城市配電網智能分布式饋線自動化系統的發展及應用探討

摘要：在構建具有自我感知、自我診斷、自我決策、自我恢復能力的智能配電網的大背景下，現階段，智能分布式饋線自動化以其故障處理速度快、非故障區段負荷快速復電能力強的特點，得到越來越廣泛的應用，但在逐步推廣的過程中也面臨一些亟待解決的問題，本文主要針對智能分布式饋線自動化在實際應用過程中存在的一些問題開展分析研究，并提出初步建議。

關鍵詞：饋線自動化;智能分布式;故障恢復;智能終端

配電自動化是提高配電網供電可靠性、提升供電質量、提高客戶滿意度，充分展現責任央企良好形象的重要手段，饋線自動化（簡稱FA）作為配電自動化最為重要的內容之一，是實現客戶快速復電、實現供電可靠性進一步提高的有效手段。因應城市配電網的網架復雜性和變化性，饋線自動化系統的設計有非常關鍵的作用。

1 饋線自動化的典型配置

饋線自動化的主要功能是利用自動化系統及裝置，對配電網的運行狀況進行實時監視，及時診斷出線路上的故障并對其實行隔離，以便盡快對非故障區域恢復正常供電[1]。目前饋線自動化系統主要有兩種類型：一種就地式，包括電壓-時間型、電壓-電流型和智能分布式型，不需要配電自動化主站參與，其中前兩者通過變電站出線斷路器與分段開關配合即可就地完成故障區段的判定和隔離，邏輯簡單，不需通信，但變電站出線斷路器必須跳閘一次，復電時間長;智能分布式型通過智能終端間的實時信息交互實現配電線路故障定位、隔離以及恢復供電，故障隔離時間可達毫秒級，復電時間可達到秒級，影響范圍小，不需變電站出線斷路器跳閘，但對通信要求高;另一種是集中式，它需要配電自動化主站參與，依賴通信網絡對配電網的運行狀況進行實時監視，在故障發生時可遠程控制開關設備進行故障處理并恢復非故障區域的供電，但完成一次“定位、隔離、轉供”所需時間長。

2 智能分布式饋線自動化的實際應用

2017年的自動化主流是電壓-電流型饋線就地自動化，隨著高級傳感和測控技術、通信技術的發展，大量的通信、控制設備應用到配電自動化中，2017年下半年，智能分布式饋線自動化在供電可靠性要求高的供電區域逐步擴大應用范圍。但在逐步試點推廣的過程中也面臨一些亟待解決的問題。

2.1智能分布式FA通訊異常處理

由于智能分布式饋線自動化的信息交互需要依賴通信網，當任一開關的通信故障時，本開關與相鄰開關均檢測到通訊異常。系統的邏輯設置有兩種方式;（1）檢測到本節點通信異常時開關自動退出智能分布式功能，投入常規的過流保護和失壓保護邏輯功能，過流定值和延時定值與智能分布式FA故障切除邏輯相同。若故障點出現在通信異常開關區域的上游，開關啟動失壓保護切除故障;若故障點出現在通信異常開關區域的下游，開關啟動過流保護隔離故障，并觸發“故障隔離成功”輸出信號，完成故障隔離。（2）對于具備電壓-電流型功能的饋線組，檢測到某一節點通信異常時，饋線組所有開關自動切換至電壓-電流型邏輯，即在變電站出線開關保護跳閘后，線路上各環進環出開關間隔失壓分閘，變電站出線開關通過一次重合閘后，各開關間隔依次延時合閘，合閘于故障點前端的開關后加速保護跳閘且閉鎖分閘，完成故障隔離，聯絡開關經延時合閘。

2.2 智能分布式FA網絡拓撲自識別功能

網絡拓撲包括靜態拓撲和動態拓撲。靜態拓撲主要指饋線正常運行時網絡中電氣設備之間的連接關系，如果開關增減，那么網絡結構以數據庫的形式更新并儲存;動態拓撲指配電網發生故障或拓撲運行方式發生變化，由開關分合形成的電網動態組合關系。

每個STU為其所監控的開關保存自身屬性和位置屬性信息，自身屬性包括開關名稱和開關屬性（首開關、分段開關和末開關）;位置屬性指本開關與相鄰開關之間的拓撲連接關系，即相鄰開關的名稱、通信地址。

