配电网故障自愈控制机理研究

摘　要：我国经济的快速增长和人民生活水平的提高对配电网供电可靠性和安全性提出了更高的要求：希望在故障发生后快速将故障隔离在最小范围并恢复受影响的健全区域供电。本文笔者结合自身工作实践经验阐述了配电网故障自愈控制机理，以供参考。

关键词：智能电网 ，电网故障 “自愈”控制
前言
　　我国近年来城乡电网改造与建设取得了长足进步，配电网规模持续增长，网架结构进一步改善，配电网供电能力得到提升，配电自动化技术取得了长足的进步,配电自动化和配电管理系统得到了初步应用，对于提高供电可靠性奠定了良好的基础。智能电网是我国电网的发展趋势，智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，“自愈”是智能电网最重要的特征，“自愈”电网需要在发生故障后，切除故障元件并且在很少或不用人为干预的情况下迅速恢复受影响的健全区域供电，从而几乎不中断对用户的供电服务。
一、实施配电网故障“自愈”的目的与意义
　　尽管我国配电自动化和配电管理系统已经得到了初步应用，但是其故障处理仍不能满足“自愈”的要求，主要表现为：在实际当中故障信息往往是非健全的，而在这种条件下已有的故障定位技术的容错性差或不具备容错能力；故障恢复的自动化程度也不够高；对具有一定故障“自愈”功能的重合器相互配合模式馈线自动化装置的应用缺乏深入的研究，往往因整定缺陷而不能发挥其作用；对于实际应用中采取“自愈”方式的风险缺乏必要的评估。
为了解决上述问题，开展配电网故障“自愈”的研究，所取得的预期成果可对于进一步提高供电可靠性和配电网自动化水平具有重要意义。配电网故障“自愈”完成后，研发的集中智能配电网故障“自愈”控制应用软件可以作为高级配电自动化系统的一个功能模块，提升配电自动化系统的功能；研发的分布智能配电网故障“自愈”控制装置可以进行产业化和推广应用；所提交的配电网故障“自愈”控制风险评估与防范措施研究报告有助于供电企业提高运行管理水平。
二、几种不同类型配电网实现“故障自愈”的理论和实践依据
2.1. 集中式智能配电网故障“自愈”控制。
（1）根据配电自动化系统采集到的故障时刻前后的馈线开关状态信息、流过馈线开关的负荷信息和部分配电变压器工作信息，并利用上下游馈线段负荷变化的相关性，进行数据挖掘以实现在非健全信息条件下的配电网结线分析，得到比较可靠的网络拓扑及其变化信息。
（2）根据配电自动化系统采集到的故障信息，并融合故障时刻前后的网络拓扑及其变化信息，采用贝叶斯风险决策理论，在存在故障信息误报和漏报的非健全信息条件下，实现配电网容错故障定位。
（3）考虑故障定位的不确定性，以尽量减少故障恢复过程对用户的影响为原则，安排科学的故障“自愈”恢复步骤，在实际操作中若遇到开关拒动的情形，以保护已经恢复区域供电并尽量减少受故障影响而停电的区域为原则，生成补救措施。
（4）基于上述理论研究成果，研究开发配电网故障“自愈”控制应用软件包，可以基于配电自动化系统实现配电网故障“自愈”恢复。
2.2 分布式智能配电网故障“自愈”控制
（1）在故障发生时刻，馈线上相邻智能配电终端单元之间高速通信传递故障信息。各台智能配电终端单元根据自身采集的故障信息及收到的相邻智能配电终端单元传来的信息，综合判断对所控分段开关操动执行跳闸还是闭锁、对所控联络开关操动执行合闸还是闭锁，从而实现快速将故障隔离在最小范围内和快速恢复受故障影响的健全区域供电，并且在故障处理过程中不会造成故障上游区域短暂停电。
（2）智能配电终端单元之间的数据通道选用自愈式光纤环网，故障检测采用傅氏算法并具有涌流闭锁机制，能够避免冷负荷冲击。工作电源和操作电源采用超级电容器与电池混合储能，由超级电容器提供峰值功率，由电池维持失去主供电源后较长运行时间。
2. 3 配电网“自愈”控制的风险评估及防范措施
