區(qū)域進(jìn)一步劃分為若干供電單元，每個(gè)供電單元可獨(dú)立承擔(dān)該區(qū)塊的正常供電任務(wù)，滿足供電區(qū)域內(nèi)的用電可靠性要求，并預(yù)留有備用容量以滿足日后負(fù)荷增長(zhǎng)需求。單元制配電網(wǎng)規(guī)劃方法根據(jù)不同區(qū)域的性質(zhì)靈活確定供電單元，同時(shí)遵循以下原則：①供電單元一般不跨越江、河、湖，高山等自然屏障；②供電單元一般為方便管理不跨越行政區(qū)域及不同供電公司；③結(jié)合已形成的現(xiàn)狀電網(wǎng)，合理劃分供電單元，便于實(shí)現(xiàn)雙電源點(diǎn)及后續(xù)改造；④供電單元可隨著區(qū)域內(nèi)發(fā)展情況，進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)分，便于后續(xù)管理與發(fā)展。

在單元制配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理背景下，目前，國(guó)內(nèi)配電自動(dòng)化系統(tǒng)沒(méi)有面向單元制配電網(wǎng)的運(yùn)行控制功能，無(wú)法滿足單元制配電網(wǎng)調(diào)控管理、日常運(yùn)維管理和搶修管理需求。主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①基礎(chǔ)建模方面，傳統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)多采用基于饋線的全網(wǎng)一體化建模，基于全網(wǎng)一體化模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鰰r(shí)，系統(tǒng)資源消耗大、分析效率低，缺乏局部單元化的拓?fù)淠Ｐ?，難以適應(yīng)單元制配電網(wǎng)應(yīng)用分析的需求；②自動(dòng)成圖和展示方面，傳統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)僅以饋線為單位、以全網(wǎng)一體化模型為拓?fù)淠Ｐ?，自?dòng)生成配網(wǎng)線路單線圖、聯(lián)絡(luò)圖及區(qū)域環(huán)網(wǎng)圖，缺乏按照單元制模型的拓?fù)涑槿?、?duì)象識(shí)別、圖元布局及智能布線等自動(dòng)成圖技術(shù)手段，不能滿足單元制配電網(wǎng)的調(diào)控運(yùn)行、日常管理等方面的靈活高效展示需求;③故障處理方面，面對(duì)配電網(wǎng)的各類接線方式，傳統(tǒng)配電自動(dòng)化故障處理不具備局部單元化故障快速定位、恢復(fù)方案單元化生成等精細(xì)化應(yīng)對(duì)策略，適應(yīng)性不強(qiáng)且效率不高，無(wú)法發(fā)揮單元制配電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化接線方式的優(yōu)勢(shì)；④風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方面，基于傳統(tǒng)配電網(wǎng)以饋線單位的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及風(fēng)險(xiǎn)因素，所提出的風(fēng)險(xiǎn)分析方法以及在線風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，存在著風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)象信息龐雜且針對(duì)性、實(shí)用性較差，缺乏局部單元化的信息整合機(jī)制和綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法等問(wèn)題，無(wú)法滿足單元制配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)視與預(yù)警需求。

本文提出了基于新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)單元制配電網(wǎng)運(yùn)行控制功能設(shè)計(jì)與應(yīng)用，利用新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上綜合考慮單元制配電網(wǎng)的網(wǎng)架特點(diǎn)，結(jié)合調(diào)度員關(guān)注的配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等相關(guān)因素，形成了具備單元制自動(dòng)建模功能、單元制自動(dòng)成圖功能、單元制故障處理功能以及單元制風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能等面向單元制配電網(wǎng)運(yùn)行控制的業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了以配電網(wǎng)單元制為特征的運(yùn)行控制，滿足了調(diào)度員對(duì)運(yùn)行控制、日常管理等方面的需求，顯著提高了配電網(wǎng)的供電可靠性。

1 總體功能結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1.1 總體功能結(jié)構(gòu)

總體功能結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，整體由四大功能模塊組成，分別是單元制自動(dòng)建模功能、單元制自動(dòng)成圖功能、單元制故障處理功能及單元制風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能。

圖1 新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)總體功能架構(gòu)Fig.1 Overall functional architecture of new-generation distribution automation system

