安全域的智能配電網(wǎng)安全運行模式分析

張　曄

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安全域的智能配電網(wǎng)安全運行模式分析

張曄

摘要：智能配電網(wǎng)是城市供電的基礎設施，對社會發(fā)展穩(wěn)定具有十分重要的作用。隨著城市建設不斷深入，智能配電網(wǎng)的承載負荷不斷增加、網(wǎng)絡運行布局更加復雜、網(wǎng)間的不確定因素增加，對智能配電網(wǎng)的安全運行提出了很大挑戰(zhàn)。本文對智能配電網(wǎng)中的安全域理論進行了簡單介紹，深入分析了智能配電網(wǎng)的安全防御體系以及安全域下的自愈控制功能，以期提升智能配電網(wǎng)的運行安全。

關鍵詞：安全域；智能配電網(wǎng)；安全運行

要確保智能配電網(wǎng)能夠進行安全運行，主要應該從兩個方面切入進行相關工作，即建立智能配電網(wǎng)的安全防御體系以及實現(xiàn)自愈控制功能。尤其是自愈控制功能，是確保智能配電網(wǎng)安全運行的有效手段，已經(jīng)成為業(yè)界的研究重點，其包括了自我修復和故障排除兩個方面的功能。

一、安全域理論簡要介紹

智能配電網(wǎng)的安全域理論一般簡稱為DSSR，能夠在安全域中確定運行點的位置，對運行信息進行詳細反映，從而大幅降低智能配電網(wǎng)安全評估的相關計算量，比傳統(tǒng)的逐點法更加方便快捷。在智能配電網(wǎng)中，安全域的定義是符合線路N-1和主變N-1的約束條件，并且能夠進行安全運行的工作點的集合。工作點是指智能配電網(wǎng)在某一時刻全部節(jié)點的負荷功率。安全域一般具有以下幾個特性：

第一，安全域的邊界是線性的，通過大量超平面組合而成，可以通過相關計算得出。

第二，安全域范圍內(nèi)是不存在空洞的，只要工作點處在安全域范圍內(nèi)，那么該工作點的運行狀態(tài)就是安全的；如果工作點落在安全域之外，那么該工作點的運行狀態(tài)就是不安全的。三是工作點在安全域范圍內(nèi)的位置可以代表該工作點的安全程度。工作點越靠近安全域中心，該點的運行狀態(tài)就越安全；工作點離安全域中心越遠，該點的運行狀態(tài)就越不安全。

另一方面，利用安全域的基本特性以及安全域模型，就可以對智能配電網(wǎng)的運行安全進行實時監(jiān)控，將預警和控制結(jié)合起來，在智能配電網(wǎng)處于不安全的情況下，通過改變工作點的位置，使智能配電網(wǎng)的運行回歸到安全范圍。安全域理論為智能配電網(wǎng)的運行安全提供了全新的模式，能夠有效提升配電網(wǎng)運行安全，加強配電網(wǎng)的輸配電能力。

二、安全防御體系的構建探究

(一)劃分智能配電網(wǎng)安全狀態(tài)

簡單來說，智能配電網(wǎng)的安全狀態(tài)可以劃分為五個不同的狀態(tài)。

第一，安全狀態(tài)。該狀態(tài)下配電網(wǎng)能夠滿足各項安全指標，并且符合N-1準則，即便是配電網(wǎng)某處出現(xiàn)單一性故障，非故障范圍不會失去負荷，仍然可以滿足安全指標。根據(jù)安全域理論來講，就是非故障范圍的工作點仍然處于安全域范圍內(nèi)。

第二，不安全狀態(tài)。該狀態(tài)下智能配電網(wǎng)能夠滿足當前的安全指標，但是無法符合N-1準則，也就是說配電網(wǎng)的工作點沒有落在安全域范圍內(nèi)。

第三，高效安全狀態(tài)。該狀態(tài)下配電網(wǎng)和符合分布達到了最優(yōu)狀態(tài)，工作點的安全程度很高。是安全狀態(tài)之上的高效狀態(tài)。

第四，緊急狀態(tài)。該狀態(tài)即指配電網(wǎng)出現(xiàn)了故障，電網(wǎng)處在異常工作狀態(tài)下，工作點落在了安全域范圍之外。

第五，恢復狀態(tài)。該狀態(tài)是指配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，通過緊急控制達到了一種過渡狀態(tài)，通過恢復供電措施就可以使電網(wǎng)恢復到正常狀態(tài)。

(二)進行安全控制

安全控制就是在正常運行狀態(tài)下進行運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，主要可以分為五個方面。

