基于分區分層模式的集中式饋線自動化方案研究

王偉，李萌

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210000； 2.陜西省地方電力有限公司寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000)

基于分區分層模式的集中式饋線自動化方案研究

王偉1，李萌2

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210000； 2.陜西省地方電力有限公司寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000)

為了更好地完成配電網故障處理，對傳統饋線自動化系統的程序流程進行了分析，指出其面向過程的處理方法在處理復雜配電網故障時的不足。采用將監控范圍分區和邏輯架構分層的故障處理方法，達到故障處理程序靈活配置并增強系統應對并發故障等極端情況的目的。

饋線自動化；并發故障；故障定位；故障隔離；故障恢復

0 引言

饋線自動化FA(Feeder Automation)系統是配電網自動化的重要組成部分，對于提高供電的可靠性和縮短非故障區的停電時間具有重要意義。FA系統分為分布式和集中型2種，集中型FA系統將采集到的數據傳輸到主站，由主站進行故障定位、隔離和恢復供電。

關于集中式FA系統的研究已經取得一定成果，多篇文獻從不同角度進行了評述。文獻[1]總結了多種傳統的故障定位方法，提出基于Multi-agent的智能饋線自動化自愈控制方法；文獻[2]提出1種負荷開關與斷路器組合的饋線，并給出了模式化故障處理的建議步驟；文獻[3]考慮由變電站與主控站2級控制來實現FA功能；文獻[4]提出了配電網大面積斷電的供電恢復以及如何生成開關操作順序。

本文借鑒了文獻[3]中將故障區域分為2部分的方法，提出1種“監控范圍分區，邏輯架構分層和恢復策略分步”的集中式饋線自動化系統實現方案，并設計了算例，驗證了該方案的有效性。

1 分區分層模式介紹

分區分層模式的主要思路是對FA系統進行監控范圍的橫向分區和邏輯架構的縱向分層，使得系統在處理監控范圍大、網絡結構復雜的系統故障時具有更好的靈活性和可靠性。

1.1監控范圍分區

傳統的主站FA程序算法啟動后，根據故障信息進行故障定位和故障隔離，然后在整個監控范圍內尋找與待恢復區域存在電氣連接關系的線路，進而給出故障恢復方案。隨著配電網監控范圍越來越大，網絡改造、擴容和日常維護逐漸增多，區域內很有可能在同一時間點發生多處故障。由于傳統FA程序的一次故障處理范圍是整個監控區域，如果在較短時間內發生多點并發故障，程序將以一定的時間間隔進行故障分批處理，在一批故障尚未處理結束時，不可以處理下一批故障。這種處理邏輯增加了后續故障恢復方案的完成時間，進而導致負荷恢復供電的時間變長。

基于上述考慮，本文將整個監控范圍進行分區，劃分的原則可以根據不同的現場使用習慣確定，如按電源點分區和按行政管理范圍分區等。其中，按電源點分區是指根據供電端點不同進行分區，按行政管理范圍可以市、縣、區為單位進行分區。通過對監控范圍進行分區，各個分區可以獨立進行故障處理，增強了系統處理并發故障的能力；不同的分區可以設置獨立的故障處理邏輯，增強了主站FA系統處理故障的靈活性。

1.2邏輯架構分層

傳統的FA程序依次完成故障定位、故障隔離，再遍歷故障區域的備用供電線路，給出故障恢復方案。這種處理邏輯結構簡單、步驟清晰，適用于監控范圍內一次接線簡單、饋線數量少的主站系統。隨著配電網升級改造，網絡結構逐漸復雜，FA系統需要處理的內容越來越多，傳統FA系統面向過程處理邏輯的優勢不再明顯。針對這一特點，本文將FA系統的邏輯架構進行了分層，包括：饋線層、 分區層和中心層。

饋線層位于分區層下一級，處理對象為各條饋線，負責完成饋線層故障定位、饋線層故障隔離和給出故障點上游區域故障點和電源點之間的區域供電恢復策略。可以同時啟動多個饋線層程序，快速完成故障定位和隔離。如果故障點沒有備用電源(通過閉合聯絡開關，可以給該點供電的電源)，則故障隔離成功后直接給出故障處理結果。如果饋線層無法完成故障處理，則上報分區層。

分區層的處理對象為整個監控范圍內的全部分區，負責完成分區內故障饋線定位、隔離和饋線層故障隔離成功后的故障點下游區域故障點后的失電區域供電恢復。如果相對獨立的分區發生并發故障，則可以同時啟動多個分區層程序，進行故障處理。若分區層無法完成故障處理，則上報給中心層。

中心層(Center)位于分區層上一級，負責保存全網設備連接關系，更新遙測、遙信、掛牌等信息，維護全網動態拓撲結構；發生故障時，確定故障所在分區，觸發對應分區的故障處理程序；當分區層無法完成故障處理時，協調相關區域，完成分區間的故障處理。

1.3恢復方案

傳統FA系統的供電恢復方案在故障定位、隔離和恢復程序處理結束之后統一給出。本文參照文獻[3]中所提到方法，將故障恢復方案分為2步給出，即：故障點上游區域供電恢復和故障點下游區域供電恢復。

故障點上游區域的供電恢復方案是唯一的，只需要完成故障定位與故障隔離之后，合上饋線出口斷路器即可。故障點下游區域的恢復供電比較復雜，有時需要考慮負荷拆分和饋線容量裕度等問題。

2 算法流程

分區分層模式程序各分層之間功能明確、相對獨立，當其中某層無法完成相應功能時，其他層仍可以完成本層的故障處理工作，增強了系統應對極端情況的可靠性，算法流程如圖1所示。

