自動化開關控制下配電主站自愈狀態驗證仿真

王子滔

（深圳供電局有限公司 廣東省深圳市 518000）

為了保障電力市場的穩定運行，需要全面考慮到在自動化開關控制下，站點運行的自愈狀態，相關主站自愈狀態的研究，屬于我國電力產業長期以來的研究話題，主要是指配電站在運行過程中，與地面站點之間的交互與協同能力，對其自愈模式進行劃分，可將其劃分為四種類型，分別為集中式自愈狀態、級差保護自愈狀態、主站協同狀態、智能協同分布自愈狀態[1]。其中第一種類型主要是指，當主配電站與終端保持良好溝通與信息交互時，實時獲取的配電設備運行信息、故障運行狀態下集中信息，此時，配電主站通過計算機輔助人工操作的方式，在遠程端進行開關的自動化調頻與控制，通過此種方式，可實現對配電主站運行方式的有效調配與操控，滿足對故障信號與斷路的高效隔離，避免出現斷電時間超出控制的問題[2]。目前，此種狀態屬于主配電站的主要自愈方式，也是電力市場內較為常用的自愈模式。為了進一步判斷主配電站在運行中的狀態，本文將基于自動化開關控制條件下，設計一種配電主站自愈狀態驗證仿真方法，致力于通過對配電主站運行電路的仿真，實現前端與后端的雙向實時交互，以此解決配電主站在運行中的多種故障問題，保障電力單位與供電站的穩定持續與安全運行。

1 自動化開關控制下配電主站自愈狀態驗證仿真方法設計

1.1 配電主站故障場景模擬

為實現對自動化開關控制下配電主站自愈狀態驗證仿真，本文基于配電主站常見幾種能夠通過自愈方式完成保護的線路故障類型，針對其特點，對其場景進行模擬。通常情況下配電主站的故障類型可分為簡單線路故障類型和復雜線路故障類型[3]。兩種故障類型又可進一步細化，其中簡單線路故障包括出口、母線、線路、末端和負荷故障等；復雜線路故障包括聯絡線路、沒有轉供路徑、越級跳等[4]。為方便論述，本文分別以簡單故障類型中的出口故障和復雜故障類型中的聯絡線路故障為例，針對其故障場景進行模擬。

（1）針對出口故障場景進行模擬，圖1為配電主站中典型出口故障線路連接示意圖。

圖1中，箭頭位置表示為出現故障問題位置；S1、S2、S3分別表示為配電主站中的三個斷路器裝置；A1～A12分別表示為該線路結構當中的12個開關裝置；B1～B15分別表示為該線路結構當中的另外15個開關裝置。從圖1可以看出，出口故障的場景為：當配電主站當中出現出口故障時，其中一個斷路器裝置會出現開關跳閘現象，并導致配電主站所在的配電網結構出現再次失壓分閘現象[5]。在后續運行過程中，當斷路器需要進行開關重合閘時，由于出口故障問題已經產生，因此會出現第二次的跳閘現象。

（2）針對聯絡線路故障場景進行模擬，圖2為配電主站中典型聯絡故障線路連接示意圖。

圖2中，兩個箭頭指向位置表示為出現聯絡故障的位置，其他符號所表示的含義與圖1相同，不進行過多贅述。從圖2可以看出，出現聯絡故障的場景為：當配電主站當中出現聯絡線路故障時，其中某一斷路器裝置會出現開關跳閘現象，導致線路連接運行后再次出現失壓分閘現象[5]。同時，由于受到該斷路器裝置的影響，A1～A5，共五個開關會按照連接順序依次出現短時間的延時合閘現象，而開關A5由于在合閘的過程中會與故障位置重合，最終導致多個開關出現故障問題[7]。同時，由于受到其中一個斷路器裝置的影響，出現聯絡問題，因此另外兩個斷路器也會同樣產生開關跳閘現象，進一步影響到整個配電主站當中的所有電路上的開關出現短時間的延時合閘現象，而與故障位置重合的開關由于受到影響，會再次出現嚴重的失壓分閘問題[8]。基于上述多種不同配電主站故障問題，本文選擇以GIS結構為依托，該結構當中含有母線、開關、各類互感裝置等電子元器件，通過GIS對各類元器件的高度集成化處理，形成一個能夠模擬配電主站線路的完整電路結構，以此在該結構當中實現對各種不同故障線路的場景模擬。

1.2 構建自動化開關控制下配電主站模型

通常情況下，在自動化開關控制中，配電主站的自愈狀態是短暫的，因此本文在構建配電主站模型時，對于配電主站中換流變壓裝置的變化忽略不計。針對交直流混合配電主站及其暫態穩定，采用平均值模型作為本文配電主站模型的依托，得出配電主站模型可用如下公式表示：

