自愈技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用

朱立宇

（國網(wǎng)北京市電力公司昌平供電公司，北京 102299）

1 配網(wǎng)自愈原理分析

配網(wǎng)自愈的原理具有高度復(fù)雜性，以GOOSE 高速網(wǎng)絡(luò)通信為前提，由關(guān)鍵模塊綜合分析、判斷配電網(wǎng)單一終端，在最短的時(shí)間內(nèi)定位故障區(qū)域，并迅速啟動保護(hù)動作，實(shí)現(xiàn)故障隔離，避免故障區(qū)域?qū)ζ渌枪收蠀^(qū)域造成干擾[1]。對于配電網(wǎng)中的饋線電路，在運(yùn)行過程中參考聯(lián)絡(luò)終端的狀態(tài)，通過開環(huán)、閉環(huán)兩種狀態(tài)分別處理故障。

1.1 開環(huán)配電網(wǎng)故障定位

如開環(huán)狀態(tài)下有線路故障，故障電流起始點(diǎn)、終止點(diǎn)分別為變電站出口母線、故障點(diǎn)，故障狀態(tài)下故障電流流經(jīng)全部配電終端設(shè)備，在開關(guān)檢測階段，一旦故障電流超過整定值，立即向相鄰開關(guān)發(fā)送預(yù)警信號，使相鄰開關(guān)及時(shí)接收到相關(guān)故障信息，并綜合諸多信息分析故障所在位置，從而采取針對性的控制方式。一般來說，僅一個(gè)端點(diǎn)流過故障電流，屬于配電區(qū)故障，否則，屬于區(qū)外故障。

1.2 閉環(huán)配電網(wǎng)故障定位

如閉環(huán)狀態(tài)下線路出現(xiàn)故障，精準(zhǔn)判定故障的方法與開環(huán)狀態(tài)下的定位原理、方式完全相同，若發(fā)生故障，故障電流起始點(diǎn)在兩側(cè)電源處，并同步向故障點(diǎn)流出，通過收集故障電流的相關(guān)信息，即可鎖定故障位置[2]。

1.3 配電網(wǎng)故障隔離機(jī)制

1.3.1 需要進(jìn)行跳閘隔離

當(dāng)配電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)處于與本開關(guān)具有緊密聯(lián)系的配電區(qū)域；若故障在配電區(qū)以外，相鄰開關(guān)發(fā)出拒分信息。

1.3.2 不需進(jìn)行跳閘隔離

若位于配電區(qū)內(nèi)的全部關(guān)聯(lián)開關(guān)均正常運(yùn)行，并且故障所在區(qū)域的開關(guān)正常跳閘，可實(shí)現(xiàn)故障隔離。若系統(tǒng)為分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵為通信，特別需要保障GOOSE 光纖的合理利用，創(chuàng)造高效、穩(wěn)定且安全的通信環(huán)境，確保系統(tǒng)能在短時(shí)間內(nèi)采集到相應(yīng)的信息，從而以信息為基準(zhǔn)決定是否需啟動動作保護(hù)。

2 智能配電網(wǎng)中的自愈技術(shù)

2.1 配網(wǎng)自愈接線技術(shù)

2.1.1 電纜接線

（1）“2-1”單環(huán)網(wǎng)。該接線的原理、過程等與架空線路的單聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)接線高度一致，通過配備聯(lián)絡(luò)開關(guān)，促進(jìn)兩條變電站母線的可靠連接，使兩個(gè)變電站在投入使用后，相互間的轉(zhuǎn)供電更加便捷和高效，尤為重要的是，需保障導(dǎo)線線徑的合理性。該技術(shù)下環(huán)網(wǎng)點(diǎn)處于柱上聯(lián)絡(luò)開關(guān)、開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜等區(qū)域，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)為1 個(gè)或者2 個(gè)。在具體的操作中，此接線技術(shù)有其獨(dú)特的適用條件，如為具備特定接線條件或?qū)╇娍煽啃杂袊?yán)苛標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)配電網(wǎng)，相關(guān)人員需根據(jù)實(shí)際情況，合理應(yīng)用“2-1”單環(huán)網(wǎng)，以優(yōu)化故障自愈技術(shù)，建設(shè)更為高效的配網(wǎng)[3]。

