基于网络重构的智能配电网自愈技术

摘要：自愈控制技术是智能配电网的核心的技术。本文首先通过智能输配电网的比较以及自愈的技术需求提出了自愈的优化目标。然后通过一个含故障的配电网络拓扑图对自愈过程进行了参数约束式的分析。最后，提出了基于网络重构的智能配电网自愈实现方案及流程。

关键词：智能配电网；自愈；网络重构；可转移负荷

ABSTRACT: Self-healing is the core technology of Smart Distribution Grid. This paper puts forward the aim of self-healing in two aspects: comparing the transmission grid and distribution grid, the need of self-healing.Then, it analyses the course of parameter constraint, by a faulted grid. It raises a program of self-healing and network reconfiguration.

KEY WORDS: Smart Distribution Grid; Self-healing; Network Reconfiguration; Transferring Load中图分类号：U224.3+1文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

0引言

电网自愈的概念最早出自美国电科院（EPRI）与美国能源部于1999 年启动的“复杂互动系统”研究计划。1999年，清华大学提出“数字电力系统”概念，此为智能电网的雏形，也为自愈技术打下了仿真技术的基础。

文献[1]以“2-3-6”为框架叙述自愈控制的概念和体系；文献[2]提出了适用于实时控制的配电网供电恢复计算方法；文献[3]提出了采用自愈速度和供电自愈率指标来评价配电网的自愈能力。

珠海供电局的琴韵变电站将作为广东电网的 “3C绿色电网”建设试点，其220kV/20kV电压等级是本地区首次引入20kV中压等级，同时也是珠海智能配电网发展的重要契机。

1智能配电网的自愈技术的技术需求分析

自愈技术是电网实现智能化的重要手段，目前对电网自愈的研究分成输电网与配电网两部分内容。由于发挥的作用、网络结构与运行方式等有着很大的差异，输电网与配电网对自愈功能要求也不同。本论文主要针对智能配电网自愈进行研究。

表1 智能化的输电网和配电网比较

Tab.1 Comparison between intelligent power transmission and distribution network

由上述比较可以看出智能配电网区别于输电网有两大特点。一是采用辐射型供电方式，而是在智能化过程中强调减少停电时间、杜绝安全越限。

为了实现自愈技术的分布自治性、工况适应性和广域协调性，智能配电网实现过程由响应层、协调层和决策层组成。单向流程如图2-1。反应时间都在秒级或者微秒级，非常迅速。这就需要自愈过程有固定的算法植入到快速仿真中，以决策出最佳的自愈方案。

图1 智能配电网自愈单向逻辑流程

Fig.1 Technological process of intelligent distributed network

满足智能配电网的两大特点和自愈技术的要求即为本论文的研究目标。

2 网络重构的优化目标

自愈技术的重要目标之一是故障隔离与恢复。而供电恢复是一个带约束的多目标优化问题，在故障隔离后，分段开关与联络开关的重新配合可看做对电力网络的重构，由于网络拓扑结构可能发生多种变化，快速的选择其中一种结构作为最优方案，能为智能配电网自愈技术发展提供有力的支持。图2-2为网络重构初始图：含六条馈线的配网接线。

为了简略起见，图中简略了各母线。

图2 含六馈线的配电网络图

Fig.2 Distributed network with six feeder lines

图中编号1-10为分段开关，一般情况下位于闭合状态；

编号-为联络开关，一般情况下处于开断状态；

对于整个系统的自愈过程而言，优化目标有两个。一是尽量减少开关的操作。因为操作的次数增加会导致系统稳定性减弱，且可能延误恢复时间，不利于迅速恢复供电；二是恢复对最多的失电负荷，所谓恢复是指正常供电，即不存在电流越限和电压越限[4]。

当1和2之间出现了故障，自愈系统会很快做出反应，在短时间断开分段开关1和2；

在故障隔离的一瞬间，分段2、3、4、7、9五个开关全部失电。自愈的目标是尽量用最优化的方法恢复供电。

基于以上的优化目标，确定自愈系统的评定体系中含有以下两个因素：

（1）开关的操作次数，用CZ来表示；

（2）未失电区负荷的转移量，用ZY来表示；意义为负荷的转移量与失电总负荷的比值表示；

本论文含有三个重要的指标，会在自愈过程中出现，现阐述如下：

（1）最大备用容量。从所给的图而言，为联络开关供电电源的是馈线F4，从到F4之间可能含有多个支路，设其为、....，每条支路每相的额定电流与支路的电流值即为（以a相为例），那么最大备用容量就是中最小的值。

（2）可转移负荷，即分段开关可向该联络开关转移的负荷量。就所给图而言，对于

分段开关5而言，可以向联络开关转移的负荷量是其下游母线集（粗线部分）的负荷总量。

图3 可转移负荷的概念阐述图

Fig.3 Conception of load transfer

（3）联络开关与发生电压越限（即超出电压允许值范围）的母线之间的电气距离。需要注意的是，当电压越下限的时候，某一联络开关的应该取电气距离中的最小值。这是因为此值的设定是为了运用此指标对联络开关进行排序，选择闭合合适的联络开关，消除电压越限。取最小值可以防止电气距离较小的母线在联络开关闭合后越上限。

3自愈过程的方案选取

第一步是选择闭合适当的联络开关恢复对失电区的供电。

候选开关应该首先考虑支持馈线的联络开关。对于馈线F1来说，馈线F2、F3和F4是支持馈线。而馈线F5、F6都是下一级馈线。当分段开关1、2之间发生故障，系统会断开1、2进行故障隔离。由图中可以看到满足要求的只有馈线F2、F3、F4。计算三者的最大备用容量。由图中可知,其次是开关。即联络开关的最大备用容量最大。于是选择闭合来恢复供电。若出现电流越限，将也闭合。

图4 有/无电流越限情况的网络图

Fig.4 Network with exceed(or not)current limit

第二步是如果以上方案无电压越限情况，选择合适的分段开关并断开。

因为在、闭合之后，网络拓扑发生了变化，不再呈现辐射型供电。这里的分段开关选择原则是：