總體功能結(jié)構(gòu)是基于新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)、公式計(jì)算等基本功能模塊的基礎(chǔ)上，搭建了單元制自動(dòng)建模功能、單元制自動(dòng)成圖功能、單元制故障處理功能以及單元制風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能。各功能模塊之間的關(guān)系，如圖2所示。

單元制自動(dòng)建模功能利用由地理信息系統(tǒng)(GIS)或生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)導(dǎo)入的配網(wǎng)模型，形成以饋線為單位的初始全網(wǎng)設(shè)備模型，通過(guò)單元制模型校核服務(wù)對(duì)初始全網(wǎng)設(shè)備模型進(jìn)行校核，剔除不合理的模型，經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的全網(wǎng)設(shè)備模型通過(guò)單元建模服務(wù)，形成以配網(wǎng)供電單元化為特征的單元制模型庫(kù)。

圖2 功能模塊之間的關(guān)系Fig.2 Relationship among functional modules

單元制自動(dòng)成圖功能基于單元制配電網(wǎng)模型，運(yùn)用拓?fù)浞治?、布局算法等技術(shù)，自動(dòng)繪制形成單元制圖形；單元制故障處理功能基于單元制配電網(wǎng)模型，通過(guò)匹配單元故障模式庫(kù)，生成單元故障信息交給單元故障處理服務(wù)，形成單元故障處理策略，利用單元SCADA遙控服務(wù)執(zhí)行控制策略，策略的執(zhí)行過(guò)程通過(guò)單元實(shí)時(shí)告警反映給調(diào)度人員；單元制風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能基于單元制配電網(wǎng)模型，通過(guò)匹配單元風(fēng)險(xiǎn)類別庫(kù)，對(duì)配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行辨識(shí)，并通過(guò)單元風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果展示服務(wù)將識(shí)別結(jié)果以告警方式及時(shí)推送給調(diào)度員。

1.2 功能特點(diǎn)

1)單元制自動(dòng)建模將配電網(wǎng)全網(wǎng)大模型進(jìn)行合理切分，實(shí)現(xiàn)局部單元化，以便后續(xù)配網(wǎng)應(yīng)用分析能夠按需實(shí)現(xiàn)局部單元模型的動(dòng)態(tài)加載，減少資源消耗并提高分析效率。

2)單元制自動(dòng)成圖在傳統(tǒng)自動(dòng)成圖基礎(chǔ)上，加入單元制模型抽取以及人工干預(yù)迭代修改機(jī)制，完成從單元配網(wǎng)模型到單元配網(wǎng)圖形的無(wú)縫轉(zhuǎn)變，形成最終的單元制配電網(wǎng)圖形，滿足了單元制配電網(wǎng)的調(diào)控運(yùn)行、日常管理等方面的靈活高效展示需求。特別地，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)自動(dòng)成圖機(jī)制的改進(jìn)，可明顯提高成圖的實(shí)用性和美觀性。

3)單元制故障處理在發(fā)生故障時(shí)，只需加載發(fā)生故障時(shí)的供電單元模型，僅關(guān)注本供電單元內(nèi)的線路、負(fù)荷等信息，無(wú)需過(guò)多關(guān)注該供電單元之外的信息，從而形成清晰明確的單元故障處理策略，提高了故障處理效率和正確率。單元制風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警以單元配網(wǎng)模型為監(jiān)視單位，對(duì)供電單元內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)信息進(jìn)行識(shí)別和預(yù)警，具有更強(qiáng)的針對(duì)性，同時(shí)顯著提高了單元制風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)視和預(yù)警的效率。

2 功能模塊

2.1 單元制自動(dòng)建模

單元制自動(dòng)建模功能為新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)單元制配電網(wǎng)提供單元制模型，是后續(xù)單元制配網(wǎng)運(yùn)行控制分析應(yīng)用功能的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)模型層次由上到下依次為行政區(qū)域、廠站、饋線及開(kāi)閉所(環(huán)網(wǎng)柜)，站外電氣設(shè)備模型最終是以饋線、開(kāi)閉所或環(huán)網(wǎng)柜模型為容器的。在新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)單元制配電網(wǎng)運(yùn)行控制功能設(shè)計(jì)中，新增“供電分區(qū)”模型，表示根據(jù)配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所劃分的供電分區(qū)，“供電分區(qū)”模型作為供電單元模型的容器，將供電單元模型加入“供電分區(qū)”模型容器中；新增“供電單元”模型，表示根據(jù)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所劃分的供電單元，“供電單元”模型作為饋線模型的容器，將饋線模型加入“供電單元”模型容器中。單元制配電網(wǎng)模型層次結(jié)構(gòu)，如附錄A圖A1所示。