（2）“3-1”單環(huán)網(wǎng)。在配電網(wǎng)中，“3-1”單環(huán)網(wǎng)相對常用，此技術(shù)結(jié)構(gòu)形式與“2-1”單環(huán)網(wǎng)原理高度一致，通過形成“3-1”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為3 個(gè)變電站母線之間的轉(zhuǎn)供電創(chuàng)造良好條件。如在配電網(wǎng)中采用該技術(shù)，相關(guān)人員需合理布置聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，各線路上都應(yīng)設(shè)置聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，需注意聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性，如有條件應(yīng)讓聯(lián)絡(luò)點(diǎn)均勻劃分線路負(fù)荷。在實(shí)際工作中，具備一定接線條件或負(fù)荷密度發(fā)展到一定水平的城鎮(zhèn)繁華核心區(qū)，一般可采用該技術(shù)。

（3）N 供1 備接線。N 供1 備接線技術(shù)的應(yīng)用，使得即使配電網(wǎng)單條線路出現(xiàn)了問題，也能在最短的時(shí)間內(nèi)快速轉(zhuǎn)移故障問題，確保其他線路不受干擾。具體的工作中配網(wǎng)為N 主1 備運(yùn)行模式，在線路末端布設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。若N 大于3，接線具有復(fù)雜性，雖在一定程度上可提高設(shè)備利用率，但在配網(wǎng)調(diào)度方面常常面臨諸多技術(shù)難題，再加上敷設(shè)的線路較多，配網(wǎng)建設(shè)成本顯著增多[4]。考慮到經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性，電力配網(wǎng)中2 供1 備或3 供1 備接線方式的應(yīng)用相對較多，兩種方式相比，前者可將每條回路的負(fù)載率保持在66.7%以下，后者的負(fù)載率不超過75%，二者都需避免將負(fù)荷接入唯一的1 條備用回路。

2.1.2 架空線接線

（1）多分段單聯(lián)絡(luò)。城鎮(zhèn)配電網(wǎng)建設(shè)中，架空多分段單聯(lián)絡(luò)接線方式的應(yīng)用較多，如相關(guān)人員能合理利用此方式，可構(gòu)建起“手拉手”環(huán)網(wǎng)，在聯(lián)絡(luò)開關(guān)的輔助下促進(jìn)多站中壓母線或單站多條中壓母線的連接。實(shí)際應(yīng)用中，開環(huán)環(huán)網(wǎng)接線方式有明顯的優(yōu)勢：配電網(wǎng)任意區(qū)段有短路接地問題時(shí)，可直接由分段開關(guān)來切除故障線路，避免故障問題影響其他地區(qū)的供電。多分段單聯(lián)絡(luò)接線方式的結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，成本低且維護(hù)容易，后續(xù)技術(shù)進(jìn)步的過程中如有自動化、智能化需求，可直接在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。從接線特點(diǎn)的角度分析，一般將線路劃分為2 段或者3 段，電力企業(yè)需嚴(yán)格控制每一段線路的配變?nèi)萘浚_保容量在10MVA 以內(nèi)。如要滿足故障應(yīng)急需求，線路需增加備用供電回路，此回路數(shù)量為總線路的1/2，以提高系統(tǒng)可靠性。

