含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法

王云飛

（國網(wǎng)浙江義烏市供電有限公司，浙江 義烏 322000）

0 引 言

配電網(wǎng)屬于電力系統(tǒng)的重要組成部分，直接面向電力用戶，其運行的穩(wěn)定性與可靠性決定了供電質量。配電網(wǎng)由各類配電設備共同組成，如變壓器、負荷開關、電容器、饋線等[1]。其中，饋線作為配電網(wǎng)的關鍵組成設備，其運行質量的好壞直接影響配電網(wǎng)的運行效果，一旦電力系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障，則會影響?zhàn)伨€線路上的負荷供電，破壞配電網(wǎng)的正常運行狀態(tài)，降低供電質量[2]。對此，可以通過饋線自動化技術搜集線路上各個站所的終端、饋線終端的故障信息，進而制定故障定位、故障隔離以及故障自愈恢復的決策，自動將配電網(wǎng)饋線異常運行狀態(tài)恢復至正常狀態(tài)。有研究專家提出，基于5G 通信技術的分布式饋線自動化技術通過下沉計算方法對配電終端進行判別，在主供線路不停電的情況下對出現(xiàn)故障的配電端進行就地隔離，實現(xiàn)配網(wǎng)的保護定值優(yōu)化，并且實現(xiàn)網(wǎng)絡重構[3]。此外，有研究學者提出基于對等通信網(wǎng)絡的智能分布式自愈控制方法。依據(jù)分布式FA 邏輯算法對配電網(wǎng)故障進行監(jiān)測，并實行故障隔離，基于GOOSE 模型實現(xiàn)對等通信網(wǎng)絡報文傳輸，解決配電網(wǎng)故障問題[4]。但上述饋線自愈控制方法多數(shù)采用分層多代理原理設計而成，在實際應用中存在自愈控制時間較長、控制效率較低的不足，無法為智能配電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行提供保障，影響電力系統(tǒng)的正常運行。基于此，本文開展含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法的研究。

1 智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法設計

1.1 配電網(wǎng)饋線故障定位

設計的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法需要對含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障進行定位，找出饋線故障所在的區(qū)間位置，為后續(xù)自愈控制奠定良好基礎。采用ME-9001 智能配電網(wǎng)電纜故障測試儀，將其與智能終端、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory ControI And Data AcquiSition System，SCADA）相連接，通過專家遠程現(xiàn)場操控主機，識別并確定含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障位置，實現(xiàn)饋線故障高精度定位的目標。一方面，根據(jù)含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線運行的實際情況與特征，在智能配電網(wǎng)一條總饋線的多條出線中篩選出運行異常的饋線，并采用定量分析與定性分析的方法對異常運行工況作出分析，識別故障[5]。另一方面，使用ME-9001智能配電網(wǎng)電纜故障測試儀檢測饋線存在故障點的區(qū)間部分，確定故障段。饋線發(fā)生故障后，依據(jù)其工況變化，從故障段上找出發(fā)生故障的具體位置[6]。

1.2 饋線故障隔離

在獲取饋線故障位置與故障段區(qū)間后，對饋線故障段區(qū)間進行隔離處理。本文設計的含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障隔離流程如下：（1）給每個變電站終端（Substation Terminal Unit，STU）配置單獨的網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址，通過接收故障電流數(shù)據(jù)請求命令，確定STU 位置；（2）選擇饋線區(qū)間兩端的電流數(shù)據(jù)進行對比，結合饋電故障區(qū)間定位結果，進一步確定故障區(qū)段；（3）當智能配電網(wǎng)饋線故障區(qū)下游STU 接收到上游數(shù)據(jù)請求時，下游STU 仍然處于未啟動狀態(tài)，此時含微網(wǎng)電流的智能配電網(wǎng)饋線故障屬于弱饋電故障；當下游STU傳輸故障電流數(shù)據(jù)時，上游還能夠向下游弱電STU發(fā)送命令，此時應當快速啟動跳閘功能，徹底隔離饋線故障區(qū)[7]。

