10 kV配網調度中饋線自動化系統控制技術探討

靳 金

（國網陜西省電力有限公司佛坪縣供電分公司，陜西 漢中 723400）

電力系統自動化提供了一種有效的方法，可以優化電力網絡的運行，提高電力供應的穩定性和可靠性。本文將集中討論10 kV配網調度中饋線自動化系統，包括故障檢測、故障定位以及電力恢復的自動化過程，同時也將探討分布式和集中式故障管理系統。

1 饋線自動化系統概述

饋線自動化系統是現代電力系統中的重要組成部分，它是電力系統自動化的一種具體實現方式，也是電力系統智能化的重要手段。首先，在電力系統中，饋線自動化系統主要負責實現對電網饋線的自動化控制，包括故障檢測、故障隔離、服務恢復以及電網運行狀態的實時監測等。這些功能有助于提高電力系統的運行效率，減少停電時間，提高供電可靠性，從而提高用戶滿意度。饋線自動化系統具有復雜性和動態性的特點，需要依靠先進的控制技術和通信技術才能有效地運行。饋線自動化系統的組成部分主要包括遙控設備、遙信設備、遙測設備、遙調設備、終端設備以及配電自動化終端設備等[1]。遙控設備主要負責遠程控制電網設備的開關狀態；遙信設備主要負責遠程傳輸電網設備的狀態信息；遙測設備主要負責遠程測量電網設備的運行參數；遙調設備主要負責遠程調整電網設備的運行參數；終端設備和配電自動化終端設備則主要負責執行控制指令和處理數據。這些組成部分共同實現饋線自動化系統的主要功能，包括遠程控制和監視、故障檢測和定位、故障隔離、服務恢復、負荷管理、電能質量管理等。這些功能可以有效地提高電力系統的運行效率和用戶滿意度，減少停電時間，提升供電可靠性及電能質量，減少電能損失，延長電網設備的使用壽命，為電力系統的可持續發展提供必要支持。饋線自動化系統還可以為調度運行人員提供大量的電網運行實時數據，為電力系統的調度運行和決策提供依據[2]。

2 饋線自動化系統的控制技術

2.1 控制策略

控制策略是饋線自動化系統運行的基礎，對于饋線自動化系統的性能和效率具有決定性的影響。在實際操作中，選擇適當的控制策略可以顯著提高電力系統的運行效率和可靠性，減少故障和停電時間，提高電力供應的穩定性和質量。饋線自動化系統的控制策略主要包括故障檢測和定位策略、故障隔離和服務恢復策略、負荷管理策略以及電能質量管理策略等。故障檢測和定位策略主要利用系統中的各種傳感器和檢測設備，通過實時監測和數據分析，及時發現和定位系統中的故障，以便進行及時的處理和修復[3]。故障隔離和服務恢復策略則是在故障發生后，通過智能化的控制和調度，實現故障區域的隔離和非故障區域的快速恢復，從而盡可能地減少故障對系統運行的影響。負荷管理策略通過合理的負荷調度和優化，平衡系統的供需，提高系統的運行效率，減少電能的損失。電能質量管理策略則通過對電能的實時監測和分析，調整和優化系統的運行狀態，保證電能的穩定供應和高質量。這些控制策略需要依托先進的控制技術和通信技術，以及強大的數據處理和分析能力，才能在實際操作中得以有效實施。通過采用合理的控制策略，饋線自動化系統不僅能夠實現電力系統的智能化運行，提高系統的運行效率和可靠性，而且能夠為電力系統的優化運行和調度人員決策提供大量的實時數據和分析結果，有利于電力系統的持續優化和發展。