單元制自動(dòng)建模功能首先通過(guò)單元制模型校核服務(wù)對(duì)由GIS或PMS導(dǎo)入的初始全網(wǎng)設(shè)備模型進(jìn)行校驗(yàn)和清洗，剔除不合理及無(wú)效的模型，形成規(guī)范的全網(wǎng)設(shè)備模型，單元制模型校核方法主要包括：①單設(shè)備校核，對(duì)單個(gè)設(shè)備的拓?fù)溥B接節(jié)點(diǎn)編號(hào)進(jìn)行校核，剔除節(jié)點(diǎn)編號(hào)非法的設(shè)備；②圖模比對(duì)，將模型的拓?fù)溥B接關(guān)系與圖形上繪制的設(shè)備連接關(guān)系進(jìn)行比較，檢查連接關(guān)系是否一致；③拓?fù)湫：?，通過(guò)拓?fù)渌阉鳎瑱z查是否存在無(wú)轉(zhuǎn)供路徑的單輻射線路或者無(wú)電源的孤立電氣島。然后，將清洗后的全網(wǎng)設(shè)備通過(guò)單元模型轉(zhuǎn)換服務(wù)轉(zhuǎn)換成全網(wǎng)圖模型G(V,E)，即將開(kāi)關(guān)、刀閘、饋線段等抽象為邊E，兩個(gè)端點(diǎn)抽象為點(diǎn)V，利用拓?fù)渌阉魉惴ǎ?0 kV站內(nèi)出線開(kāi)關(guān)以及人工指定的站外開(kāi)關(guān)(在區(qū)域配網(wǎng)未徹底完成單元制改造前，未改造的部分需人工指定供電單元之間的斷開(kāi)點(diǎn))為邊界，自動(dòng)對(duì)全網(wǎng)圖模型進(jìn)行單元模型切割，形成的子圖Gn(V,E)(n表示子圖序號(hào))，每個(gè)子圖即表示一個(gè)供電單元，將子圖按“地區(qū)_供電分區(qū)_供電單元序號(hào)”進(jìn)行命名，即為供電單元名稱。最后，將饋線模型“裝入”供電單元模型內(nèi)，形成單元制模型庫(kù)。單元制自動(dòng)建模具體過(guò)程，如圖3所示。

圖3 單元制自動(dòng)建模流程Fig.3 Flow chart of united automatic modeling

2.2 單元制自動(dòng)成圖

單元制自動(dòng)成圖功能在現(xiàn)有配電自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)成圖功能的基礎(chǔ)上，加入單元制模型抽取以及人工干預(yù)迭代修改機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了高效、美觀的面向單元制配電網(wǎng)的單元圖形自動(dòng)生成功能。

現(xiàn)有的自動(dòng)成圖功能通過(guò)全網(wǎng)一體化拓?fù)淠Ｐ统槿?、?duì)象識(shí)別、圖元布局及圖形布線等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)模型到圖形的自動(dòng)轉(zhuǎn)換[12]，能夠較好地滿足配電網(wǎng)單線圖、簡(jiǎn)單聯(lián)絡(luò)圖的使用需求，節(jié)省人工繪制圖形的維護(hù)成本。但是針對(duì)單元制配電網(wǎng)運(yùn)行控制所需的單元圖形，無(wú)法很好地適應(yīng)和滿足，主要體現(xiàn)在：①?zèng)]有單元制模型的抽取接口；②一個(gè)單元內(nèi)通常有3條及以上的饋線模型，現(xiàn)有的自動(dòng)成圖功能在生成較復(fù)雜圖形時(shí)效果有待提升。本文所提出的單元制自動(dòng)成圖功能，一方面提供了單元制模型的抽取接口，另一方面通過(guò)加入人工干預(yù)調(diào)整、迭代完善機(jī)制，彌補(bǔ)了現(xiàn)有自動(dòng)成圖技術(shù)的不足。單元制自動(dòng)成圖具體流程如圖4所示。

