城市配電網(wǎng)智能分布式饋線自動化系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用探討

摘要：在構(gòu)建具有自我感知、自我診斷、自我決策、自我恢復(fù)能力的智能配電網(wǎng)的大背景下，現(xiàn)階段，智能分布式饋線自動化以其故障處理速度快、非故障區(qū)段負荷快速復(fù)電能力強的特點，得到越來越廣泛的應(yīng)用，但在逐步推廣的過程中也面臨一些亟待解決的問題，本文主要針對智能分布式饋線自動化在實際應(yīng)用過程中存在的一些問題開展分析研究，并提出初步建議。

關(guān)鍵詞：饋線自動化;智能分布式;故障恢復(fù);智能終端

配電自動化是提高配電網(wǎng)供電可靠性、提升供電質(zhì)量、提高客戶滿意度，充分展現(xiàn)責(zé)任央企良好形象的重要手段，饋線自動化（簡稱FA）作為配電自動化最為重要的內(nèi)容之一，是實現(xiàn)客戶快速復(fù)電、實現(xiàn)供電可靠性進一步提高的有效手段。因應(yīng)城市配電網(wǎng)的網(wǎng)架復(fù)雜性和變化性，饋線自動化系統(tǒng)的設(shè)計有非常關(guān)鍵的作用。

1 饋線自動化的典型配置

饋線自動化的主要功能是利用自動化系統(tǒng)及裝置，對配電網(wǎng)的運行狀況進行實時監(jiān)視，及時診斷出線路上的故障并對其實行隔離，以便盡快對非故障區(qū)域恢復(fù)正常供電[1]。目前饋線自動化系統(tǒng)主要有兩種類型：一種就地式，包括電壓-時間型、電壓-電流型和智能分布式型，不需要配電自動化主站參與，其中前兩者通過變電站出線斷路器與分段開關(guān)配合即可就地完成故障區(qū)段的判定和隔離，邏輯簡單，不需通信，但變電站出線斷路器必須跳閘一次，復(fù)電時間長;智能分布式型通過智能終端間的實時信息交互實現(xiàn)配電線路故障定位、隔離以及恢復(fù)供電，故障隔離時間可達毫秒級，復(fù)電時間可達到秒級，影響范圍小，不需變電站出線斷路器跳閘，但對通信要求高;另一種是集中式，它需要配電自動化主站參與，依賴通信網(wǎng)絡(luò)對配電網(wǎng)的運行狀況進行實時監(jiān)視，在故障發(fā)生時可遠程控制開關(guān)設(shè)備進行故障處理并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，但完成一次“定位、隔離、轉(zhuǎn)供”所需時間長。

2 智能分布式饋線自動化的實際應(yīng)用

2017年的自動化主流是電壓-電流型饋線就地自動化，隨著高級傳感和測控技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，大量的通信、控制設(shè)備應(yīng)用到配電自動化中，2017年下半年，智能分布式饋線自動化在供電可靠性要求高的供電區(qū)域逐步擴大應(yīng)用范圍。但在逐步試點推廣的過程中也面臨一些亟待解決的問題。

2.1智能分布式FA通訊異常處理

由于智能分布式饋線自動化的信息交互需要依賴通信網(wǎng)，當(dāng)任一開關(guān)的通信故障時，本開關(guān)與相鄰開關(guān)均檢測到通訊異常。系統(tǒng)的邏輯設(shè)置有兩種方式;（1）檢測到本節(jié)點通信異常時開關(guān)自動退出智能分布式功能，投入常規(guī)的過流保護和失壓保護邏輯功能，過流定值和延時定值與智能分布式FA故障切除邏輯相同。若故障點出現(xiàn)在通信異常開關(guān)區(qū)域的上游，開關(guān)啟動失壓保護切除故障;若故障點出現(xiàn)在通信異常開關(guān)區(qū)域的下游，開關(guān)啟動過流保護隔離故障，并觸發(fā)“故障隔離成功”輸出信號，完成故障隔離。（2）對于具備電壓-電流型功能的饋線組，檢測到某一節(jié)點通信異常時，饋線組所有開關(guān)自動切換至電壓-電流型邏輯，即在變電站出線開關(guān)保護跳閘后，線路上各環(huán)進環(huán)出開關(guān)間隔失壓分閘，變電站出線開關(guān)通過一次重合閘后，各開關(guān)間隔依次延時合閘，合閘于故障點前端的開關(guān)后加速保護跳閘且閉鎖分閘，完成故障隔離，聯(lián)絡(luò)開關(guān)經(jīng)延時合閘。

