智能配電網技術探討

摘 要:近年來，隨著國民經濟飛速發展，工業化進程不斷推進，城鄉用電負荷量的與日俱增，用戶對供電質量要求越來越高，作為電力系統的重要組成部分，配電網技術的研究顯得尤其迫切。本文通過對當前配電網重構進行探討，引入智能配電網技術，提出配電網智能化系統結構，實現智能化控制，并通過配電網智能監測終端設計，進一步對智能配電網進行技術性探討，以期為智能電網發展提供參考。

關鍵詞:配電網 智能化 控制技術 監測終端

中圖分類號:TM76文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0095-02

作為電網的重要環節，配電網擔負著電力系統與用戶聯系、向用戶供應電能和分配電能的重要功能，是電力系統中二次降壓變電站低壓側直接或降壓后向用戶供電的網絡，在電力系統及電力系統自動化管理中占有非常重要的地位。但隨著社會經濟發展和人民生活水平的提高，傳統配電網規劃模型已滿足不了配電網要求的可靠性、投資回報、環保、美觀、占地、線路走廊等多種屬性。作為電力系統電能發、變、送、配中最后一個直接面向用戶的環節，配電網的規劃出現的復雜化、不確定屬性增加和決策主體多元化等新情況，這使得配電網建設的力度迫切需要加大，合理進行配電網規劃，發揮配電網建設最大的綜合投資效益，逐步改造成結構合理、可靠性高、自動化程度高、電壓質量好、可遠程監控的智能配電網。

1 配電網重構與智能化系統組成

配電網重構又稱網絡組態，一般有配電網的故障智能定位、故障自動隔離、故障恢復重構三部分所組成。配電網的故障智能定位是指在電網發生故障后，控制中心通過采集、通信和控制單元收集的數據，利用網絡信息和故障信息，結合配電網實際運行來判別故障發生的位置，并在拓撲圖上反映。在確定故障的位置后，再自動查找開關，利用通訊線路遙控斷開這些開關，實現網絡隔離，為恢復重構打下基礎。

1.1 配電網重構策略

配電網重構目標是在允許的操作條件和電氣約束下，通過網絡重構盡可能多地將停電區域的負荷轉供到正常的饋線上。其主要任務是幫助調度員對恢復供電過程進行決策。在實際工作中，配網調度員為了快速恢復供電，考慮到人力資源和開關操作都有限的情況下，在操作開關時，應當盡量減少操作次數，可以采用以下策略:恢復過程不能有設備過載、出現環網等情況發生;保證恢復策略的實時性，并且盡可能多地恢復停電的負荷;恢復網絡的結構變動和開關的操作次數應盡量減少;要著力解決配電網絡中的拓撲約束和快速恢復使原先受故障影響的非故障失電區域負荷供電這兩方面的問題。

由于配電網絡以呈輻射狀運行為主，其重構問題是一個大規模、混合整數、非線性組合優化問題，而且開關數量巨大，容易發生組合爆炸事故。因此，在故障恢復重構問題上還可以應用某種優化算法，進行目標尋優，這樣可以讓故障恢復重構問題在最短時間內得到最優解;也可以根據拓撲關系，針對環路生成的可操作開關集，讓任一個開關都具體開斷對應的環路的功能，保證輻射型約束，使得所選用的算法只有在可行解范圍內搜索;另外，為了對故障區下游的非故障斷電區恢復供電，將原所有開關全部合上，保證失電負荷恢復供電，也是一種較好的策略。

1.2 確立配電網重構目標的方法

針對配電網故障恢復重構不同的要求，確定的目標也不同，最常用的方法是歸納法。把目前不同恢復策略的目標歸納為最小化系統網損、最小化開關操作數量、最小化停電區域、平衡負荷、最大可能恢復供電等。

1.2.1 最小化系統網損

如下式所示:

其中，M為支路數;和表示支路的j末端通過的有功功率和無功功率;表示j末端的節點電壓;表示支路j的電阻;表示支路j的狀態變量，1代表閉合，0代表打開。

1.2.2 最小化開關操作數量

如下式所示:

min

其中，表示開關狀態的情況下開關操作次數;表示開關最初始狀態。

1.2.3 最小化停電區域

如下式所示:

min

其中，表示在開關狀態的情況下非故障區域的停電區段數量;表示開關狀態向量，;Ns表示研究系統中開關總數;Si表示開關i的狀態(1與0分別代表合和開)。

1.2.4 平衡負荷

如下式所示:

min

其中，N為設備總數量;為設備的實際負荷;為設備最大允許的負荷。

1.2.5 最大可能恢復供電

如下式所示:

min

其中，表示支路負荷;表示支路最大允許負荷;表示支路長度;M表示支路總數。

目前廣州地區多數配電網絡重構是以配電負荷均衡化為目標的網絡重構和以網損最小為目標的重構網絡，配電饋線一般采用三分段的結構，實現大量負荷成組轉移。

1.3 配電網智能化系統組成結構

配電網智能化系統是利用現代通信技術和計算機技術，對電網運行設備進行遠程監測和控制，實現電力系統高度自動化。配電網智能化系統通常是由配電主站—子站—終端三層結構組成，如圖1所示:

由圖1看出，配電主站通過各子站獲取信息，對整個電網進行全面、實時的分析和監控，實現診斷、故障隔離與故障區的供電恢復，使個配電系統實現智能化管理。對于廣州這樣配電網信息分散復雜的大城市，設置子站更好解決主站系統通信端口數目太多以及主站系統負荷壓力大的問題。

1.4 配電網智能化系統控制技術

配電網智能化系統控制技術是一種對電網中分析、診斷和預測狀態，并能采取適當的措施對故障進行消除、減輕，實現電力系統安全穩定控制的技術。它對整個電網的有功和無功進行有效管理，實現輸電、配電和用戶側的智能控制。配電網智能化系統控制技術既服務于參數量測技術、集成通信技術、先進設備技術和先進決策技術等四個領域，又依靠這四個關鍵技術，從而實現監測基本的元件，提供及時和適當的響應，對任何事件進行快速的診斷，實現高水平，智能化的電力系統管理。同時，智能配電網還引進預設的專家系統，在專家系統允許的范圍內，采取智能控制行動。

2 配電網智能監測終端設計

2.1 設計目標

根據配變監測終端在電力系統運行中的任務與作用，設計出一個配電網智能監測終端，以實現實時高精度、高準確性地采集配電變壓器運行的模擬量和狀態量;在最短時間內將最新的測量結果上報主站;可以自動檢測故障，如發現異常，立即向中心站報警;監測設備可以自動恢復故障;滿足電磁兼容性要求;確保終端工作安全可靠性。

2.2 設計參數

擬設計終端工作與計量條件;擬設計終端工作電源;擬設計功能參數。

2.3 功能設計

根據設計目標，本設計主要智能配變監測系統的七大功能:

第一，實時數據監測功能。該功能可以定時記錄三相交流電的測量數據，如三相電壓/電流、有功/無功功率、視在功率、25次以內諧波電流、15次以內諧波電壓、三相功率因數、線頻率，溫度等等，統計后，得出最大值、最小值，計算平均并向主站發送。

第二，數據報表及存儲功能。該功能可以把月統計數據或者日統計數據保存起來，通常月統計可以保留12個月的數據，日統計保存40天的數據。

第三，開關狀態監測與控制功能。設計配電網智能監測終端，就要對3路開關狀態量進行采集。一旦發現開關狀態有變化時，馬上記錄發生時間和當前狀態，并通過繼電器對開關進行控制，要求可以讀到外部脈沖電能表的變化數據。

第四，數據通信和傳輸功能。這設該功能是通過利用GPRS無線模塊，本機調試、控制和讀取外部智能電表的數據，定時上傳各種測量和統計數據，實現近程有線通訊，使得遠方參數設置功能和對時功能可以投到實際使用中去。

第五，故障檢測及報警功能。這個功能要求系統對變壓器輸出掉相、掉電、失壓，電流、電壓越限進行自動檢測，發現異常，立即收集故障信息，上報主站。

第六，設備診斷及自恢復功能。系統對于一些小故障，可以自我診斷、自動恢復。

第七，本地設置與數據顯示功能。該功能將將時間、精度修正等一些參數的設置可以通過本地設置完成，并顯示出測量參數、控制狀態和檢測狀態，有利于現象巡檢及時發現異常工況。

3 結語

智能配電網技術是智能電網重要組成部分，是電力系統新技術，對人婁能源、氣候、經濟、可持續發展等一系列問題有著深遠的意義，代表著未來的電網發展方向。本文通過探討配電網重構策略、方法的基礎上，提出智能配電網系統控制技術，并以配電網智能監測終端初步提出設計方案。但限于篇幅，本文尚未對配電網智能監測終端設計技術進行深入的探討。若能建立一套適合實際配電網技術發展的綜合評判的指標體系，大力推廣智能配電網技術，這對我國智能電網的發展和完善將起到極大的促進作用。

參考文獻

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