本文所述的單元制自動(dòng)成圖功能，在收到模型變化信息后，從單元制自動(dòng)建模功能已建立的單元制模型中抽取發(fā)生變化的單元制模型，通過(guò)對(duì)象識(shí)別、圖元布局、圖形布線等功能，形成單元制配電網(wǎng)圖形，此時(shí)自動(dòng)生成的單元制配電網(wǎng)圖形在布局上可能不夠美觀或不符合調(diào)度運(yùn)行人員習(xí)慣，可由人工進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整后的布局布線信息記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)本圖的模型再次發(fā)生變化時(shí)，圖元布局和圖形布線算法會(huì)參考人工調(diào)整的布局布線信息，形成最終的單元制配電網(wǎng)圖形。

2.3 單元制故障處理

單元制故障處理功能即以供電單元為單位，依次進(jìn)行配網(wǎng)饋線自動(dòng)化(feeder automation,FA)改造，使供電單元內(nèi)的每條饋線都實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，便形成了單元制的饋線自動(dòng)化。供電單元本身是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的供電區(qū)域。供電單元之間一般少有聯(lián)絡(luò)，但供電單元內(nèi)的饋線之間一般都有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。這樣在供電單元內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，單元制故障處理功能模塊會(huì)推出單元故障處理策略，一般也是在該供電單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)單元故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移。另外，與傳統(tǒng)的FA需要加載全網(wǎng)一體化拓?fù)淠Ｐ拖啾?，在進(jìn)行單元制故障處理時(shí)，僅需加載單元故障發(fā)生時(shí)的供電單元模型。

圖4 單元制自動(dòng)成圖流程Fig.4 Flow chart of united automatic graphing

單元制故障處理流程，如附錄A圖A2所示。單元制故障處理功能：首先，監(jiān)聽(tīng)開(kāi)關(guān)故障跳閘信號(hào)，一旦捕捉到信號(hào)，則判斷信號(hào)發(fā)生設(shè)備所屬的供電單元，并將該供電單元的所有模型加載到內(nèi)存中，形成故障供電單元拓?fù)淠Ｐ偷耐瑫r(shí)，結(jié)合單元故障模式庫(kù)，分析該單元故障的類型并定位故障發(fā)生的范圍；然后，形成單元故障隔離方案，在供電單元內(nèi)形成負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案；最后，根據(jù)本供電單元配置的故障處理方式，推出單元故障處理方案執(zhí)行界面，由用戶進(jìn)行單元故障隔離及恢復(fù)操作，或者全自動(dòng)執(zhí)行，執(zhí)行過(guò)程中的信息均實(shí)時(shí)推送給用戶，幫助用戶及時(shí)了解單元故障處理的中間過(guò)程和結(jié)果。

2.4 單元制風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

現(xiàn)有配電網(wǎng)在線風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警功能通過(guò)監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備狀態(tài)，分析發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)并提供預(yù)警功能。對(duì)電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行在線評(píng)估，得出電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)水平、薄弱節(jié)點(diǎn)及危險(xiǎn)隱患，監(jiān)視線路、開(kāi)關(guān)等電網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率指標(biāo)，接近或超過(guò)該指標(biāo)(重載或過(guò)載)時(shí)系統(tǒng)給出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息, 有效提高供電安全可靠性水平，最大限度地避免和降低大面積停電造成的損失。但是，存在著風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)象信息龐雜且針對(duì)性、實(shí)用性較差，缺乏局部單元化的信息整合機(jī)制和綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法等問(wèn)題。

單元制配電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能以供電單元為監(jiān)視單位，對(duì)供電單元內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、分析和預(yù)警。它整體上是有四部分組成：?jiǎn)卧渚W(wǎng)模型和運(yùn)行方式采集模塊，單元風(fēng)險(xiǎn)分析模塊，單元風(fēng)險(xiǎn)處理模塊和單元風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果展示模塊。各部分之間的關(guān)系，如附錄A圖A3所示。

單元制模型及運(yùn)行方式采集模塊是以供電單元為最小邏輯單位，獲取配電網(wǎng)各供電單元模型及運(yùn)行方式。單元配電網(wǎng)模型包括單元配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)、單元配電網(wǎng)母線、單元配電網(wǎng)饋線段和單元配電網(wǎng)負(fù)荷，單元運(yùn)行方式指單元配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)、電流值及有功值和配電網(wǎng)負(fù)荷的電流值及有功值。

單元風(fēng)險(xiǎn)分析模塊是基于風(fēng)險(xiǎn)值矩陣定量地評(píng)估多種風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生概率和嚴(yán)重程度，構(gòu)建單元配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析指標(biāo)體系，對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)單元配電網(wǎng)的影響進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)分析值用F表示，發(fā)生次數(shù)用P表示，嚴(yán)重性后果用V表示，則F的計(jì)算公式為：