2.2 智能分布式FA網(wǎng)絡(luò)拓撲自識別功能

網(wǎng)絡(luò)拓撲包括靜態(tài)拓撲和動態(tài)拓撲。靜態(tài)拓撲主要指饋線正常運行時網(wǎng)絡(luò)中電氣設(shè)備之間的連接關(guān)系，如果開關(guān)增減，那么網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)庫的形式更新并儲存;動態(tài)拓撲指配電網(wǎng)發(fā)生故障或拓撲運行方式發(fā)生變化，由開關(guān)分合形成的電網(wǎng)動態(tài)組合關(guān)系。

每個STU為其所監(jiān)控的開關(guān)保存自身屬性和位置屬性信息，自身屬性包括開關(guān)名稱和開關(guān)屬性（首開關(guān)、分段開關(guān)和末開關(guān)）;位置屬性指本開關(guān)與相鄰開關(guān)之間的拓撲連接關(guān)系，即相鄰開關(guān)的名稱、通信地址。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲變更，選取與變電站出線開關(guān)相鄰的開關(guān)對應(yīng)的STU作為主控STU，通過主控STU的實時拓撲查詢方式，可動態(tài)生成正確描述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并可供計算機分析利用的數(shù)學(xué)模型[2]。主控STU根據(jù)其開關(guān)屬性，定期向相鄰開關(guān)STU發(fā)出拓撲查詢請求，收到查詢請求的STU首先對其監(jiān)控開關(guān)的屬性進行自檢，并確認是否存在除主控STU監(jiān)控的開關(guān)外的其他相鄰開關(guān)。如果確定為首開關(guān)，或者不是首開關(guān)但也不存在相鄰開關(guān)，就將該開關(guān)的屬性與狀態(tài)信息傳送回主控STU，同時終止該側(cè)饋線的拓撲查詢;否則，就將相鄰開關(guān)的名稱和對應(yīng)STU的通信地址傳送回主控STU。主控STU收到返回的信息后，再繼續(xù)向該側(cè)下一級相鄰開關(guān)對應(yīng)的STU發(fā)出拓撲查詢請求。以此類推，直到確定為首開關(guān)或者為末開關(guān)為止。至此，主控STU可得到該側(cè)饋線的實時拓撲信息。主控STU在結(jié)束該側(cè)的拓撲查詢后，以同樣的方式，分別向另外幾側(cè)相鄰開關(guān)所對應(yīng)的STU發(fā)出拓撲查詢請求，即得到整個配電網(wǎng)的饋線實時拓撲結(jié)構(gòu)。以圖1為例，饋線1的主控STU為STU1，饋線2的主控STU為STU8。從STU1發(fā)起應(yīng)用拓撲查詢，其應(yīng)用拓撲作用域為STU1及其下游開關(guān)F1、S2、S3、F2、S4所在區(qū)域，因S5開關(guān)為分閘狀態(tài)，為饋線邊界開關(guān)，STU1在查詢到S5后終止查詢。同理，STU8可識別出S8-S7-S6-S5、S8-F4、S8-S7-S6-F3的拓撲連接關(guān)系。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，例如在主干線路上斬斷接入一間或多間新電房，目前還需要由廠家手動配置新增開關(guān)的名稱和屬性，并更新與新增開關(guān)相鄰的原開關(guān)的配置信息，不涉及新增開關(guān)區(qū)段的開關(guān)則維持原有配置信息不變。未來的研究方向是，新STU接入通信網(wǎng)絡(luò)后，主站應(yīng)能自動發(fā)現(xiàn)，并接收終端上傳的數(shù)據(jù)模型配置信息，自動配置主站數(shù)據(jù)庫里終端測控信息，或者主站將配電網(wǎng)終端數(shù)據(jù)模型配置文件自動下發(fā)至終端，終端根據(jù)主站下發(fā)的配置信息組織測控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)終端的自動注冊和自動發(fā)現(xiàn)兩種機制。