（2）多分段多聯(lián)絡(luò)。與單聯(lián)絡(luò)接線相比，多分段多聯(lián)絡(luò)接線的復(fù)雜性更高，主要為網(wǎng)格式環(huán)網(wǎng)。如在配電網(wǎng)中采用多分段多聯(lián)絡(luò)技術(shù)，可以與其他線路建立可靠關(guān)聯(lián)，為此，線路中應(yīng)增設(shè)分段開關(guān)，使相關(guān)的線路在出現(xiàn)故障時(shí)可相互作為備用，即使配網(wǎng)任意區(qū)段發(fā)生了短路接地現(xiàn)象，分段開關(guān)也能快速切斷故障，非故障區(qū)域內(nèi)配電無任何異常。多分段多聯(lián)絡(luò)技術(shù)同樣能將線路劃分為2 段或者3 段，每段線路聯(lián)絡(luò)點(diǎn)之間，即該接線方法的任意兩個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間，需至少增設(shè)1 個(gè)分段開關(guān)，此開關(guān)位置應(yīng)結(jié)合線路負(fù)荷情況而定，盡可能使該分段開關(guān)保障線路兩端負(fù)荷的均分；為達(dá)到故障應(yīng)急相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，線路應(yīng)設(shè)置對應(yīng)的備用供電回路，比例為33%。

2.2 智能微網(wǎng)技術(shù)

智能配電網(wǎng)自愈技術(shù)中，智能微網(wǎng)技術(shù)相對來說也很重要，在電力電子、分布式發(fā)電、新型發(fā)電等模式的相互配合下，能發(fā)揮智能配電網(wǎng)中自愈技術(shù)的優(yōu)勢。在具體的工作中，集成發(fā)電的各個(gè)單元，參考負(fù)荷具體情況，設(shè)計(jì)全新的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有獨(dú)立性，能為用戶提供所需的電能資源；經(jīng)過科學(xué)化管理與控制，微網(wǎng)能大大提高并網(wǎng)運(yùn)行效率，并在特定的操作下與主電網(wǎng)割離，使該子系統(tǒng)保持相對獨(dú)立性[5]。智能微網(wǎng)技術(shù)中的上述兩種模式，切換相對簡單，體現(xiàn)了自愈技術(shù)的高度穩(wěn)定性。智能微網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是保持微網(wǎng)的智能化運(yùn)行，在此過程中需整合電力、通信等技術(shù)，使自愈技術(shù)可借助專業(yè)化設(shè)備，完善功能、增強(qiáng)性能，當(dāng)微網(wǎng)具有更多功能時(shí)，自愈技術(shù)在配電網(wǎng)中的控制效率、精度都將大大提高。雖然智能微網(wǎng)技術(shù)在智能配電網(wǎng)中有顯著發(fā)展，但在具體的應(yīng)用中還存在一定的技術(shù)難題，在未來的工作中，相關(guān)人員需持續(xù)研究智能微網(wǎng)技術(shù)。

2.3 分析與決策技術(shù)

在智能配電網(wǎng)中應(yīng)用自愈技術(shù)來進(jìn)行相應(yīng)控制時(shí)，通過全面整合信息，識別其中的風(fēng)險(xiǎn)，為預(yù)防配電網(wǎng)故障起到了關(guān)鍵作用。在分析了各類風(fēng)險(xiǎn)信息后，有關(guān)人員應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大自愈技術(shù)的應(yīng)用范圍，動態(tài)分析可能存在的故障因素，做到故障問題的早發(fā)現(xiàn)、早處理，達(dá)到配電網(wǎng)安全和穩(wěn)定的目標(biāo)。無論是自愈技術(shù)協(xié)調(diào)還是風(fēng)險(xiǎn)因素識別與評估等過程都需要尋找全新的解決措施，引進(jìn)新技術(shù)。具體工作中相關(guān)人員需分析其中存在的影響因素，但此過程中可能存在一定的沖突與矛盾，為解決這些問題，應(yīng)合理引入自愈技術(shù)，使其起到協(xié)調(diào)作用，增強(qiáng)智能配電網(wǎng)的科學(xué)性，從而使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、功能與實(shí)際要求相符合，使配電網(wǎng)借助自愈技術(shù)，在運(yùn)行過程中可自動分析與決策，完成智能化調(diào)節(jié)，應(yīng)對其運(yùn)行中所面臨的諸多問題。

2.4 保護(hù)技術(shù)

