基于多源多路徑配電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行技術(shù)關(guān)鍵策略的研究

國(guó)網(wǎng)天津薊州供電分公司 孫 斌 李雪川 邱曉娟 王莎莎

近年來(lái)國(guó)家提出碳達(dá)峰、碳中和的雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)，新能源設(shè)備通過(guò)配電網(wǎng)線路接入大電網(wǎng)逐漸增加，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度也從經(jīng)驗(yàn)型調(diào)度向分析型調(diào)度轉(zhuǎn)變。隨著“煤改電”工程的實(shí)施，薊州地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)模翻番，線路結(jié)構(gòu)趨于完善，同時(shí)薊州地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，為了保證用戶的用電需求，各線路之間配置了聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，在線路合環(huán)操作時(shí)，既要保證兩條線路的相序一致，同時(shí)也要保證合環(huán)操作后線路可靠供電以及線路定值仍適用。

目前，關(guān)于配電網(wǎng)檢修、故障的合環(huán)操作以及合環(huán)后的末端電壓質(zhì)量、線路繼電保護(hù)定值的調(diào)整等問(wèn)題研究較少，現(xiàn)有的模式還未達(dá)到精準(zhǔn)分析且各個(gè)環(huán)節(jié)未形成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本文對(duì)薊州地區(qū)10kV配電網(wǎng)進(jìn)行了深入研究，基于Microsoft Excel軟件作為程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)VBA編程及算法設(shè)計(jì)，搭建了10kV配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)字模型、實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)檢修故障等情況下合環(huán)操作時(shí)標(biāo)準(zhǔn)操作令步驟的生成；此外，本文通過(guò)對(duì)二維碼生成和解析過(guò)程的研究，利用二維碼可以攜帶數(shù)據(jù)、成本低可隨載體移動(dòng)的特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)網(wǎng)至外網(wǎng)間單向物理隔離傳輸，極大保證內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

1 配電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行技術(shù)策略分析

1.1 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)字模型

電能經(jīng)過(guò)發(fā)電、輸電、變電后，最終通過(guò)配電網(wǎng)線路輸送給用戶，配電網(wǎng)線路在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著電力生產(chǎn)終端用戶的管理調(diào)度和運(yùn)行服務(wù)等職能，具有至關(guān)重要的作用。

配電網(wǎng)線路的類型包括架空線路、電纜線路及混合線路，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩硇畔?，選擇最優(yōu)的線路類型。配電網(wǎng)線路建設(shè)要求安全、可靠，能夠保持供電連續(xù)性，同時(shí)應(yīng)盡可能減少線路損失，提高輸電效率，保證電能質(zhì)量良好。薊州地區(qū)電網(wǎng)多為混合線路，架空線路部分受外界環(huán)境影響較大，遭遇雷雨等惡劣天氣時(shí)，存在線路故障原因查找困難、故障需長(zhǎng)時(shí)間處理等問(wèn)題，從而不能及時(shí)恢復(fù)用戶的用電，因此，薊州電網(wǎng)大力發(fā)展多源多路徑配電網(wǎng)線路，從而保證線路在故障或檢修期間，最大可能的減少停電的用戶，保證用戶的用電需求，創(chuàng)造更加友的營(yíng)商環(huán)境。

本文以變電站為單位，對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)的多源多路徑配電網(wǎng)線路的主要數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，包括配電網(wǎng)線路所屬變電站、所屬母線、所屬供服中心、聯(lián)絡(luò)線信息、聯(lián)絡(luò)模式、各聯(lián)絡(luò)位置的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和刀閘位置、線路保護(hù)定值的參數(shù)等數(shù)據(jù)；然后，根據(jù)多源多路徑配電網(wǎng)線路各聯(lián)絡(luò)位置的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、刀閘連接方式及分合狀態(tài)生成對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼，并在Microsoft Excel軟件平臺(tái)建立“一站一表”配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)字模型。