2.3 多分段多聯(lián)絡(luò)線路的故障恢復(fù)機制

城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式主要為“2-1”、“3-1”和多分段多聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)模式?，F(xiàn)階段智能分布式饋線自動化主要用于配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)清晰，分支線路集中的主次干線，以“2-1”單環(huán)網(wǎng)為主，有且僅有一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)，供電恢復(fù)路徑清晰;在“3-1”和多分段多聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)模式下，當(dāng)某條饋線發(fā)生故障時，可能存在多條正常運行的饋線可為其提供轉(zhuǎn)供電，智能分布式饋線自動化的邏輯需要考慮聯(lián)絡(luò)饋線的電流裕度能否滿足待恢復(fù)負荷以及盡可能地均衡饋線的負載率，從而自動選取最佳的恢復(fù)供電路徑。

故障隔離后恢復(fù)供電的基本思路為：（1）盡可能快地恢復(fù)更多的停電受影響負荷;（2）故障隔離后，根據(jù)故障前負荷電流自動計算最佳的恢復(fù)供電路徑，防止饋線出現(xiàn)過載情況[3]。

在系統(tǒng)正常運行時，各開關(guān)的智能終端（STU）應(yīng)周期性地對流經(jīng)其開關(guān)的負荷電流進行實時測量和保存。當(dāng)饋線發(fā)生故障且故障被隔離后，聯(lián)絡(luò)開關(guān)對應(yīng)的STU根據(jù)故障隔離信息識別出故障點下游的非故障區(qū)段，并從非故障區(qū)段的各STU上獲得故障發(fā)生前流經(jīng)各開關(guān)的負荷電流，計算出待轉(zhuǎn)供電流;再從聯(lián)絡(luò)饋線的電源開關(guān)對應(yīng)的STU處獲得該饋線在故障發(fā)生前的負荷電流情況，結(jié)合聯(lián)絡(luò)饋線的載流量，計算出聯(lián)絡(luò)饋線可轉(zhuǎn)供電流的裕度Y1、Y2、Y3。最后，將待轉(zhuǎn)供電流與各聯(lián)絡(luò)饋線可轉(zhuǎn)供電流的裕度進行比較，若可轉(zhuǎn)供電流裕度最大值Ym大于待轉(zhuǎn)供電流，直接選擇該條聯(lián)絡(luò)饋線作為最佳供電恢復(fù)路徑;若可轉(zhuǎn)供電流裕度最大值Ym小于待轉(zhuǎn)供電流，可將將負荷平均分配到裕度最大和次之的兩條聯(lián)絡(luò)饋線進行轉(zhuǎn)供電。智能分布式FA的故障恢復(fù)流程圖如圖2所示。

3結(jié)語

伴隨通信技術(shù)水平的發(fā)展，以及智能型配電終端研發(fā)的日趨成熟，智能分布式饋線自動化系統(tǒng)將成為配電自動化系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，目前已在許多城市配電網(wǎng)開展試點。為了保證其更好地發(fā)揮效能，迫切需要研究其在應(yīng)對復(fù)雜的、變化的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，以及不同廠家設(shè)備的互聯(lián)互通問題上，如何減輕維護和處理的工作量和成本，以期進一步推動智能配電網(wǎng)的蓬勃發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉健，沈冰冰，趙江河，等.現(xiàn)代配電自動化系統(tǒng).北京：中國水利水電出版社，2013.1.

[2]杜建文.多聯(lián)絡(luò)配電網(wǎng)分布式智能饋線自動化系統(tǒng)研究[D]. 山東大學(xué)，2015：9-23.

[3]樊偉成.基于面保護的配網(wǎng)閉環(huán)運行模式研巧[J].廣東科技，2013（22）：109.

作者介紹：

陳煜（1987.9.23），性別女;籍貫：陜西寶雞;民族：漢;學(xué)歷：研究生;職稱：工程師;職務(wù)：無;研究方向：節(jié)能及二次規(guī)劃。