基于主站與就地協(xié)同度的配電主站自愈方法設(shè)計

佘伊倫，汪文達(dá)

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳518000)

0 引 言

自愈技術(shù)是一種電網(wǎng)修復(fù)方式，在實際運行過程中，能夠自動消除電網(wǎng)中存在的故障，保證配電網(wǎng)的正常運行[1-2]。從配電網(wǎng)自愈階段來看，自愈技術(shù)可對配電主站實現(xiàn)事前、事中以及事后三個階段的控制[3]。

文獻(xiàn)[4]在研究關(guān)聯(lián)子圖計算方法的基礎(chǔ)上，將配電網(wǎng)控制系統(tǒng)的故障辨識區(qū)域、故障動作區(qū)域的自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)化為不同類型關(guān)聯(lián)子圖，然后通過保護(hù)故障辨識完成自愈決策。文獻(xiàn)[5]應(yīng)用了自抗擾技術(shù)，簡化了配電設(shè)備的運行參數(shù)，構(gòu)建了一種混合整數(shù)線性的函數(shù)關(guān)系。但上述兩種自愈方法內(nèi)數(shù)值關(guān)系形成的計算量較大，實際抗干擾的能力較弱，導(dǎo)致實際自愈方法的自愈能力較差。

協(xié)同度是協(xié)同效應(yīng)中的衍生概念，可劃分為外部協(xié)同以及內(nèi)部協(xié)同，外部協(xié)同是在一個集群當(dāng)中相互協(xié)同共享資源的過程。內(nèi)部協(xié)同則是在不同環(huán)節(jié)或是不同階段共用資源而產(chǎn)生的整體效應(yīng)。為此，本文在主站與就地協(xié)同度指標(biāo)的控制下，設(shè)計了一種新的配電主站自愈方法。

1 自愈方法設(shè)計

1.1 劃分配電主站孤島

以配電網(wǎng)內(nèi)的電壓及頻率指標(biāo)作為組合處理對象，在設(shè)定容量約束后，綜合主站在整體配電網(wǎng)中的位置，形成一個約束數(shù)值關(guān)系，可表示為：

(1)

式中：L為約束數(shù)值關(guān)系；p(i)為主站電荷負(fù)荷數(shù)值；V為產(chǎn)生電壓參數(shù)的節(jié)點；C為電壓數(shù)值產(chǎn)生的優(yōu)先權(quán)重。在啟發(fā)處理過程中，以實際產(chǎn)生最大收益的電網(wǎng)節(jié)點作為孤島頂點[6]，計算孤島區(qū)域內(nèi)節(jié)點產(chǎn)生的負(fù)荷總量。

(2)

式中：Pt為負(fù)荷總量；p(j)為電負(fù)荷收益；T為節(jié)點周期；Z為電網(wǎng)頂點的臨域。在負(fù)荷總量數(shù)值控制下，劃定配電主站孤島比例：

圖1 電力孤島范圍

(3)

式中：w為比例參數(shù)；N(i)、N(j)為配網(wǎng)主站的臨域函數(shù)；B為優(yōu)先級參數(shù)。對應(yīng)計算得到的孤島比例數(shù)值，形成的孤島范圍如圖1所示。

圖1中：控制配電主站的電流與并網(wǎng)方向相反時，控制饋線50內(nèi)形成一個動作修改量[7]，在維持一個數(shù)值不變的幅值比數(shù)值后，計算配電主站與就地協(xié)同度。

1.2 計算配電主站與就地協(xié)同度

在計算配電主站與就地協(xié)同度時，轉(zhuǎn)換配電站的控制過程，形成一個變換矩陣：

(4)

式中：a、b為基波初相角；Xa、Xb為孤島范圍參數(shù)；γ為基波初相角a的轉(zhuǎn)換參數(shù)；i為基波初相角b的轉(zhuǎn)換參數(shù)。對應(yīng)上述變化矩陣中產(chǎn)生的電壓相角，計算式(4)中的基波初相角,可表示為：

(5)

式中：ig為電壓節(jié)點的動態(tài)變化參數(shù)；ug為電網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生的功率參數(shù)；u為靜差參數(shù)。對應(yīng)初相角的數(shù)值變化，計算電站在不同就地條件內(nèi)實際產(chǎn)生的靈敏度。數(shù)值關(guān)系可表示為：

(6)

式中：It為不同就地條件下電站內(nèi)實際產(chǎn)生的電流數(shù)值；kb為就地環(huán)境產(chǎn)生的制動量。此時配電主站與就地環(huán)境的協(xié)同度可用式(7)計算得到。

(7)

式中：β為制動角度；θ為饋線變換角度；Ka為分量相位差。在上述協(xié)同度數(shù)值的控制下，降維處理電網(wǎng)重構(gòu)過程[8]。

1.3 實現(xiàn)配電自愈

在計算得到的協(xié)同度數(shù)值下，構(gòu)建配電網(wǎng)重構(gòu)約束條件，任意選定一個指標(biāo)作為處理對象，采用多目標(biāo)函數(shù)定量處理為一個配電重構(gòu)過程，數(shù)值關(guān)系可表示為：

(8)