F=PV

(1)

假設(shè)單元配電網(wǎng)被分為m個(gè)單元格，有n種風(fēng)險(xiǎn)因素，則可以形成一個(gè)m×n階矩陣P，即

(2)

式中：pij(i=1,2，…，m；j=1,2，…，n)為第i個(gè)單元格由于第j種風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的故障次數(shù)。

風(fēng)險(xiǎn)因素包括：線路電流越限、主變功率越限、母線電壓越限、損失負(fù)荷功率、損失用戶數(shù)、損失重要用戶數(shù)等。

各單元的風(fēng)險(xiǎn)因素嚴(yán)重性后果為矩陣V，如式(3)所示。V1，V2，…，Vn為各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重調(diào)節(jié)參數(shù)，通常取小于1的整數(shù)，值越大，說(shuō)明影響程度更嚴(yán)重。

V=[V1V2V3…Vn]T

(3)

根據(jù)式(1)，風(fēng)險(xiǎn)值矩陣F應(yīng)該為矩陣P與矩陣V相乘，得到一個(gè)m維列向量，F(xiàn)1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)m為各風(fēng)險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)分析值，值越大說(shuō)明該單元的風(fēng)險(xiǎn)越嚴(yán)重，即

F=PV=[F1F2F3…Fm]T

(4)

單元配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)分類如附錄A表A1所示。單元風(fēng)險(xiǎn)處理模塊，用于針對(duì)不同類型的單元配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，分析單元配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)處理策略，得到不同的單元配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)處理策略。針對(duì)單元線路環(huán)網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，處理策略如下。

1)搜索環(huán)網(wǎng)線路的主干路徑(兩個(gè)電源點(diǎn)之間的最短路徑)。

2)主干路徑所有配網(wǎng)開(kāi)關(guān)均為可選解環(huán)方案。

3)利用配網(wǎng)負(fù)荷電流疊加的方法，計(jì)算各個(gè)解決方案執(zhí)行后兩側(cè)線路的負(fù)載率。

4)按照如下原則獲取可選解決方案的優(yōu)先級(jí)：①解環(huán)后兩側(cè)供電線路不重載；②解環(huán)開(kāi)關(guān)為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)；③解環(huán)后兩側(cè)供電線路負(fù)載率基本一致。

針對(duì)單元線路重載運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，處理策略如下。

1)搜索重載線路的轉(zhuǎn)供開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)供開(kāi)關(guān)指開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)，其開(kāi)關(guān)兩側(cè)連接不同的供電線路。

2)搜索線路的供電電源和轉(zhuǎn)供開(kāi)關(guān)的主干路徑(轉(zhuǎn)供開(kāi)關(guān)和供電電源的最短路徑)。

3)主干路徑上的所有配網(wǎng)開(kāi)關(guān)均為可選方案，利用配網(wǎng)負(fù)荷電流疊加的方法，計(jì)算轉(zhuǎn)供后重載線路和被轉(zhuǎn)供線路的負(fù)載率。

4)按照如下原則獲取可選解決方案的優(yōu)先級(jí)：①轉(zhuǎn)供后被轉(zhuǎn)供線路不重載；②重載線路恢復(fù)正常。

5)按照可選轉(zhuǎn)供方案的優(yōu)先級(jí)排序，獲取最優(yōu)轉(zhuǎn)供方案。

針對(duì)單元配電網(wǎng)單相接地故障風(fēng)險(xiǎn)，處理策略如下：①搜索存在單相接地故障母線關(guān)聯(lián)的線路；②通過(guò)變電站的接地選線裝置，配合單元制配網(wǎng)的接地故障信號(hào)(包括故障指示器錄波分析結(jié)果、接地故障指示等)進(jìn)行選線及定位。

單元線路可靠性低和單元保電用戶無(wú)法轉(zhuǎn)供的解決策略包括單元配電網(wǎng)整體運(yùn)行方式的調(diào)整，以及調(diào)整前后的線路運(yùn)行情況對(duì)比，為現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)解決策略，此處不再贅述。

