配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖自動(dòng)生成技術(shù)研究

楊 輝，周永漢，陳仕明，李云飛，付俊強(qiáng)

1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司江山市供電公司，浙江 衢州 324199 2.杭州久益電力科技有限公司，浙江 杭州 311215

0 引言

近年來，隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，接入用戶的不斷增加和新能源的大規(guī)模接入，使得配電網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜。在當(dāng)前配電網(wǎng)環(huán)境下，發(fā)生故障停電時(shí)的決策復(fù)雜性也在提高，當(dāng)決策考慮的因素不斷增多，決策周期隨之拉長(zhǎng)，則導(dǎo)致停電恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)。長(zhǎng)時(shí)間停電會(huì)對(duì)用戶的正常生活造成影響，甚至?xí)?duì)社會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，為了盡可能將配電網(wǎng)停電造成的不良影響降到最低，故障發(fā)生后及時(shí)實(shí)施快速可靠的恢復(fù)供電方案顯得尤為重要。

配電網(wǎng)自動(dòng)化和遠(yuǎn)端控制技術(shù)日趨成熟，配電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供電已成為配電網(wǎng)故障恢復(fù)的重要手段。目前，國內(nèi)外研究人員針對(duì)負(fù)荷轉(zhuǎn)供的解決途徑大致分為兩種：基于優(yōu)化算法尋找最優(yōu)解、基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹髯兟?lián)絡(luò)分析[1]。

在實(shí)際操作中，當(dāng)變電站發(fā)生全停事故，調(diào)度人員需根據(jù)停電線路與其他非停電線路之間的連接關(guān)系分析得出合適的轉(zhuǎn)供方案，在滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下，對(duì)停電線路進(jìn)行恢復(fù)。目前識(shí)別各線路之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系從而得出轉(zhuǎn)供方案，需人工查詢圖形來完成。需查詢的圖形包括單線圖和系統(tǒng)圖，當(dāng)停電線路較多時(shí)，調(diào)度人員將需要跨越多張圖紙進(jìn)行查詢，獲取有效信息的時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致故障決策效率低。

文章所研究的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖自動(dòng)生成技術(shù)，可根據(jù)變電站所連接的各路饋線間的聯(lián)絡(luò)方式自動(dòng)成圖，并會(huì)依據(jù)各線路轉(zhuǎn)供能力為調(diào)度人員提供參考方案，可極大地提高故障決策的及時(shí)性和可靠性。

1 轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖所需信息獲取思路

公共信息模型（CIM）是電力系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的模型，是一種描述電力系統(tǒng)所有對(duì)象邏輯結(jié)構(gòu)和關(guān)系的信息模型，能為各個(gè)應(yīng)用提供統(tǒng)一的電力系統(tǒng)邏輯描述。文章研究將用到配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ图捌渚€路信息，從而分析各個(gè)變電站內(nèi)部的饋線聯(lián)絡(luò)關(guān)系及不同電站間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系，并將其聯(lián)絡(luò)關(guān)系通過聯(lián)絡(luò)圖的形式直觀展現(xiàn)。

停電故障可分為單線路停電和變電站停電兩種情況，因此對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)供方案也應(yīng)考慮到饋線轉(zhuǎn)供能力約束和變電站轉(zhuǎn)供能力約束。饋線轉(zhuǎn)供能力約束主要與饋線容量指標(biāo)及饋線偶對(duì)容量指標(biāo)有關(guān)。一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)總可以找到兩個(gè)供電饋線，由聯(lián)絡(luò)開關(guān)及兩端供電饋線即可構(gòu)成一個(gè)饋線偶對(duì)。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，則需要由其他變電站進(jìn)行轉(zhuǎn)供。

變壓器轉(zhuǎn)供根據(jù)轉(zhuǎn)供電源點(diǎn)的不同可以分為站內(nèi)轉(zhuǎn)供和站外轉(zhuǎn)供，在負(fù)荷轉(zhuǎn)供時(shí)，優(yōu)先考慮站內(nèi)轉(zhuǎn)供。站內(nèi)轉(zhuǎn)供能力會(huì)受到變壓器的過載系數(shù)與過載運(yùn)行持續(xù)時(shí)間的約束。站外轉(zhuǎn)供則需要考慮可轉(zhuǎn)帶容量，同時(shí)要衡量受饋線轉(zhuǎn)供容量的限制[2-3]。

2 轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖自動(dòng)生成設(shè)計(jì)思路

文章研究從更好輔助電網(wǎng)故障停電的調(diào)度決策需求出發(fā)，以直觀呈現(xiàn)轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)路徑為目標(biāo)，突破單線圖與系統(tǒng)圖圖幅邊界的局限性，提取完整有效的轉(zhuǎn)供線路、變電站、母線之間的信息，以及與各轉(zhuǎn)供電路徑相關(guān)聯(lián)的分支線信息，進(jìn)而生成簡(jiǎn)潔明了的轉(zhuǎn)供電路徑。

首先從SCADA數(shù)據(jù)庫調(diào)取各變電站數(shù)據(jù)，解析CIM文件獲得各線路信息及其拓?fù)淠Ｐ?。如圖1所示，在假定某一線路出現(xiàn)故障停電事故時(shí)，系統(tǒng)通過調(diào)取相應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算恢復(fù)供電所需轉(zhuǎn)供負(fù)荷量，根據(jù)接線圖選取與該線路相關(guān)聯(lián)饋線，以劃定負(fù)荷轉(zhuǎn)供區(qū)域。