1.2 VBA編程及算法設(shè)計(jì)

1.2.1 線路結(jié)構(gòu)分析

本地區(qū)10kV配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接線方式也較多，具體分為電纜線路、架空線路及混合（電纜、架空線）線路：架空線路結(jié)構(gòu)的接線方式一般采用環(huán)網(wǎng)接線開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式和單放射方式。環(huán)網(wǎng)接線采用開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式，線路多分段、適度聯(lián)絡(luò)，分段與聯(lián)絡(luò)數(shù)量根據(jù)用戶數(shù)量、負(fù)荷性質(zhì)、線路長(zhǎng)度和環(huán)境等因素確定；電纜線路結(jié)構(gòu)根據(jù)用戶負(fù)荷性質(zhì)、容量、路徑等情況，電纜線路結(jié)構(gòu)的接線方式一般分為單環(huán)接線和雙環(huán)接線方式等[1]；混合線路結(jié)構(gòu)的接線方式根據(jù)本地區(qū)地理環(huán)境、負(fù)荷特性，采用一般采用環(huán)網(wǎng)接線開(kāi)環(huán)運(yùn)行方和雙環(huán)接線方式等。通過(guò)對(duì)10kV配電線路聯(lián)絡(luò)情況的分析，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)主要有架空線路柱上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、刀閘及電纜線路的環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉站等單一聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)等，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)連接類型包括聯(lián)絡(luò)點(diǎn)為刀閘-開(kāi)關(guān)-刀閘、刀閘-開(kāi)關(guān)、單一聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的連接方式。

1.2.2 數(shù)字模型的建立

根據(jù)線路的連接類型建立統(tǒng)一的線路聯(lián)絡(luò)關(guān)系數(shù)字模型，包括變電站、10kV線路名稱、聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)/刀閘名稱、聯(lián)絡(luò)線名稱、識(shí)別碼、所屬母線、所屬供電服務(wù)中心。其中“10kV線路名稱”為該“變電站”“所屬母線”的出線名稱，“聯(lián)絡(luò)線名稱”為對(duì)應(yīng)聯(lián)絡(luò)線名稱，“聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)/刀閘名稱”以聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、刀閘的連接順序進(jìn)行排列?！白R(shí)別碼”是對(duì)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)設(shè)備的聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)及設(shè)備運(yùn)行方式的標(biāo)識(shí)，識(shí)別碼共8位，1～2位為標(biāo)識(shí)符；3～5位為聯(lián)絡(luò)點(diǎn)連接方式，其中“111”表示刀閘-開(kāi)關(guān)-刀閘的連接類型，“101”表示單一開(kāi)關(guān)的連接類型，“110”或“011”表示刀閘-開(kāi)關(guān)或開(kāi)關(guān)-刀閘的連接類型；6～8位標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)3～5位的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、刀閘的運(yùn)行位置，即“1”對(duì)應(yīng)“合入”位置，“0”對(duì)應(yīng)“拉開(kāi)”位置。以“0x111000”為例，該聯(lián)絡(luò)點(diǎn)以“刀閘-開(kāi)關(guān)-刀閘”方式連接，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、刀閘均在拉開(kāi)位置。

根據(jù)線路聯(lián)絡(luò)關(guān)系數(shù)字模型形成“一站一表”的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立變電站數(shù)字模型，基于Microsoft Excel軟件作為程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)VBA編程設(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)線路在檢修、故障等情況下合環(huán)操作的標(biāo)準(zhǔn)操作令步驟的文本生成。本文采用的算法流程如圖1。

圖1 程序流程圖

首先選擇某變電站的某條多源多路徑配電網(wǎng)線路，若需要進(jìn)行線路運(yùn)行方式調(diào)整策略，則根據(jù)保護(hù)靈敏度校驗(yàn)、電壓降計(jì)算判定是否滿足合環(huán)運(yùn)行條件，進(jìn)而生成運(yùn)行方式調(diào)整的操作步驟；若需要進(jìn)行母線運(yùn)行方式調(diào)整策略，則通過(guò)判定該線路與聯(lián)絡(luò)線是否為同一變電站、同一母線進(jìn)而生成運(yùn)行方式調(diào)整的操作步驟。多源多路徑配電網(wǎng)線路具有多個(gè)聯(lián)絡(luò)關(guān)系，存在線路合環(huán)后過(guò)載、保護(hù)定值不滿足需求的問(wèn)題，本文提出的算法通過(guò)計(jì)算分析合環(huán)操作完成后，配電網(wǎng)線路的保護(hù)定值、線路最大負(fù)荷，分析線路過(guò)流定值躲聯(lián)絡(luò)線路負(fù)荷的能力，對(duì)不滿足的線路提出建議，重新核算定值或提示負(fù)荷過(guò)高不滿足帶路要求。

在配電網(wǎng)線路檢修、故障等情況下，通過(guò)本算法在操作令生成界面生成滿足線路停電范圍、合環(huán)后線路保護(hù)定值要求的標(biāo)準(zhǔn)操作令，由調(diào)度員選擇最優(yōu)的合環(huán)方案，從而快速準(zhǔn)確地完成合環(huán)操作令的編制。

