电力系统配电网自愈技术及评估方法

电力系统配电网自愈技术及评估方法

【摘要】本文对实现配电网自愈的关键技术进行了简单介绍，对几种配电网接线方式的自愈性进行了分析，最后介绍了基于节点收缩法的配电网自愈能力评估方法。

【关键词】配电网；自愈控制；评估方法

前言

自愈功能是智能电网的特征之一。世界各国对智能电网研究的侧重点不同。美国主要通过通信技术、分布式电源并网技术的运用来提高电网的可靠性；欧洲国家比较重视分布式电源并网技术的研究和运用；我国提出的智能电网是以特高压电网为骨干的网架结构，集成信息技术、决策支持技术、自动控制技术，适应各类电源与用电设施的接入与退出，能与用户进行友好交互，具有系统自愈能力，显著提高系统的可靠性和运行效率。电网自愈控制使得系统能不间断供电，避免故障发生，若发生了故障，故障后不丢失负荷且可以抵御下一次故障的冲击。

1 配电网自愈的关键技术概述

配电网自愈技术建立在智能电网灵活运行方式的基础上，完成主动解列、灵活分区，实现自适应的分布控制，需要智能硬件装置以及相关软件系统的协调控制来实现，涉及继电保护控制、自动控制装置、计算机软硬件以及应用数学等多个领域，实现对系统实时或超时的监测。

配电网自愈包括以下几个主要方面：（1）坚强灵活的电网物理结构，灵活的配电网结构能根据实际运行情况提供多条供电路径。正常情况下通过网络的优化以平衡负荷、减少网损；故障后通过网络快速重构将故障快速隔离和恢复。（2）智能馈线自动化系统。智能馈线自动化技术实现对整个网络的监控和操作，要求开关装置等设备具有良好的选择性和“四遥”功能，能自动识别、检测故障。（3）可靠的通信网络。提高系统输电、配电和用电效率必须要有高效、实时、可靠的网络来进行信息的交互，由智能调配中心进行统一控制。配电网可以通过网络通信进行自我检测，对潮流进行重新分配缩小故障范围。（4）监测系统和软件处理系统。强大的监测能力和快速仿真能力的软件处理系统是实现配电网自愈的关键。监测系统实时地对电力设备进行监测和诊断，仿真软件根据实时的系统数据对系统状态做出仿真，预测电网状态。

2 典型的配电网接线及自愈性分析

配电网的结构与系统的供电容量、供电可靠性和经济性关系密切，配电网的网架结构要与所在城市的负荷水平、电源规划相适应，因此，各个配电系统的负荷密度、接地方式、地形地势、运行方式各不相同。中低压配电网的接线方式主要有：单电源辐射型接线、单环网接线、多分段多联络接线等形式。

单电源辐射型接线比较简单，投资小，运行和维护比较方便，线路故障后不存在负荷转移问题，每条线路不需要考虑线路的备用容量。

单环网接线方式是一种两端都有电源，闭环设计而采用开环运行的接线方式，任一端都可为全线负荷进行供电，当其中一条线路故障后可将负荷切换到另一条线路上，因此，其可靠性比单电源辐射型接线大幅增加。

多分段多联络型接线通过在格子型布置的架空线路上装设分段开关，对每条线路进行分段，而线路之间由联络开关相连，形成多分段多联络的接线方式，各电源闭环设计、开环运行。这种接线方式增大了线路投资，但比较适合负荷密度较高的城市配电网。

配电网的拓扑与其自愈能力关系密切，配电网的接线形式决定了电源规划设计是否与负荷水平相适应，能否具备“自愈”能力。一般来说网环的网络结构比辐射型网络自愈能力强。环网率越高自愈能力越强，环网提高了网络之间的连通能力，通过联络线路转供部分停电负荷，有效减小停电范围。不同的接线方式，其经济性、负载率、可靠性是不相同的，适用于不同的场合。

建设能“自愈”的配电网的思路为：（1）知停电，装设在线路上的智能终端能监测线路的运行状态，提供保护动作信息，确定故障点；（2）少停电，馈线线路上的智能开关对线路进行合理分段，减小停电时间和停电范围；（3）防停电，线路装设的智能开关能快速拦截故障，防止故障线路对主干线和相邻用户造成影响。

配电网自愈的基础是自动化系统分布的智能化。对于不存在负荷转移的简单的配电网接线方式，可通过分段器和重合器的配合，对故障进行快速隔离和恢复供电。系统中的元件须满足以下几个主要条件：（1）在各开关处装设智能电子设备，用于判断故障区间，馈线自动化终端用于发送、接收开关之间的动作信息；（2）智能电子设备与站控层通讯，完成数据通信和远程控制的功能，智能电子设备之间、智能电子设备与站控层的通讯采用光纤自愈环网；（3）开关具备重合闸功能，当线路一侧检测到无压时开放一次重合闸；（4）没有故障电流的线路上的开关具有闭锁功能。

3 配电网自愈能力评估

网络是由具备某种功能的节点通过通路连接起来的结构，节点间可能不存在通路或存多个交叉的通路，而信息通过通路在节点间传送。网络的连通性决定了信息能否传送成功和传送效率的高低。电力系统网络的连通性反应了网结构的坚强程度，连通性越大，电网自愈能力越强。因此，电网连通性是评价其自愈能力的一项重要指标。

3.1 基于节点收缩法的配电网自愈能力评估方法

这种方法的本质是快速对网络连通性进行快速地分析，其思想来源是借鉴电网络分析中的“短路收缩”理论，即“节点收缩”理论。“短路收缩”是指将两个或两个以上的端子短接起来形成一个新的端子。节点收缩法对自愈能力的评估方法如下：首先将实际配电网的接线用图来表示，得到一个矩阵。根据故障类型改变矩阵对应的元素，如果线路发生故障，刚将中对应线路的元素由“1”改为“0”，如果电源发生故障，将相应的对角线元素由“1”改为“0”，形成矩阵，应用节点收缩法对矩阵进行修改得到矩阵，若矩阵不存在全零行或全零列，说明原网络有一定的自愈能力，否则说明原网络对于特定的故障没有自愈能力，故障后会损失负荷

4 总结

智能配电网是智能的重要方面，其自愈功能在于提高供电质量，开展配电网的自愈能力的研究有着重要的现实意义。要进一步研究评估配电网自愈能力的指标和体系，对网络通信技术、测控技术等相关技术进行研究，提高配网自愈能力，推动我国智能电网的发展。