1.3 饋線故障自愈控制

完成含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障隔離后，在此基礎上對饋線故障進行自愈控制，恢復非故障區(qū)段的供電。首先，具備自愈控制功能的智能配電網(wǎng)配電終端應當對部分數(shù)據(jù)進行初始化處理，如母線電壓、開關分合遙控號、相鄰開關通信信息、端口號等。其次，讀取配電網(wǎng)相鄰設備信息，計算鄰域饋線負荷，進而綜合考慮配電網(wǎng)變電站出口斷路器的運行工況，判斷饋線上是否存在聯(lián)絡開關。根據(jù)判斷結果，設定饋線故障啟動條件，監(jiān)聽相鄰聯(lián)絡開關的故障及開關狀態(tài)變化。最后，智能配電網(wǎng)饋線向鄰近的STU 發(fā)送請求，請求獲取饋線故障電流數(shù)據(jù)。根據(jù)獲取的故障電流數(shù)據(jù)，設定故障出現(xiàn)后的波數(shù)時間為計算初始時間，計算一周波時間內流向該饋線控制的每個開關對應的故障電流數(shù)據(jù)，其中包括饋線故障電流的實部、虛部及電流振幅。

將饋線故障定位與隔離結果存儲到配電網(wǎng)饋線日志信息中，生成饋線分閘遙控，進而自愈控制饋線故障。自愈控制流程如圖1 所示。檢測智能配電網(wǎng)聯(lián)絡開關接收饋線合閘指令中是否存在分閘指令，若不存在分閘指令，則生成一個新的遙控合閘指令，判斷合閘成功與否。若合閘成功，則生成共享自愈控制結束標志，控制配電網(wǎng)聯(lián)絡開關狀態(tài)，恢復饋線非故障區(qū)段供電，實現(xiàn)饋線故障自愈控制目標[8]。

圖1 配電網(wǎng)饋線自愈控制流程

2 實驗分析

2.1 實驗準備

選取某地區(qū)含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線線路拓撲結構作為此次的研究對象。該智能配電網(wǎng)中總共安裝了8 臺配電終端，均采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，采用光纖接入網(wǎng)實現(xiàn)無源光纖數(shù)據(jù)傳輸。智能配電網(wǎng)的配電終端通信參數(shù)配置如表1 所示。

表1 智能配電網(wǎng)配電終端通信參數(shù)配置

通過IP 地址與媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）地址配置，共同實現(xiàn)智能配電網(wǎng)配電終端間的通信。根據(jù)設計的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法，使用實時數(shù)字仿真系統(tǒng)（Real Time Digital System，RTDS）與實際配電終端設備，共同搭建故障自愈控制仿真實驗平臺。實驗準備完畢后，按照提出的饋線故障自愈控制方法流程進行自愈控制，對控制結果作出分析，驗證提出方法的有效性，評估方法的控制效果。

2.2 結果分析

在此次實驗中，為了增加實驗結果的可信度與說服性，特引入對比分析的方法原理。將提出的含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法設置為實驗組，將文獻[3]提出的基于5G 通信的故障自愈控制方法設置為對照組1，將文獻[4]提出的基于對等通信網(wǎng)絡的故障自愈控制方法設置為對照組2，評價3 種自愈控制方法的應用效果。

隨機在智能配電網(wǎng)饋線線路上選取6 個故障點，編號為GZD-01、GZD-02、GZD-03、GZD-04、GZD-05、GZD-06。設置智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制時間作為此次實驗的評價指標，其計算表達式為

式中：tc為饋線故障自愈控制策略制定后，自愈控制命令下發(fā)并執(zhí)行完畢所需時間；N為饋線故障自愈控制動作中對應的遙控開關數(shù)量。通過計算得出此次實驗的評價指標，自愈控制時間越短，說明智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制效率越高，反之則說明效率越低。測定并計算3 種方法應用后饋線故障點自愈控制時間，繪制如圖2 所示的故障自愈控制快速性評價指標對比圖。

圖2 饋線故障自愈控制評價指標對比結果

從圖2 的評價指標對比結果可以得知，3 種智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法的快速性評價指標存在一定的差異性。其中，按照本文所提方法對饋線故障進行自愈控制，所需自愈控制時間明顯較短，均保持在3 s 以內，能夠在快速時間內實現(xiàn)饋線故障自愈控制目標。可見，本文所提方法的有效性與可行性較高，能夠顯著縮短由于饋線故障導致用戶故障停電的時長，降低配電網(wǎng)運行的危險性。

3 結 論

為了改善傳統(tǒng)配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法在運行過程中自愈控制時間較長、效率較低、控制效果不佳的問題，本文開展了含微網(wǎng)電源的智能配電網(wǎng)饋線故障自愈控制方法的全面研究，通過配電網(wǎng)饋線故障定位與隔離，實現(xiàn)了饋線故障快速自愈控制的目標，有效提高了饋線自愈控制的效率，具有較高的可靠性、靈敏性以及穩(wěn)定性，對提高配電網(wǎng)運行安全具有重要的研究意義。