第一，預防控制。將智能配電網(wǎng)從不安全狀態(tài)調(diào)整到安全狀態(tài)，包括了線路切換、網(wǎng)絡重構等方式。

第二，預測控制。對未來某一時刻配電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行預測，如果結(jié)果顯示為不安全，那么就發(fā)出警報，以便在達到預測時刻時將配電網(wǎng)調(diào)整到安全狀態(tài)。

第三，優(yōu)化控制。在配電網(wǎng)本身處于安全狀態(tài)時，為了優(yōu)化電網(wǎng)的運行狀態(tài)，將其從安全運行狀態(tài)調(diào)整到高效安全狀態(tài)，常用方法有調(diào)整負荷分布、均衡設備負載等方式。

第四，緊急控制。當配電網(wǎng)處在緊急狀態(tài)下，通過切負荷、切機以及主動解列等手段使配電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為恢復狀態(tài)。

第五，恢復控制。當配電網(wǎng)是恢復狀態(tài)時，通過可靠的路徑進行供電，使配電網(wǎng)恢復到正常狀態(tài)。

三、安全域下智能配電網(wǎng)的自愈控制實現(xiàn)

(一)基本功能

根據(jù)智能配電網(wǎng)安全運行的需求，自愈控制應該具備以下功能：數(shù)據(jù)實時采集、數(shù)據(jù)分析計算、接線識別、狀態(tài)預估、可靠度分析、符合特征識別等傳統(tǒng)功能。在此基礎上，自愈控制還應該具備安全距離計算、供電能力分析、安全邊界可視化以及N-1仿真模擬校驗等高級功能。

安全距離計算是根據(jù)配電網(wǎng)的實時負荷，計算出工作點與安全域邊界之間的距離。安全距離既是描述配電網(wǎng)運行安全程度的重要指標，也是配電網(wǎng)進行下一步操作的重要依據(jù)。

供電能力分析一般是通過預先離線進行的，只要智能配電網(wǎng)的基本結(jié)構和相關參數(shù)不發(fā)生變化，在運行過程中就不需進行二次計算。

當工作點在落在安全域范圍之外時，主變或饋線N-1校驗就無法通過。但是安全域的邊界是超平面，無法對其進行直接觀察。安全便捷可視化就需要通過N-1檢驗無法通過的元件作為變量得出二維或三維的安全域可視化邊界。

N-1仿真模擬校驗是比較傳統(tǒng)的安全分析方法，需要對大量模擬故障進行仿真處理。

(二)智能配電網(wǎng)自愈控制功能實現(xiàn)

實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的自愈控制功能主要可以通過五個步驟實現(xiàn)。

第一，進行監(jiān)視和預警。通過對配電網(wǎng)進行實時監(jiān)視，以便及時發(fā)現(xiàn)問題作出預警。在不計N-1的情況下，對配電網(wǎng)運行參數(shù)是否越限進行判斷。在考慮N-1準則情況下，對是否滿足N-1安全進行判斷。

第二，進行預防控制。對安全距離變?yōu)樨撝档酿伨€和主變進行N-1仿真，得出越限信息；再對局部負值的饋線和主變進行可視化。綜合兩步結(jié)果制定合理的預防控制措施。

第三，進行預測控制。首先跟蹤工作點軌跡進行短期預測，預判工作點的發(fā)展趨勢；其次利用安全距離計算，得出配電網(wǎng)運行安全變化趨勢；最后對工作點在安全域內(nèi)的變化進行預測，提前制定軌跡修正方案。

第四，進行運行狀態(tài)優(yōu)化控制。根據(jù)配電網(wǎng)的實際運行情況進行運行狀態(tài)優(yōu)化控制，通過網(wǎng)絡重構獲取合理的工作點位置，在保證負荷值的前提下進行負荷分布調(diào)整等操作，優(yōu)化運行狀態(tài)。

第五，故障后控制。在配電網(wǎng)故障后，首先進行故障定位，然后隔離出故障區(qū)和非故障區(qū)，最后對故障區(qū)進行故障排除。

結(jié)束語

由于智能配電網(wǎng)在城市電力供應中具有十分重要的作用，因此需要在安全域的角度下進行安全運行控制，可以通過構建安全防御體系和自愈控制功能來提升配電網(wǎng)的運行安全。(作者單位：陜西省地方電力(集團)有限公司府谷縣供電分公司安全監(jiān)察部)

參考文獻:

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[3]賀琪博，蘇步蕓.基于安全域的智能配電網(wǎng)安全高效運行模式.電力系統(tǒng)自動化，2014