分布式配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)分析

徐明，楊瓅，冉懋海

（重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶 400053）

1 分布式配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)要點

1.1 快速自愈控制技術(shù)策略

以下針對典型饋線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重點分析，具體見圖1。

圖1 中如果饋線線路兩個開關(guān)間無其他開關(guān)，表明兩個開關(guān)是相鄰關(guān)系，例如，開關(guān)A、B；一組相鄰開關(guān)組成饋線線路則為配電領(lǐng)域，用Q（A，B）表示；相應(yīng)開關(guān)節(jié)點是此配電領(lǐng)域端點用a，b 表示；和一個開關(guān)相連領(lǐng)域是此開關(guān)關(guān)聯(lián)領(lǐng)域，例如，圖1 中開關(guān)A-F，開關(guān)BA、BB 都屬于兩個關(guān)聯(lián)領(lǐng)域，變電站G1、G2 僅有一個關(guān)聯(lián)區(qū)域，用Q（G1，-）表示。圖1 中E 是聯(lián)絡(luò)開關(guān)，饋線線路運(yùn)行時以聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)為依據(jù)，劃分為開環(huán)、閉環(huán)兩種形式，和其相對應(yīng)的自愈控制技術(shù)也需要將開環(huán)與閉環(huán)運(yùn)行分開。

1.1.1 快速自愈控制開環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)自愈控制

（1）開環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)故障定位，當(dāng)此線路出現(xiàn)故障時，變電站出口母線直至故障點饋線線路全部配電終端設(shè)備都會采集到（M0=1）過流信息。如果線路中某一開關(guān)1x相應(yīng)配電終端檢測到了過流信號，便主動將過流故障信號Fmx1傳送至領(lǐng)域開關(guān)配電終端；如果配電終端相應(yīng)開關(guān)關(guān)聯(lián)領(lǐng)域出現(xiàn)某一開關(guān)沒有檢測到過流故障信號，便可以判斷出故障在配電終端和未檢測到過流故障配電終端相應(yīng)開關(guān)x1、x2配電領(lǐng)域Q（x1，x2）中。

圖1 中，如果故障出現(xiàn)在開關(guān)B、C 間，變電站出口斷路器甲、開關(guān)A、B 都會有過渡故障信息Ic＞Ip（Ic代表電流測量值，Ip代表電流保護(hù)值）。相應(yīng)配電終端將自愈控制程序啟動，并且將故障信息發(fā)送至鄰域；變電站G1 位置配電終端接受到開關(guān)A 配電終端故障信號FmA，G1 配電終端則認(rèn)為故障未發(fā)生在其開關(guān)鄰域中，自愈控制程度便會結(jié)束操作；開關(guān)A 配電終端接受到變電站甲、開關(guān)B 配電終端故障信號EmB，此時，便認(rèn)為故障并未出現(xiàn)在其開關(guān)鄰域中；直到開關(guān)B 配電終端沒有接受到開關(guān)C 故障信號FmC，認(rèn)為故障存在于其和開關(guān)C 相連鄰域Q（B，C）中。

（2）開環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)故障隔離，如果饋線系統(tǒng)故障定位完成以后，具體自愈技術(shù)運(yùn)用策略可分為以下三種情況：①如果某一配電鄰域Q（x1，x2）沒有出現(xiàn)故障，即使此鄰域端點相應(yīng)配電終端檢測到了過流故障信號，此時也不需要采取跳閘保護(hù)措施對故障隔離；②當(dāng)且僅當(dāng)某一開關(guān)關(guān)聯(lián)配電鄰域Q（x1，x2）出現(xiàn)過流故障，此開關(guān)相應(yīng)配電終端將跳閘指令發(fā)送，以此來對開關(guān)跳閘進(jìn)行控制，隔離故障；如果此開關(guān)為分位狀態(tài)無需采取措施；③如果某一開關(guān)配電終端接受到和其相鄰配電終端發(fā)送的“開關(guān)拒分”信號時，此配電終端馬上將跳閘指令發(fā)送，將故障隔離。

圖1 中，如果自愈控制計算方法已將故障定位于開關(guān)B、C 間，這時候出現(xiàn)的故障信號開關(guān)是變電站出口斷路器甲、開關(guān)A、開關(guān)B。出口斷路器甲、開關(guān)A 鄰域中沒有出現(xiàn)故障，兩開關(guān)無需任何操作；開關(guān)B、C關(guān)聯(lián)鄰域中Q（B，C）出現(xiàn)故障，開關(guān)B、C 要將故障隔離；若開關(guān)A 配電終端接受到開關(guān)B“開關(guān)拒動”信息馬上將跳閘指令發(fā)送，同時開關(guān)A 斷開，線路中其他開關(guān)配電終端接受到了“開關(guān)拒動”信息時操作如上，直到饋線系統(tǒng)配電終端接收到“分閘成功”信號。