當(dāng)前的智能配電網(wǎng)建設(shè)中，采用了很多新技術(shù)，在信息技術(shù)支持下能完成自動控制任務(wù)，全過程、全方位地監(jiān)管各種設(shè)備，這種動態(tài)監(jiān)控模式通過局域網(wǎng)保護(hù)了配電網(wǎng)，可發(fā)揮各種用電、供配電設(shè)備的功能優(yōu)勢，提升設(shè)備的綜合利用率。在穩(wěn)定且安全的通信網(wǎng)絡(luò)體系下，智能模塊可自動采集、整合全部的設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等信息，再通過大數(shù)據(jù)分析等方式從海量的數(shù)據(jù)中篩選出有價(jià)值的內(nèi)容，引導(dǎo)相關(guān)人員在發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)故障后，及時(shí)啟動保護(hù)機(jī)制，避免因故障處理不及時(shí)而引發(fā)更大的故障。具體工作中可參考大量信息，采取協(xié)調(diào)方式，協(xié)調(diào)不同層級的保護(hù)工作，并適當(dāng)采用智能化保護(hù)設(shè)備，即使后續(xù)配電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生了故障，智能化保護(hù)設(shè)備也能立即整合信息，反饋故障信息并發(fā)送預(yù)警，提醒相關(guān)人員快速處理問題。自愈技術(shù)應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，動態(tài)掌握保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行情況，以在線方式校對。在現(xiàn)階段的技術(shù)條件下，配電網(wǎng)的構(gòu)成具有復(fù)雜性，其中涉及了多種設(shè)備，這些設(shè)備的投資較高，后續(xù)的維護(hù)任務(wù)繁重。而通過引入保護(hù)技術(shù)，可保護(hù)全部設(shè)備，降低配電網(wǎng)中各設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2.5 配電自動化技術(shù)

在智能配電網(wǎng)中應(yīng)用自愈技術(shù)時(shí)，需與配電自動化技術(shù)相結(jié)合，利用配電自動化智能化分配、管理配電過程。配電自動化技術(shù)具有極高的綜合性，其體系龐大，可在配電過程中采集各類信息，并引入新技術(shù)控制、處理數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)開展一系列決策，優(yōu)化智能配電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成?？傊?，智能配電網(wǎng)應(yīng)用自愈技術(shù)時(shí)，需合理應(yīng)用配電自動化技術(shù)，具體應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）接入DER，集成配電網(wǎng)自帶的諸多功能，并形成新功能，在多樣化功能的支持下達(dá)到智能、精準(zhǔn)控制的目標(biāo)。如在控制柔性配電設(shè)備時(shí)，配電自動化技術(shù)與DER 可協(xié)調(diào)各設(shè)備，加強(qiáng)不同設(shè)備之間的配合。（2）自愈技術(shù)需實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過引入配電自動化技術(shù)，可提升有源配電網(wǎng)的監(jiān)控能力，使自動化模塊為整體自愈系統(tǒng)提供完整且準(zhǔn)確的故障數(shù)據(jù)，再經(jīng)由仿真分析軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，有關(guān)人員在接收到相應(yīng)的信息后，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采取措施，達(dá)到無縫自愈。（3）配電自動化能為分布智能控制提供技術(shù)支持，使配電網(wǎng)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性。（4）各類自動化系統(tǒng)中的集成方式具有無縫銜接性，為不同系統(tǒng)之間的信息傳輸與共享提供了便利，實(shí)際工作中，相關(guān)人員需利用自愈技術(shù)來促進(jìn)系統(tǒng)功能的整合。

3 結(jié)語

在我國電力事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的過程中，自愈技術(shù)受到了世界的一致關(guān)注，為發(fā)揮自愈技術(shù)的優(yōu)勢，相關(guān)人員應(yīng)基于配電網(wǎng)特征，強(qiáng)化智能配電網(wǎng)建設(shè)，并大力推廣自愈技術(shù)，建立更為完善的技術(shù)體系及路徑。