3 算例分析

3.1算法應用介紹

實際配電網系統的連接方式比較復雜，受篇幅所限，本文構建了1個虛擬的配電網模型，用以分析分區分層模式的FA系統，算例分析如圖2 所示。在圖2系統中，包括A，B，C，D，E 5個區域，分區間由聯絡開關連接，分區外圍虛線用于界定范圍，無實際意義。圖2中未對分區內接線方式進行詳細描述，僅簡要標明主要元件，其中圓形代表負荷開關，長方形代表斷路器，空心為分位，實心黑色為合位。

圖1 算法流程

圖2 算例分析

監控范圍分區方法比較靈活，有的分區可能和其他分區獨立，沒有電氣連接(圖2中的B區)；而區域之間有連接的情況可以分為2種，即聯絡開關分位(A區和C區之間，D區和E區之間)和聯絡開關合位(C區和D區之間)，這3種連接狀態可依次定義為分區獨立、分區間接連通和分區連通。

假設故障發生在分區B內，因為B區與其他分區獨立，此時供電恢復方案只在B區內搜索進行，若分區內無法完成則需上報故障；若故障發生在C區，故障處理首先在C區內進行，由于C區與D區分區連通，此時中心層將C區和D區聯合，組成新的區域進行故障處理；若仍然無法完成，則將處理區域繼續外擴，把與C區間接連通的A區加入進來，如果還是需要區域外擴，則逐步加入其他可以加入的間接連通分區E，直到完成故障處理為止；如果中心層無法協調完成故障處理，則將故障上報給上級部門。

在結構復雜的配電網絡中，同一故障可能會有多種恢復方案，不同FA應用現場可能需要不同的評判標準。按照本文思路將監控范圍分區后，不同分區可以根據實際需要執行不同的恢復方案評判標準，增加系統靈活性。

3.2分區故障處理實例

如圖3所示，將監控范圍分為2個分區。假定在短時間內先后在分區1內發生故障1、分區2內發生故障2(間隔時間已滿足并發故障條件)，現分別按照傳統算法與本文算法進行故障處理，并對處理過程進行分析比較。

圖3 故障處理實例

由于傳統算法沒有對監控區域進行分區，當發生2處故障時，無法確定故障的隔離策略和恢復策略是否對另1處故障的處理產生影響，因此需要先處理第1次故障之后，再處理第2次故障。圖3所示為系統構架和故障情況，傳統算法需要先將故障1進行定位、隔離和恢復之后，再進行故障2的處理。如果在處理過程中遇到遙控拒動的情況，則處理時間可能會增加，因而導致處理故障2的等待時間很長。

如采用本文算法，將整個監控區域進行分區后，收到故障1的信息后，對故障1進行處理，若處理過程中收到故障2信息，由于2個故障所在分區彼此獨立，因此可以立刻啟動另一個分區的故障處理程序進行故障2的處理，不必等待故障1的處理過程結束。

3.3分層故障處理實例

如圖3的分區1所示，先后發生故障1和故障3。傳統算法處理時，先對故障1進行故障處理，再對故障3進行故障處理，即故障3的隔離操作要等待故障1的故障處理結束之后方可進行。

按照本文算法，將分區1進行劃分：饋線1、饋線2、饋線3[5]。劃分后，在處理故障1的過程中，接到故障3的信息，因為2故障在不同饋線，可以立即啟動另1個饋線層程序進行故障3的故障定位和故障隔離，達到并發故障時，故障快速定位、快速隔離的目的。

4 結束語

隨著配電網絡的日益復雜，傳統FA程序的處理方式不再高效。經過將監控范圍分區和邏輯架構分層之后，程序的靈活性和可靠性都得到了顯著提升，這種分區分層模式在處理范圍廣、容量大、結構復雜的配電網故障時，優勢明顯。

[1]高厚磊，龐清樂，李尚振，等.基于Multi-agent的智能饋線自動化自愈控制[J].高電壓技術,2013,39(5)：1218-1224.

[2]劉健，趙樹仁，張小慶，等.配電網故障處理關鍵技術[J].電力系統自動化，2010,34(24)：87-93.

[3]王其玉，靳付魁，韓立奎，等.配電網故障自動定位、隔離與恢復系統的實現[J].電工技術，2004(7)：38-41.

[4]劉健，石曉軍，程紅麗，等.配電網大面積斷電供電恢復及開關操作順序生成[J].電力系統自動化，2008，32(2)：76-79.

[5]江南，謝聿琳，侯俊平，等.電纜架空線混合線路重合閘投切方式[J].電力系統自動化，2010，34(3)：112-115.

(本文責編：劉炳鋒)

如何使用平面角單位符號“°”“′”“″”

平面角的非SI單位度、[角]分、[角]秒是我國的法定計量單位，其符號“°”“′”“″”是法定符號。由于它們的特殊性，使用時應注意以下幾條。(1)不是字母符號，須置于右上標，表示量值時數值與符號間不留間隙，如30°。(2)表示一個平面角的量值時，可同時使用2或3個單位，例如α=25°20′，β=18°15′30″。(3)與其他單位構成組合單位時，符號上需加圓括號，如10 (°)/min。(4)書寫平面角的量值范圍時，第1個量的單位符號不應省略，如10°～15°不應寫為10～15°。(5)不應將“′”“″”用于表示時間，如35 min 28 s不得寫為35′28″。(6) GB/T 1.1—2009《標準化工作導則 第1部分：標準的結構和編寫》建議：“平面角宜用單位(°)表示，例如，寫作17.25°不寫作17°15′。”即“度”最好按十進制細分。

2016-07-26；

：2017-05-08

TP 29

：A

：1674-1951(2017)06-0020-03

王偉(1983—)，男，吉林吉林人，工程師，工學碩士，從事配網自動化方面的研究工作(E-mail:tom-wei.wang@sac-china.com)。