智能配電網(wǎng)自愈控制技術發(fā)展與展望

麻喜旺 劉宏輝 周曉鋒 李闖

【摘 ?要】近年來社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數(shù)量也逐漸增多。智能配電網(wǎng)自愈控制技術是在當代先進的科學技術的基礎上發(fā)展起來的一項新型的電力技術，經(jīng)過一段時間的探索與發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為我國電力建設中的一項核心技術，智能配電網(wǎng)自愈控制技術的最主要的特點是自我感知與恢復，它能夠感應配電網(wǎng)的運行狀況，并就發(fā)生的故障進行自主的診斷與恢復，是一項非常優(yōu)秀的電力技術。本文就智能配電網(wǎng)自愈控制技術發(fā)展與展望展開探討。

【關鍵詞】電網(wǎng)建設;智能配電網(wǎng);自愈控制技術

引言

智能配電網(wǎng)的自愈功能的研究是一項重要的基礎性工作，通過深入分析因電能損耗引起的經(jīng)濟和社會損失，自愈技術的研究和運用能夠實現(xiàn)廣大電力用戶的可持續(xù)供電，保證電網(wǎng)的安全可靠運行，推動我國電力事業(yè)的發(fā)展。

1智能配電網(wǎng)自愈控制需求分析

（1）電源側需求：我國分布式新能源發(fā)展迅速，到2020年分布式電源（主要是分布式光伏）裝機容量可達1.87億kW，2030年可達5.05億kW。分布式電源具有數(shù)量多、范圍廣、容量小、隨機性、間歇性等突出特點，其大規(guī)模分散接入增大了配電系統(tǒng)協(xié)調控制的復雜性和不確定性。（2）負荷側需求：電動汽車、柔性可控及雙向互動等多元化負荷隨機無序接入，給配電網(wǎng)安全可靠運行帶來巨大影響，同時也極大增加了實現(xiàn)自愈控制分析、判斷與決策的難度。（3）對供電可靠性與供電質量的提升需求：電力企業(yè)正在大力推進世界一流配電網(wǎng)建設，與世界上部分發(fā)達國家相比，我國供電可靠性仍有待提高。2015年，英國供電可靠率達到99.999993%，美國的用戶年均停電時間為0.41 h，日本僅為0.1 h。國家能源局《配電網(wǎng)建設改造行動計劃（2015—2020年》中明確了2020年目標，中心城市（區(qū)）供電可靠率達到99.99%，用戶年均停電時間不超過1 h，供電質量達到國際先進水平;城鎮(zhèn)地區(qū)供電可靠率達到99.88%以上，用戶年均停電時間不超過10 h;綜合電壓合格率達到98.65%。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和居民生產(chǎn)生活水平的不斷提升，將對供電可靠性和供電質量提出更高要求。智能配電網(wǎng)自愈控制是以不間斷電網(wǎng)運行和不損失供電負荷為基本控制目標，基于先進健全的量測體系與快速精準的在線狀態(tài)評估與診斷，及時發(fā)現(xiàn)消除隨時可能存在的運行風險，快速處理各類故障，應對系統(tǒng)內外各種擾動與沖擊，在故障情況下能夠維持連續(xù)運行、快速處理故障并恢復正常供電。因此，自愈控制無疑是保障電力電子化特征愈發(fā)凸現(xiàn)的現(xiàn)代智能配電網(wǎng)在不同狀態(tài)下安全可靠運行的重要手段。

2自愈控制關鍵技術研究

2.1配電網(wǎng)建模、仿真、分析和試驗技術研究

智能配電網(wǎng)的建模、仿真、分析、試驗理論與方法屬于自愈控制技術研究方面的核心基礎研究之一，可為智能配電網(wǎng)的系統(tǒng)設計、深層研究與工程應用提供必要、有效的研究工具和手段。課題對含分布式電源、儲能及微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)的建模方法和仿真方法進行研究。面向智能配電網(wǎng)的不同應用場景，研究了智能配電網(wǎng)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)建模理論，建立了含分布式電源及儲能裝置的智能配電網(wǎng)多時間尺度模型庫。具體包含：①涵蓋了智能配電網(wǎng)中各個結構層面的多時間尺度建模工作，包括一次能源動態(tài)模型、新能源并網(wǎng)模型;②針對各種分布式電源以及儲能裝置在動態(tài)過程時間尺度上的明顯差異，進行了在不同仿真場景下的模型適應性分析，包括燃料電池、電力電子裝置等;③針對智能配電網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模龐大、結構復雜、結構與參數(shù)高度不對稱等典型特征，開展了智能配電網(wǎng)模型化簡技術，通過網(wǎng)絡模型的整體降維化簡，實現(xiàn)高維復雜配電系統(tǒng)快速、準確和高效的分析計算。