圖1 轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖生成流程

再通過調(diào)取轉(zhuǎn)供區(qū)域內(nèi)各饋線數(shù)據(jù)，計(jì)算各線路可接受的最大轉(zhuǎn)供負(fù)荷，最終可分析得出可轉(zhuǎn)供線路，同時(shí)以轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖的形式呈現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖生成時(shí)，為使聯(lián)絡(luò)圖的呈現(xiàn)更為簡(jiǎn)潔、直觀，在保證饋線長(zhǎng)度、主要設(shè)備數(shù)量、拓?fù)鋽?shù)據(jù)等重要信息完整的情況下，對(duì)線路上各設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化處理[4-5]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)域劃分

線路轉(zhuǎn)供能力是指發(fā)生停電故障時(shí)，非故障區(qū)在接受負(fù)荷分配的同時(shí)不會(huì)造成自身線路過載。負(fù)載轉(zhuǎn)供后，分配到一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的總負(fù)荷要小于該開關(guān)及與它關(guān)聯(lián)的各支路，即從聯(lián)絡(luò)開關(guān)到電源點(diǎn)沿線上各支路的容量裕度[6]。

當(dāng)發(fā)生停電事故時(shí)，以故障變電站為中心，迅速構(gòu)成負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)。符合轉(zhuǎn)移區(qū)的構(gòu)成即在一定供電區(qū)域中，將發(fā)生停電故障的主變作為中心主變，其他與之有聯(lián)絡(luò)關(guān)系的變電站則可以定義為直連主變，再將與直連主變存在聯(lián)絡(luò)關(guān)系的下級(jí)主變定義為次連主變。

為了滿足不中斷供電的原則，需要對(duì)發(fā)生故障的中心主變負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移。負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)域指由中心主變的所有直連主變和次連主變構(gòu)成的區(qū)域。配電網(wǎng)中每臺(tái)主變均可以自身為中心主變的負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)域，一旦確定故障或者檢修主變，可迅速得到負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)。

對(duì)站內(nèi)聯(lián)絡(luò)而言，假定聯(lián)絡(luò)線路存在且容量足夠大，支持主變負(fù)荷與同一站內(nèi)其他主變的轉(zhuǎn)移是暢通且可均分的。對(duì)站間聯(lián)絡(luò)來說，受到每條聯(lián)絡(luò)線路容量約束，主變間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量受聯(lián)絡(luò)線路型號(hào)和數(shù)量的限制，即負(fù)荷轉(zhuǎn)移量不能超過主變間的最大聯(lián)絡(luò)容量。

3.2 聯(lián)絡(luò)圖自動(dòng)生成

通過把負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)域虛化的方法，可以屏蔽轉(zhuǎn)供細(xì)節(jié)，為調(diào)控員及方式人員觀察、分析網(wǎng)架強(qiáng)弱提供一個(gè)良好的窗口[7]。將虛化后的負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)定義為虛區(qū)域，則原區(qū)域可被定義為實(shí)區(qū)域。虛區(qū)域有效屏蔽了實(shí)區(qū)域的聯(lián)絡(luò)細(xì)節(jié)，是一種計(jì)算機(jī)圖形呈現(xiàn)方式，它提供了一種從停電饋線角度來觀察實(shí)區(qū)域的方法。實(shí)際上虛區(qū)域圖形與實(shí)區(qū)域是多對(duì)一的關(guān)系，即不同的聯(lián)絡(luò)虛區(qū)域圖形可能對(duì)應(yīng)同一個(gè)聯(lián)絡(luò)實(shí)區(qū)域，各聯(lián)絡(luò)圖形之間的區(qū)別僅在于排布方向與順序的不同（即停電饋線與轉(zhuǎn)供路徑排布不同）。

虛區(qū)域是觀察局部聯(lián)絡(luò)強(qiáng)弱的重要窗口，在虛區(qū)域發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)局部強(qiáng)弱情況，對(duì)于指導(dǎo)配電網(wǎng)運(yùn)行、改造具有重要的意義。

對(duì)某個(gè)中心變電站而言，它會(huì)存在諸多的聯(lián)絡(luò)虛區(qū)域，如果排布不合理，會(huì)出現(xiàn)虛區(qū)域之間的交叉，破壞圖形呈現(xiàn)效果[8]?；跀?shù)據(jù)庫導(dǎo)出模型對(duì)主要坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初步調(diào)整，再依據(jù)界面大小優(yōu)化排布，最后呈現(xiàn)數(shù)據(jù)完整且圖形簡(jiǎn)潔的畫面。

4 結(jié)束語

通過配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)圖自動(dòng)生成技術(shù)可以直觀地展示配電網(wǎng)中各線路之間的聯(lián)絡(luò)，同時(shí)建立配電網(wǎng)饋線的分級(jí)分層拓?fù)渌阉鳎阌谡{(diào)度人員在需要時(shí)對(duì)其進(jìn)行查詢。在配電網(wǎng)發(fā)生停電故障時(shí)，能將故障線路信息及其相關(guān)轉(zhuǎn)供線路在圖形上進(jìn)行及時(shí)且直觀的呈現(xiàn)，調(diào)度人員可參考聯(lián)絡(luò)圖所示的相關(guān)數(shù)據(jù)，以更好地為轉(zhuǎn)供方案的確定提供幫助。轉(zhuǎn)供方案的快速確定不僅確保了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，也極大地降低了停電對(duì)用戶的不良影響。