單元風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果展示模塊，用于對(duì)配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果(主要描述電網(wǎng)有哪些問(wèn)題)及配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)解決策略分析結(jié)果(主要描述如何處理這些問(wèn)題)進(jìn)行展示，幫助用戶定位(定位采用風(fēng)險(xiǎn)線路著色，其他線路變灰的方式進(jìn)行凸顯，然后在重點(diǎn)設(shè)備上輔助以文字提示)和分析故障。

3 應(yīng)用示例

目前，本文設(shè)計(jì)的單元制配網(wǎng)運(yùn)行控制功能已成功應(yīng)用于蘇州、鎮(zhèn)江等新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)中。該功能可推廣到其他地區(qū)，用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行控制在生產(chǎn)領(lǐng)域及其他相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)共享。

蘇州供電公司率先在蘇州工業(yè)園區(qū)完成配電網(wǎng)單元制規(guī)劃，并成功示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)單元制供電。在當(dāng)前配電網(wǎng)單元制管理背景下，現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)雖然已實(shí)現(xiàn)配電SCADA、饋線自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)分析、停電管理、分布式能源接入、自愈控制等應(yīng)用功能建設(shè)，但這些功能均以饋線模型為基本單位構(gòu)建，在基礎(chǔ)建模、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、故障處理以及自動(dòng)成圖和展示等方面均難以適應(yīng)單元制配電網(wǎng)單元化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。然而，通過(guò)應(yīng)用本文所設(shè)計(jì)單元制配網(wǎng)運(yùn)行控制功能，能夠按需將規(guī)模大復(fù)雜度高的配電網(wǎng)分解為許多相互關(guān)聯(lián)度很小的子單元，自動(dòng)繪制高效、美觀的面向單元制配電網(wǎng)的單元圖形，實(shí)現(xiàn)了在本單元內(nèi)進(jìn)行故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移，故障分析時(shí)間小于5 s，故障區(qū)段定位正確率和供電恢復(fù)策略正確率均大于99%，對(duì)供電單元內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)信息進(jìn)行識(shí)別和預(yù)警，顯著提高了單元制風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)視和預(yù)警的效率。單元制配網(wǎng)運(yùn)行控制功能應(yīng)用總體上為滿足單元制配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了全面支撐，進(jìn)一步提升了配電網(wǎng)運(yùn)行控制的精細(xì)化水平，降低了事故的發(fā)生率，提高了配電網(wǎng)故障情況下的應(yīng)急處置效率和能力，保障了配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)單元制配電網(wǎng)運(yùn)行控制功能設(shè)計(jì)，并利用新一代配電自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的支撐，綜合考慮調(diào)度員所關(guān)心的配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行相關(guān)的因素，開(kāi)發(fā)了以配電網(wǎng)供電單元為單位的運(yùn)行控制功能。目前，系統(tǒng)已經(jīng)在蘇州、鎮(zhèn)江等地區(qū)調(diào)度中心投入了運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明系統(tǒng)能夠滿足單元制配電網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)控需求，切實(shí)地提高了配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)故障研判快速準(zhǔn)確，極大地提升了配電網(wǎng)對(duì)于運(yùn)行、用戶感知的適應(yīng)性，保證了電力系統(tǒng)高供電可靠性，從而帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

下一階段，將繼續(xù)在以下領(lǐng)域開(kāi)展深化研究。

1)研究單元綜合智能告警展示。結(jié)合配電網(wǎng)供電單元內(nèi)的告警信息，綜合分析給出供電單元內(nèi)發(fā)生的事件，明確且直觀的通知調(diào)度人員。

2)研究組合負(fù)荷預(yù)測(cè)方法用于供電分區(qū)規(guī)劃。通過(guò)分析已完成改造的供電單元內(nèi)負(fù)荷密度、供電能力等指標(biāo)，采用組合負(fù)荷預(yù)測(cè)方法開(kāi)展各供電分區(qū)規(guī)劃內(nèi)電量負(fù)荷預(yù)測(cè)，提出推薦方案，并開(kāi)展負(fù)荷預(yù)測(cè)方案上下協(xié)同校驗(yàn)，為配電網(wǎng)單元制的規(guī)劃和改造提供參考。

3)研究基于空間聚類的單元格優(yōu)化劃分算法。在構(gòu)建單元?jiǎng)澐志C合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，研究基于空間聚類算法的單元優(yōu)化劃分?jǐn)?shù)學(xué)模型及其求解方法，為進(jìn)一步推進(jìn)單元制配配電網(wǎng)規(guī)劃的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。