1.3 物理隔離傳輸

由于二維碼其具有信息容量大、編碼范圍廣、容錯(cuò)能力強(qiáng)、譯碼可靠性高等特點(diǎn)，本文利用二維碼實(shí)現(xiàn)文本信息的內(nèi)網(wǎng)至外網(wǎng)的物理隔離傳輸。二維碼的種類很多，可分為堆疊式/行排式二維條碼和矩陣式二維條碼：堆疊式/行排式二維條碼又稱堆積式二維條碼或?qū)优攀蕉S條碼，在編碼設(shè)計(jì)、校驗(yàn)原理、識(shí)讀方式等方面繼承了一維條碼的一些特點(diǎn)，識(shí)讀設(shè)備與條碼印刷與一維條碼技術(shù)兼容。有代表性的行排式二維條碼有Code 16K、Code 49、PDF417、MicroPDF417等；矩陣式二維條碼是在一個(gè)矩形空間通過(guò)黑、白像素在矩陣中的不同分布進(jìn)行編碼。在矩陣相應(yīng)元素位置上，用黑、白像素表示二進(jìn)制的1和0。具有代表性的矩陣式二維條碼有Code One、MaxiCode、QR Code、Data Matrix、Han Xin Code、Grid Matrix等[2]。

本文采用了矩陣式二維條碼中的QR (Quick-Response)Code碼（快速響應(yīng)矩陣碼）作為傳輸數(shù)據(jù)的載體，與堆疊式/行排式二維條碼相比具有數(shù)據(jù)量大、超高速識(shí)讀、全方位識(shí)讀、應(yīng)用方便、糾錯(cuò)能力強(qiáng)和能夠有效地表示漢字等優(yōu)點(diǎn)。Excel VBA實(shí)現(xiàn)生成QR Code二維碼主要有兩種方式：一是引用QRmaker.ocx控件實(shí)現(xiàn)；二是通過(guò)VBA代碼實(shí)現(xiàn)。通過(guò)QRmaker.ocx控件實(shí)現(xiàn)的方案在使用上存在兩個(gè)弊端：在未安裝該控件的計(jì)算機(jī)上無(wú)法應(yīng)用該功能；該控件不適配64位office。通過(guò)使用純VBA代碼代替QRmaker.ocx控件生成二維碼的功能就能完美解決以上兩個(gè)問(wèn)題。

首先，對(duì)輸入的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定編碼的字符類型；然后按相應(yīng)的字符集轉(zhuǎn)化成符號(hào)字符，選擇糾錯(cuò)等級(jí)，再將數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為位流，每8位一個(gè)碼字，整體構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)的碼字序列，生成數(shù)據(jù)編碼即二維碼的數(shù)據(jù)內(nèi)容；將碼字序列分塊，將糾錯(cuò)碼字加入到數(shù)據(jù)碼字序列后面，成為一個(gè)新的序列，最后將新的序列轉(zhuǎn)譯成具有物理隔離作用的二維碼圖片進(jìn)行物理隔離傳輸。通過(guò)生成的二維碼圖片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)網(wǎng)至外網(wǎng)間單向物理隔離傳輸，信息傳遞后無(wú)任何形式的返回值，極大保障內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

綜上，本文提出的基于Microsoft Excel軟件平臺(tái)VBA編程設(shè)計(jì)的算法方案實(shí)現(xiàn)的合環(huán)操作標(biāo)準(zhǔn)操作令步驟的生成方案具有體量小、數(shù)據(jù)易維護(hù)、推廣零經(jīng)濟(jì)成本等特點(diǎn)。此外，生成的文本信息數(shù)據(jù)通過(guò)二維碼由內(nèi)網(wǎng)至外網(wǎng)間單向物理隔離傳輸功能的使用，有效地提高了操作票編輯效率和準(zhǔn)確率。在此基礎(chǔ)上，本方案未來(lái)將通過(guò)對(duì)線路保護(hù)定值、線路參數(shù)（導(dǎo)線、電纜型號(hào)及長(zhǎng)度等）更詳細(xì)的分析，計(jì)算線路保護(hù)定值對(duì)最遠(yuǎn)支路末端靈敏度校驗(yàn)情況；分析線路聯(lián)絡(luò)關(guān)系、線路參數(shù)等信息，計(jì)算壓降，自動(dòng)判別是否存在低電壓?jiǎn)栴}，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)線路操作效率和準(zhǔn)確性，為用戶提供更加安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的電能。