式中：ki為i個時間段配電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗；U1、U2為不同時刻產(chǎn)生的配電電壓；Qi為配電支路產(chǎn)生的功率需求。為了控制重構(gòu)過程產(chǎn)生的較大計算量，采用分段處理的方式，標(biāo)記形成的區(qū)段如圖2所示。

圖2 標(biāo)記形成的區(qū)段

標(biāo)記區(qū)段范圍內(nèi)對應(yīng)衍生出的區(qū)段范圍，采用時間重合變換的方式，計算控制區(qū)段內(nèi)實際產(chǎn)生的增損，如式(9)所示。

(9)

式中：ft為重合標(biāo)定函數(shù)；f(t)為區(qū)段切換函數(shù)；A為重構(gòu)優(yōu)化參數(shù)；XM為增損參數(shù)。以該數(shù)值作為自愈過程的評定參數(shù)，當(dāng)實際得到的增損數(shù)值恒小于該參數(shù)時，則表示配電主站完成了一次自愈。

2 仿真試驗

設(shè)計試驗驗證上述自愈方法的有效性。

表1 準(zhǔn)備的配電站數(shù)據(jù)集

劃定10個配電站主站的區(qū)域，在配電區(qū)域內(nèi)設(shè)定索引組后，定義區(qū)域負(fù)荷的性質(zhì)為普通負(fù)荷，形成的配電站數(shù)據(jù)集如表1所示。

選定額定電壓為110 kV的高壓電纜，在聯(lián)絡(luò)線路設(shè)置后，連接一個數(shù)值為16 Ω的過渡電阻，形成的試驗線路如圖3所示。

準(zhǔn)備文獻(xiàn)[4]方法、文獻(xiàn)[5]方法與本文方法進(jìn)行試驗，對比三種自愈方法的性能。

圖3 準(zhǔn)備的試驗線路方案

當(dāng)配電站中過渡電阻的電流數(shù)值為最小時，表示該故障實現(xiàn)了隔離。不斷測量試驗電路中的電壓，對應(yīng)電路中的電阻數(shù)值，統(tǒng)計最小電流所使用的時間。三種自愈方法的故障隔離時間結(jié)果如表2所示。

表2 三種自愈方法的故障隔離時間結(jié)果 單位：ms

分析表2可知:文獻(xiàn)[4]方法所需的隔離時間為57 ms左右;文獻(xiàn)[5]方法所需的隔離時間為40 ms左右;而本文方法所需的隔離時間為12 ms左右。與兩種傳統(tǒng)自愈方法相比，本文設(shè)計的自愈方法故障隔離所需的時間最短。

在上述試驗環(huán)境下，對應(yīng)試驗數(shù)據(jù)集中的索引標(biāo)記，不斷迭代索引標(biāo)記中重構(gòu)配電網(wǎng)算法，固定配電網(wǎng)中動作開關(guān)為10次。對應(yīng)自愈方法下配電網(wǎng)中的損耗數(shù)值關(guān)系可表示為：

(10)

式中：S為損耗數(shù)值；κ為迭代參數(shù)；b為配電電站區(qū)域負(fù)荷；C為迭代次數(shù)；R為開關(guān)次數(shù)。在上述損耗數(shù)值關(guān)系控制下，三種自愈方法產(chǎn)生的損耗結(jié)果如表3所示。

表3 三種自愈方法產(chǎn)生的損耗結(jié)果 單位:kW

根據(jù)表3所示的試驗結(jié)果可知：文獻(xiàn)[4]方法在線路中產(chǎn)生的損耗為65 kW左右；文獻(xiàn)[5]方法實際產(chǎn)生的損耗為37 kW左右;而本文設(shè)計的自愈方法產(chǎn)生的損耗為12 kW左右。與兩種傳統(tǒng)自愈方法相比，本文設(shè)計的自愈方法產(chǎn)生的損耗更少。

保持上述試驗環(huán)境不變，控制圖3所示的電路中產(chǎn)生三相短路，假設(shè)T2時間段出現(xiàn)故障，定義當(dāng)電流重新出現(xiàn)波動時則表示配電站故障自愈。三種自愈方法的自愈結(jié)果如圖4所示。

圖4 三種自愈方法的自愈結(jié)果

根據(jù)圖4所示的試驗結(jié)果可知：三種方法產(chǎn)生的電流波動幅值數(shù)值相等，但文獻(xiàn)[4]方法在設(shè)定的故障時間范圍內(nèi)電流波動區(qū)間最大；文獻(xiàn)[5]方法在設(shè)定的故障時間內(nèi)實際電流波動的區(qū)間較小;而本文方法電流波動的區(qū)間最小，使得主站的自愈能力更強，證明本文方法更適合在配電主站自愈過程中運用。

3 結(jié)束語

作為智能化控制配電主站的一種，有效設(shè)計科學(xué)化的自愈方法成為了當(dāng)下的研究熱點。本文以配電主站與就地協(xié)同度作為約束，設(shè)計了一種配電主站自愈方法，其能夠改善傳統(tǒng)自愈方法自愈持續(xù)時間較長的問題，并為今后研究配電主站自愈方法提供了理論支持。