當網絡動態拓撲變更，選取與變電站出線開關相鄰的開關對應的STU作為主控STU，通過主控STU的實時拓撲查詢方式，可動態生成正確描述網絡結構并可供計算機分析利用的數學模型[2]。主控STU根據其開關屬性，定期向相鄰開關STU發出拓撲查詢請求，收到查詢請求的STU首先對其監控開關的屬性進行自檢，并確認是否存在除主控STU監控的開關外的其他相鄰開關。如果確定為首開關，或者不是首開關但也不存在相鄰開關，就將該開關的屬性與狀態信息傳送回主控STU，同時終止該側饋線的拓撲查詢;否則，就將相鄰開關的名稱和對應STU的通信地址傳送回主控STU。主控STU收到返回的信息后，再繼續向該側下一級相鄰開關對應的STU發出拓撲查詢請求。以此類推，直到確定為首開關或者為末開關為止。至此，主控STU可得到該側饋線的實時拓撲信息。主控STU在結束該側的拓撲查詢后，以同樣的方式，分別向另外幾側相鄰開關所對應的STU發出拓撲查詢請求，即得到整個配電網的饋線實時拓撲結構。以圖1為例，饋線1的主控STU為STU1，饋線2的主控STU為STU8。從STU1發起應用拓撲查詢，其應用拓撲作用域為STU1及其下游開關F1、S2、S3、F2、S4所在區域，因S5開關為分閘狀態，為饋線邊界開關，STU1在查詢到S5后終止查詢。同理，STU8可識別出S8-S7-S6-S5、S8-F4、S8-S7-S6-F3的拓撲連接關系。

當網絡靜態拓撲結構發生變化，例如在主干線路上斬斷接入一間或多間新電房，目前還需要由廠家手動配置新增開關的名稱和屬性，并更新與新增開關相鄰的原開關的配置信息，不涉及新增開關區段的開關則維持原有配置信息不變。未來的研究方向是，新STU接入通信網絡后，主站應能自動發現，并接收終端上傳的數據模型配置信息，自動配置主站數據庫里終端測控信息，或者主站將配電網終端數據模型配置文件自動下發至終端，終端根據主站下發的配置信息組織測控數據，實現配電網終端的自動注冊和自動發現兩種機制。

2.3 多分段多聯絡線路的故障恢復機制

城市配電網網架結構模式主要為“2-1”、“3-1”和多分段多聯絡環網模式?，F階段智能分布式饋線自動化主要用于配電網網架結構清晰，分支線路集中的主次干線，以“2-1”單環網為主，有且僅有一個聯絡開關，供電恢復路徑清晰;在“3-1”和多分段多聯絡環網模式下，當某條饋線發生故障時，可能存在多條正常運行的饋線可為其提供轉供電，智能分布式饋線自動化的邏輯需要考慮聯絡饋線的電流裕度能否滿足待恢復負荷以及盡可能地均衡饋線的負載率，從而自動選取最佳的恢復供電路徑。

故障隔離后恢復供電的基本思路為：（1）盡可能快地恢復更多的停電受影響負荷;（2）故障隔離后，根據故障前負荷電流自動計算最佳的恢復供電路徑，防止饋線出現過載情況[3]。

在系統正常運行時，各開關的智能終端（STU）應周期性地對流經其開關的負荷電流進行實時測量和保存。當饋線發生故障且故障被隔離后，聯絡開關對應的STU根據故障隔離信息識別出故障點下游的非故障區段，并從非故障區段的各STU上獲得故障發生前流經各開關的負荷電流，計算出待轉供電流;再從聯絡饋線的電源開關對應的STU處獲得該饋線在故障發生前的負荷電流情況，結合聯絡饋線的載流量，計算出聯絡饋線可轉供電流的裕度Y1、Y2、Y3。最后，將待轉供電流與各聯絡饋線可轉供電流的裕度進行比較，若可轉供電流裕度最大值Ym大于待轉供電流，直接選擇該條聯絡饋線作為最佳供電恢復路徑;若可轉供電流裕度最大值Ym小于待轉供電流，可將將負荷平均分配到裕度最大和次之的兩條聯絡饋線進行轉供電。智能分布式FA的故障恢復流程圖如圖2所示。

3結語

伴隨通信技術水平的發展，以及智能型配電終端研發的日趨成熟，智能分布式饋線自動化系統將成為配電自動化系統發展的必然趨勢，目前已在許多城市配電網開展試點。為了保證其更好地發揮效能，迫切需要研究其在應對復雜的、變化的配電網網絡拓撲結構，以及不同廠家設備的互聯互通問題上，如何減輕維護和處理的工作量和成本，以期進一步推動智能配電網的蓬勃發展。

參考文獻：

[1]劉健，沈冰冰，趙江河，等.現代配電自動化系統.北京：中國水利水電出版社，2013.1.

[2]杜建文.多聯絡配電網分布式智能饋線自動化系統研究[D]. 山東大學，2015：9-23.

[3]樊偉成.基于面保護的配網閉環運行模式研巧[J].廣東科技，2013（22）：109.

作者介紹：

陳煜（1987.9.23），性別女;籍貫：陜西寶雞;民族：漢;學歷：研究生;職稱：工程師;職務：無;研究方向：節能及二次規劃。