（3）開環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)將非故障區(qū)供電自動化恢復(fù)，如果饋線系統(tǒng)故障隔離操作完成以后，要將非故障區(qū)負(fù)荷供電恢復(fù)。基于故障鄰域，非故障區(qū)借助和其相連電源給予供電。在聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作操作下完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供，重點是自愈控制初始階段就要將聯(lián)絡(luò)開關(guān)定位操作完成，饋線系統(tǒng)配電終端結(jié)合相鄰開關(guān)部位信息、開關(guān)兩端電壓，如果開關(guān)為分位且兩側(cè)存在YXT=1＆U1≠0＆U2≠0電壓，進(jìn)而判定此開關(guān)是聯(lián)絡(luò)開關(guān)。供電恢復(fù)主要借助聯(lián)絡(luò)開關(guān)E 合上，聯(lián)終開關(guān)配電終端操作如下：如果配電終端接收到了鄰域（開關(guān)D、E）間存在故障的信號，無須動作；如果配電終端接收到了相鄰配電終端“開關(guān)拒動”信號，無須動作；如果配電終端接收到了“分閘成功”信號，將遙控合閘指令發(fā)送出去，并將聯(lián)絡(luò)開關(guān)E 合上，非故障區(qū)供電恢復(fù)。

1.1.2 快速自愈控制閉環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)自愈控制

以下針對饋線系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下聯(lián)絡(luò)開關(guān)為合閘狀態(tài)，此時便處于閉環(huán)運(yùn)行中，具體見圖2 所示。

圖2 典型閉環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)

一是定位閉環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)故障，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，配電終端會有過流故障信號出現(xiàn)，并將其發(fā)送至相鄰配電終端，針對某配電鄰域，兩端配電終端故障功率方向都指向時，表明其內(nèi)部存在故障。圖2 中，開關(guān)D配電終端2 檢測到配電終端3 傳達(dá)開關(guān)E 故障功率方向是左，配電終端3 檢測到配電終端2 傳達(dá)故障功率方向則是右，此時可以判斷出兩開關(guān)間存在故障。二是隔離閉環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)故障時方法與開環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)故障隔離類似。三是閉環(huán)運(yùn)行饋線系統(tǒng)非故障區(qū)供電自動恢復(fù)，若饋線系統(tǒng)電源容量大，單電源均可以保證閉環(huán)饋線系統(tǒng)有序供電，在隔離故障的時候，便能夠使非故障區(qū)供電恢復(fù)；如果電源調(diào)節(jié)無法滿足以上要求，自愈控制程度將信號傳送至配電自動化主站，根據(jù)整個配網(wǎng)結(jié)構(gòu)盡快將非故障區(qū)供電恢復(fù)。

1.2 快速自愈控制技術(shù)配置要求

如果站在配電網(wǎng)自愈視角下，饋線系統(tǒng)自愈控制技術(shù)為基礎(chǔ)，在配電網(wǎng)各分支饋線線路中，饋線系統(tǒng)自愈控制屬于有效分布式配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)。其和主站集中自愈控制區(qū)別在于饋線線路配電終端不僅是自愈控制主體，而且還是算法指令執(zhí)行者，體現(xiàn)的是每個配電終端互相配合的結(jié)果。所以，要想實現(xiàn)快速自愈控制技術(shù)的高效運(yùn)用要符合以下要求：（1）將斷路器安裝于變電站出口母線位置，配備延時保護(hù)繼電保護(hù)設(shè)備；（2）饋線線路開關(guān)設(shè)備為斷路器，故障發(fā)生的時候可快速將故障電流切開；（3）饋線系統(tǒng)通信網(wǎng)使用高速光纖自愈環(huán)網(wǎng)；（4）配電終端設(shè)備使用符合要求，其中饋線系統(tǒng)配電終端功能包括遙測、遙信、遙控，監(jiān)測線路運(yùn)行數(shù)據(jù)；精度高；設(shè)備間實時共享故障、開關(guān)部位、開關(guān)拒動、跳閘成功等信息；結(jié)合提前制定好的策略，快速定位、隔離故障，并及時將非故障區(qū)供電恢復(fù)；不同饋線保護(hù)、開關(guān)設(shè)備要保證動作機(jī)制的完善性；配電終端自愈控制應(yīng)該具備投退功能；可借助遠(yuǎn)程形式對參數(shù)配置與保護(hù)。