圖1：典型出口故障線路連接示意圖

圖2：典型聯絡故障線路連接示意圖

表1：兩種驗證仿真方法實驗結果對比表

公式（1）中，Ur表示為配電主站變壓器網側交流母線電壓；Ui表示為配電主站閥側交流母線電壓；ni表示為配電主站變壓器網側變比； 表示為配電主站閥側變比。對于在自動化開關控制下的配電主站，盡管在調節電流過程中，其開環時間處于一種常數固定不變狀態，但在對電流進行實際控制過程中，其自愈狀態是配電站直流電流，通過對其進行閉環與反饋控制后得出的，此時電流量屬于一個整定數據量，而上述提出的調節行為，對于其自愈行為而言，屬于一個時間較短的過程[9]。因此，通過上述公式表示的自動化開關控制配電主站模型，能夠為后續對配電主站自愈狀態測試提供依托。

1.3 實時配電主站自愈狀態測試

在對配電主站自愈狀態進行測試時，利用本文上述構建的多個不同故障場景，分別通過自動化開關控制中的相關機制，對四種不同自愈模式進行測試，分別為主站集中型自愈模式、級差保護協同型自愈模式、電壓-時間/電流協同型自愈模式和智能分布式協同型自愈模式。根據不同的自愈模式，在本文上述構建的故障場景當中引入不同的網架結構以及通信方式，分別對其自愈過程中的相關參數進行記錄。在進行對配電主站自愈狀態的分析時，還需要確保告警信號采集時間、自愈保護整定時間等相互配合，以此避免在測試過程中出現信號采集不完整，造成對自愈狀態的錯誤判斷。同時，在模型當中，能夠對配電主站自愈投退狀態進行設置，針對指定的饋線，進行自愈投退狀態的設定以及自愈執行狀態的切換。按照自愈狀態的需要，對其執行狀態進行自動和半自動控制。

2 對比實驗

本文通過上述論述，完成對自動化開關控制下配電主站自愈狀態驗證仿真方法的理論設計，為進一步探究該方法在實際應用中的效果，將其與傳統仿真方法引入到某電力企業的配電主站當中，分別模擬配電主站故障線路及自愈狀態后，將其與實際自動化開關控制下配電主站的自愈狀態進行對比。本文選擇的配電主站直流線路輸送功率分別為1500MV、7200MV、6400MV和7500MV。該配電主站當中存在頻率為0.25Hz，阻尼比為0.08。在該配電主站連接線路當中引入三種普通線路故障和兩種復雜線路故障，分別在不同故障狀態下，引入自動化開關控制自愈保護，由兩種仿真方法對配電主站自愈過程中的狀態進行模擬，并將模擬結果與實際配電主站自愈狀態進行對比，得出如表1所示的實驗結果對比表。

表1中自愈時間為配電主站在發現存在故障問題開始到恢復正常運行所消耗的時間，上報速度為配電主站在自愈狀態下將與此次故障相關的數據信息傳輸到管理中心的時間。從表1中實驗結果可以看出，通過本文仿真方法模擬得出的自愈時間和上報速度與實際該配電站自愈狀態下的自愈時間和上報速度完全一致，實現對其精準模擬，而傳統仿真方法模擬得出的結果無論是自愈時間還是上報速度均與實際情況相差較大。同時，在實驗過程中，利用本文方法對配電主站自愈狀態進行驗證能夠實現對仿真數據的校驗，并對配電主站線路是否處于非合環運行狀態、是否具備有效的恢復路徑以及拓撲連通結構是否正確等都能夠進行準確的判斷，以此在各項條件均達到相應標準的前提條件下，實現對自動化開關控制下配電主站自愈狀態的驗證和仿真。因此，通過對比實驗證明，本文提出的仿真方法在應用中能夠實現對實際配電主站自愈狀態的模擬，為自動化開關控制提供可靠控制依據。在實際應用中，配電主站線路首次投入前，可以先利用本文提出的仿真方法對其自檢狀態進行驗證，當通過驗證后，才能夠將其應用到實際自動化開關控制下的配電主站當中。

3 結束語

本文通過開展自動化開關控制下配電主站自愈狀態驗證仿真研究，基于配電主站運行需要，提出一種全新的仿真方法，并通過實驗對該方法的優勢進一步驗證。同時，利用將本文方法應用于實際能夠為配電主站運行提供與實際運行完全相同的仿真環境，實現對其自愈狀態的驗證，最終得到更加可靠地驗證仿真結論。