2.2 控制算法

控制算法是饋線自動化系統控制策略實現的關鍵，它是決定系統性能和效果的重要因素。在饋線自動化系統中，控制算法主要用于故障檢測和定位、故障隔離和服務恢復、負荷管理以及電能質量管理等功能的控制運算。故障檢測和定位算法通常使用一種或多種方法，如電流檢測、電壓檢測、阻抗計算等，以及使用人工智能技術如神經網絡、支持向量機等，根據故障前后的電網狀態變化來實現。這些算法可以快速精確進行故障檢測和定位，為故障的及時處理提供科學依據。故障隔離和服務恢復算法則依賴于復雜的邏輯判斷和優化計算，通常涉及圖論、最短路徑算法、優化算法等，以實現在故障發生后的最優化處理，使得故障區域被隔離，非故障區域能夠盡快恢復電力供應。負荷管理算法主要通過對電網負荷的預測和調度，以及對電網設備的優化配置，來平衡電網的供需關系，提高電網的運行效率，減少電能損失。這通常需要應用預測模型和優化算法。電能質量管理算法主要通過實時監測和分析電網的電能質量參數，如電壓、電流、頻率、功率因數等，以及通過調整電網設備的運行狀態，來保證電能的高質量穩定供應。這通常需要應用信號處理技術和控制理論[4]。

2.3 控制系統的實現

饋線自動化系統的控制系統實現需要依賴先進的控制技術、通信技術、計算技術以及大量的實時數據。首先，控制設備是控制系統實現的基礎，包括用于實現遙控、遙信、遙測、遙調等功能的設備，以及用于執行控制指令和處理數據的終端設備。這些設備需要具有高度的可靠性、協調性和集成性，以保證在各種環境和工況下都能夠正常運行。其中，通信技術是控制系統實現數據傳輸的紐帶，需要保證在大范圍、復雜環境中都能夠實現高速、穩定、安全的數據傳輸。常見的通信方式包括有線通信和無線通信，如光纖通信、無線射頻通信、衛星通信等。通信網絡需要具有足夠的帶寬，以滿足大量的實時數據傳輸需求。同時，通信網絡還需要具有高度的安全性，以防止數據被竊取或篡改。重中之重的計算技術則是控制系統實現的核心，包括用于處理大量實時數據、執行復雜控制算法、實現優化決策的計算設備和軟件。這些設備和軟件需要具有高速的運算能力以及高度集成化和可編程性，能夠根據電網的實際情況和需求進行調整和優化，以滿足不同情況下電網運行的實時控制需求。最后，大量的實時數據是控制系統實現的基礎，包括電網設備的狀態數據、運行參數、故障信息等，這些數據則通過傳感器和檢測設備進行實時采集，然后通過通信網絡傳輸到計算設備進行處理和分析。這些數據不僅可以用于實時控制，還可以用于電力系統的調度優化和決策，以及故障的預測和診斷。

3 10 kV配網饋線自動化系統控制技術的應用

3.1 在電力系統中的應用

饋線自動化系統控制技術在10 kV配網中應用廣泛且影響深遠。其主要應用包括故障檢測與定位、故障隔離與服務恢復、負荷管理以及電能質量管理等，大大提高了配電網的運行效率和供電可靠性。例如，某城市的電力系統中，由于城市規模的擴大和電力需求的增長，傳統的人工控制配電網調度方式已經無法滿足需求，因此推廣使用10 kV配網饋線自動化系統。在系統運行后，通過實時監測和數據分析，可及時發現和定位配電網中的故障，大大減少了故障查找的時間。同時，通過智能化的控制和調度，實現了故障區域的自動隔離和非故障區域的快速恢復，減少了停電的影響范圍和時間。在負荷管理方面，通過對配網負荷的預測和調度，以及對配網設備的優化配置，實現了電網供需的平衡，提高了電網的運行效率，減少了電能損失。