2.2含DG、微網(wǎng)及儲能裝置的智能配電網(wǎng)分析與試驗技術

主要包括含DG、微網(wǎng)及儲能裝置的智能配電網(wǎng)狀態(tài)估計技術、參數(shù)辨識技術、網(wǎng)損分析技術、潮流優(yōu)化技術、可靠性評估技術、電能質量分析與控制技術等技術的應用。

2.3故障情況下的自愈控制技術

研究含分布式電源的智能配電網(wǎng)故障檢測、定位、隔離及重構技術。提出了基于和聲算法的含分布式電源配電網(wǎng)的主站故障定位方法。研究了階段式故障恢復網(wǎng)絡重構方法，并將基本環(huán)路矩陣的自動生成算法應用其中，通過制定無不可行解的編碼規(guī)則，實現(xiàn)了故障停電損失最小、恢復時間最短的目標。

2.4故障隔離與網(wǎng)絡重構技術

該技術研究包括基于全局信息與分布式智能控制實現(xiàn)的故障隔離技術，含DG、微網(wǎng)及儲能裝置的故障隔離和網(wǎng)絡重構技術，基于控制代價最小的智能配電網(wǎng)網(wǎng)絡重構技術，配電網(wǎng)內部嚴重故障被動解列技術，配電網(wǎng)外部嚴重故障主動解列技術，基于網(wǎng)絡重構的配電網(wǎng)故障后局部供電恢復技術以及配電網(wǎng)基于網(wǎng)絡重構的電壓控制技術。

3智能配電網(wǎng)自愈控制技術應用分析

智能配電網(wǎng)自愈控制技術在電網(wǎng)中的應用主要是依靠一系列先進的計算機技術，通過先進的技術機技術對電網(wǎng)運行中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行整理與分析，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷電網(wǎng)運行狀況，通過智能化計算機技術與電氣終端裝置之間的協(xié)調配合，實現(xiàn)對電網(wǎng)故障的自主診斷、決策與恢復。在自愈控制技術中涉及到的先進技術主要有配電系統(tǒng)中的快速仿真與模擬技術，智能分析與決策技術，分布式計算機技術，保護裝置的協(xié)調與自適應整定技術等，從某一層面講，智能配電網(wǎng)自愈控制技術是多個先進技術的集中體，它將多項先進的技術集合在一體，并且讓其為配電網(wǎng)運行服務，因此可以說，各項先進的科學技術是自愈控制技術實施的最主要條件，也是自愈控制技術實施監(jiān)測、診斷、恢復這一系列動作的保障，它們在很大程度上決定著自愈控制技術的實施方式以及實施效率，所以智能配電網(wǎng)自愈控制的應用也就是各項先進技術的應用，而上述幾項先進的技術在配電網(wǎng)中的應用主要包括以下內容：一是配電網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真技術，快速仿真模擬技術在配電網(wǎng)的應用中屬于一種分析技術，主要的構造是若干個實時分析軟件，并且這些分析軟件的服務對象均是配電網(wǎng)，相關的技術人員通過這些軟件對電網(wǎng)運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行有效的整理與分析，最終達到預測仿真、故障定位等目的。二是在線監(jiān)測技術在智能配電網(wǎng)中的應用，主要是用于電氣量的測量以及非電氣量的監(jiān)測這兩部分，例如通過對水含量的測量判斷電氣設備的潮濕程度等，通過智能化的測量能夠準確的掌握電網(wǎng)的運行情況。三是在線分析與決策技術的應用，自愈控制技術中的在線分析與決策技術主要是對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行分析，得出具體結果，并對所得出的評估結果進行二次分析，根據(jù)具體的故障問題做出相應的解決策略。

結語

智能配電網(wǎng)自愈控制技術為配電網(wǎng)供電可靠性和安全性，防范連鎖故障與大面積停電事故發(fā)生，解決大量DG接入的主要技術手段，是配電網(wǎng)未來發(fā)展的方向。同時也為中國在智能配電網(wǎng)自愈控制相關科研、設備制造等領域以及智能配電網(wǎng)的建設提供有力的依據(jù)。

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（作者單位：國網(wǎng)安徽省電力有限公司五河縣供電公司）