（1）采用后果分析法，评估对配电网“自愈”控制产生影响的各种风险因素（包括：开关变位误报与漏报、故障信息误报与漏报、电流互感器和电压互感器故障、配电自动化终端电源失灵、通信中断、开关拒动等）对各种“自愈”控制方式下的配电网产生的影响。
（2）根据配电网“自愈”控制的风险评估结果，有针对性地提出防范措施，对各种“自愈”控制方式进行完善，并得出它们的适用范围。
三、配电网故障“自愈”研究内容和技术路线
3.1 配电网故障“自愈”理论研究内容
3.1.1.集中智能非健全信息条件下故障定位与故障自愈控制机理研究
（1）.健全故障信息条件下故障定位方法研究。
（2）.主要是总结和归纳已有的配电网故障定位技术。
（3）.非健全故障信息及其产生原因分析。
（4）.分析各种可能出现的障碍及其对故障信息完备性的影响。
3.1.2配电网开关状态估计与结线分析
（1）.利用配电自动化系统所采集到的信息的关联性和时变相关性，对开关状态和变位时刻进行估计，准确把握故障时刻前后配电网的拓扑结构及其变化情况，为故障诊断提供辅助支持。
（2）.配电网容错故障定位方法研究：根据配电网的非健全故障信息和故障前后拓扑结构及其变化情况，采用贝叶斯风险决策理论，实现配电网容错故障定位。
（3）.配电网故障自愈控制方法研究：确定故障定位（健全故障信息条件）下配电网故障的”自愈”恢复步骤研究，不确定故障定位（非健全故障信息条件）下配电网故障的”自愈”恢复步骤研究，考虑开关拒动情况的配电网故障”自愈”恢复步骤研究。
（4）.配电网故障“自愈”控制应用软件开发
基于上述理论研究成果，研究开发配电网故障“自愈”控制应用软件，可以基于配电自动化系统实现配电网故障“自愈”恢复。在该软件的研究态，采用大量案例进行仿真测试。用所建设的配电网模拟实验平台对该软件的实时态进行测试。
3.2分布智能通信配合故障自愈控制机理研究及装备研制
　　3.2.1 分布智能通信配合故障自愈控制机理研究
研究无分支开环配电网分布智能通信配合故障自愈控制方法，研究含分支开环配电网分布智能通信配合故障自愈控制方法，研究含分支闭环配电网分布智能通信配合故障自愈控制方法。
　　3.2.2 分布智能故障自愈控制终端单元的研制
研制具有分布智能通信配合故障自愈控制机理的配电终端单元，采取工业以太 网进行信息传输。利用所搭建的试验配电网进行测试和实验研究。
配电网故障自愈控制的风险评估及防范措施研究
配电网故障自愈控制的风险评估
可能对配电网“自愈”控制产生影响的失效或障碍排查，各种影响因素对“自愈”控制的效果的影响分析与风险评估。
　　3.2.3 配电网故障自愈控制的风险防范措施研究
对“自愈”控制的影响比较大的风险因素制订防范措施。
各种配电网故障自愈控制方式的适用范围分析
对各种“自愈”控制方式的功能和风险等方面进行对比分析，得出它们各自的适用范围。
3.2.4配电网模拟实验平台建设
　　用继电器代替馈线开关、用低压交流电路模拟代替中低压配电线路，搭建配电网模拟实验平台，用来模拟各种故障现象和检验配电网“自愈”控制原理和设备的性能。
3.3 技术路线
　　配电网“自愈”控制机理研究分三个阶段进行：第一阶段主要研究重点在于理论研究和实验平台构建，第二阶段主要研究重点在于应用软件和装置研究开发，第三阶段主要研究重点在于实验与测试、应用研究和产品完善。如图1所示。

图1 本项目的技术路线图
注： 
① 健全故障信息条件下故障定位方法研究；
② 非健全故障信息及其产生原因分析
③ 配电网开关状态估计与结线分析
④ 配电网容错故障定位方法研究
⑤ 配电网故障自愈控制的风险评估
⑥ 配电网故障自愈控制的风险防范措施研究
⑦ 各种配电网故障自愈控制方式的适用范围分析
四、预期目标和成果形式
　　掌握集中智能配电网故障自愈控制和分布智能通信配合故障自愈控制机理,明确自愈控制中存在的风险因素，提出握风险定量评估的方法，给出防范措施，总结出各种自愈控制方式的适用范围。

参考文献：
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