2 分布式配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)應(yīng)用案例

2.1 工程概況

此次研究選取的案例為某一開閉所Ⅰ、Ⅱ回出線主干線路，其中戶外開關(guān)箱為11 臺，老舊開關(guān)有5 臺，新建開關(guān)箱6 臺。以這些設(shè)備為重要依據(jù)，增加以及調(diào)整了部分設(shè)備，以達(dá)到智能分布式功能的目的。如果線路出現(xiàn)了故障，以免由于變電站跳閘進(jìn)而導(dǎo)致一些非故障區(qū)大規(guī)模停電，在最短的時間內(nèi)，以較快的速度將故障區(qū)間隔離，保證聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘快速恢復(fù)供電（如圖3、圖4）。

圖3 故障發(fā)生在主干線

圖4 故障發(fā)生在支線

2.2 技術(shù)方案

分布式饋線自動自愈控制技術(shù)運(yùn)用的時候，在通信方面的要求很高，在出現(xiàn)故障后，DTU 間信息必須在10ms 內(nèi)完成高效交互，因此，此次案例中選用的是工業(yè)光纖以太網(wǎng)自愈環(huán)。變電站限時速斷保護(hù)延時最少也要預(yù)留200ms 級差。案例中Ⅰ、Ⅱ回出線、開閉所直至中心變電站均采用的是光纖通信進(jìn)行的鋪設(shè)，所有的新建主干線路分布式開關(guān)均能夠參與饋線自動化方案故障處理各個環(huán)節(jié)，這時不管是主干線出現(xiàn)故障，還是分支出現(xiàn)故障，都能夠在變電站出線開關(guān)動作前將故障快速切斷。同時，6 臺新建的戶外開關(guān)箱以及所有斷路器均具備了故障電流快速切斷的功能，其中分布式系統(tǒng)接線中Ⅰ、Ⅱ回出線以環(huán)網(wǎng)形式為用戶提供電能；Ⅲ回2#、3#分、4#、5#、6#分支箱、Ⅱ回3V 分支箱都在分布式結(jié)構(gòu)內(nèi)，其他開關(guān)并未參與；其中聯(lián)絡(luò)開關(guān)是Ⅲ回5V 分支箱906開關(guān)。

2.3 故障處理策略

如果F2 出現(xiàn)了故障，其中Ⅲ回2#分支箱901、906開關(guān)，Ⅲ回3#分支箱901 開關(guān)都會發(fā)現(xiàn)故障電流，借助高速通訊網(wǎng)和相鄰開關(guān)間快速完成信號的發(fā)送。Ⅲ回3#分支箱901 開關(guān)將故障發(fā)生區(qū)域進(jìn)一步明確以后，以“智能分布保護(hù)跳閘”命令為依據(jù)，將故障切除。Ⅲ回3#分支箱906 開關(guān)接收到關(guān)于切除故障的信號以后，延時100ms 以后會自動做出分閘處理，隔離故障。而此時Ⅲ回3#分支箱906 開關(guān)保持分閘狀態(tài)，借助高速通訊網(wǎng)快速傳送故障隔離信號，完成合閘轉(zhuǎn)供操作。如果F4發(fā)生了故障，能夠檢測到此故障電流的開關(guān)分別是Ⅲ回2#、3#、4#分支箱901、906 以及Ⅲ回5#分支箱901，在高速運(yùn)作的通訊網(wǎng)支持下，和相鄰開關(guān)間完成信息的有效交互。Ⅲ回5#分支箱901 開關(guān)會將故障點發(fā)生的具體范圍進(jìn)一步明確，進(jìn)而完成“智能分布保護(hù)跳閘”操作，將故障切除。

3 結(jié)語

在配電網(wǎng)供電環(huán)節(jié)，分布式配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的應(yīng)用是比較安全可靠的方法，一方面，可以避免由于故障發(fā)生導(dǎo)致大范圍停電現(xiàn)象的發(fā)生；另一方面，可以確保供電更加安全與穩(wěn)定，強(qiáng)化自愈控制技術(shù)的高效率使用，是未來分布式配電網(wǎng)快速切除故障，在較短時間內(nèi)保證供電的重要途徑，市場前景非常不錯。在配電網(wǎng)自愈控制中涉及到的環(huán)節(jié)較多，而自愈控制技術(shù)包含著軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備的自動化，屬于綜合性較強(qiáng)的控制技術(shù)，推進(jìn)配電網(wǎng)所有設(shè)備高效聯(lián)動。在配點網(wǎng)中饋線線路是重要組成部分，直接關(guān)系到了用戶用電質(zhì)量，如果饋線線路可以快速自愈，對于配電網(wǎng)自愈有著非常重要的意義。本文在對分布式配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)要點進(jìn)行詳細(xì)闡述的基礎(chǔ)上，以具體案例為重點，進(jìn)一步明確了自愈控制技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，能夠在很大程度上降低由于停電帶來的經(jīng)濟(jì)損失；在快速處理故障的同時，縮小停電區(qū)域，實效性、通信性效果較為顯著，為配電網(wǎng)自動化、智能化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。