3.2 在故障檢測和隔離中的應用

在10 kV配網中，饋線自動化系統控制技術在故障檢測和隔離中的應用高頻且高效。饋線出現故障，是現實中無法輕易避免的，尤其是在分布廣泛、必須覆蓋到每個客戶的配電網絡中。由于環境的多樣性、用戶的眾多性及線路的復雜性，配電線路可能正在經歷嚴酷的環境，例如，穿越樹木茂密的地區，樹枝和野生動物可能會頻繁碰觸配電線路，引發臨時性或永久性故障停電。過去傳統的配電網絡在沒有監視控制和數據采集的情況下，通常需要等待客戶報告停電才能察覺到停電事件。饋線自動化系統可以結合SCADA（數據采集與監視控制）系統實時感知到導致斷路器臨時和永久跳閘的停電故障。例如，SCADA系統通過監控饋線電流可檢測到饋線電流突然下降，這種下降大于正常負載變化，從而判斷出可能由于故障而導致的部分饋線停電。饋線自動化系統依據SCADA系統反映的實時數據，通過實時參數的相關計算與比較，確定可能發生故障的位置并可以自動采取相應策略。當然有許多方法可以確定故障的位置。傳統的方法是根據故障前后電網狀態參數變化，人工判斷故障位置區域。而現代的數字繼電保護器可以根據故障時斷路器開啟時捕獲的相電壓和電流波形來計算故障阻抗等數據，通過這種額外的阻抗信息以及相關數據，通過與正常時的饋線阻抗等科學計算得到模型定值進行比較，以確定故障的實際位置，然后饋線自動化系統根據故障位置等信息采取相應策略，如控制開關自動隔離故障區域[5]。

3.3 在優化配網運行中的應用

優化饋線自動化系統在配網運行中的應用，主要涉及配網故障管理和電力恢復。覆蓋廣泛的配電網絡必須延伸到每一個客戶，其中一些配電饋線可能非常長，尤其是在人口稀少的山區農村地區。優化饋線自動化系統的關鍵是更快地檢測到停電，準確地確定故障位置，隔離故障饋線段，以及重新恢復非故障段供電。對于故障檢測，可以結合SCADA（數據采集與監視控制）系統，利用SCADA系統的遠程終端可以立即了解到引起斷路器臨時或永久跳閘的故障。例如確定故障位置使用故障指示器，這些指示器通過檢測高于最大預期正常饋線負載的閾值的相電流而被觸發。在故障發生后，為了隔離故障并恢復對非故障區域的供電，需要饋線自動化系統進行一系列開關操作，這些操作需要在瞬時停電的閾值內（通常在一分鐘內）完成。饋線自動化系統可以使用分布式或集中式智能故障管理系統。在分布式系統中，多個饋線開關裝有能夠監視該開關處的電氣變量以及自主開閉開關的智能本地控制器。這種系統的優點是可以相對快速和低成本地部署小型故障管理系統。然而，當網絡出現異常時，本地控制器通常只能正常工作，如果需要關閉或對這些本地控制器重新編程，則不是一項輕松的任務。集中式故障管理系統通常作為一般目的SCADA和DMS配電網管理系統的一個子系統來運行。在這樣的系統中，饋線開關可以通過集成電動開關控制器和一個配備有通信設施的終端來實現遠程控制，集中式系統的優點是：通?？梢詫崟r全面地了解所有網絡條件，包括所有計劃的和非計劃的停電，以及所有異常的網絡拓撲。集中式故障管理系統存儲所有故障管理參數和算法，能夠自動獲取當前的異常網絡條件。它還可以分析和推薦更復雜的開關場景，提升鄰近饋線承擔故障饋線負載的能力。在選擇分布式或集中式故障管理系統時，應考慮當地設備和策略實施情況。無論采用哪種系統，關鍵是為配電網運行和故障處理提供真實可靠的數據，為調度人員和故障搶修人員提供處理的依據[6]。

4 結束語

電力系統自動化對于實現高效、可靠的電力網絡運行至關重要。我們需要繼續探索和發展更高效、更智能的電力系統自動化技術，以應對未來更大的電力需求和更復雜的電力網絡。同時，我們必須認識到，隨著技術的發展，電力系統自動化也將面臨新的挑戰和機遇，我們必須做好準備，以最好的方式利用這些機遇，應對這些挑戰。