智能配电网自愈控制技术发展与展望

智能配电网自愈控制技术发展与展望

配电网是联系主网和电力用户的关键环节。近年来，我国电网企业将建设改造资金向配电网倾斜，配电网络架构得到极大改善，分布式电源消纳能力增强，允许其最大程度接入，同时鼓励电力用户参与电网互动。随着先进传感与测量技术、一二次融合设备、自动控制方法以及决策支持系统等在配电网中的推广应用，配电网的智能化水平得到显著提升，实现自愈控制是配电网智能化的重要标志。

标签：智能配电网; 自愈控制; 同步相量测量; 支撑技术; 架构设计;

1智能配电网自愈控制需求分析

1）电源侧需求：我国分布式新能源发展迅速，到2020年分布式电源（主要是分布式光伏）装机容量可达1.87亿kW，2030年可达5.05亿kW。分布式电源具有数量多、范围广、容量小、随机性、间歇性等突出特点，其大规模分散接入增大了配电系统协调控制的复杂性和不确定性。

2）负荷侧需求：电动汽车、柔性可控及双向互动等多元化负荷随机无序接入，给配电网安全可靠运行带来巨大影响，同时也极大增加了实现自愈控制分析、判断与决策的难度。

3）对供电可靠性与供电质量的提升需求：电力企业正在大力推进世界一流配电网建设，与世界上部分发达国家相比，我国供电可靠性仍有待提高。2015年，英国供电可靠率达到99.999993%，美国的用户年均停电时间为0.41h，日本仅为0.1h。国家能源局《配电网建设改造行动计划（2015—2020年》中明确了2020年目标，中心城市（区）供电可靠率达到99.99%，用户年均停电时间不超过1h，供电质量达到国际先进水平;城镇地区供电可靠率达到99.88%以上，用户年均停电时间不超过10h;综合电压合格率达到98.65%。随着经济社会的快速发展和居民生产生活水平的不断提升，将对供电可靠性和供电质量提出更高要求。

智能配电网自愈控制是以不间断电网运行和不损失供电负荷为基本控制目标，基于先进健全的量测体系与快速精准的在线状态评估与诊断，及时发现消除随时可能存在的运行风险，快速处理各类故障，应对系统内外各种扰动与冲击，在故障情况下能够维持连续运行、快速处理故障并恢复正常供电。因此，自愈控制无疑是保障电力电子化特征愈发凸现的现代智能配电网在不同状态下安全可靠运行的重要手段。

2基于同步相量測量的自愈控制新支撑技术

2.1快速感知技术

大规模分布式电源、电动汽车接入智能配电网的源、荷变化快速，运行状态复杂多变，微型同步相量测量装置在配电网中的推广应用，将极大提升智能配电

网的可观测性。利用?PMU高密度同步量测数据，并与原有的数据采集与监视控制系统数据相融合，基于多时间尺度混合量测的配电网状态估计、高频动态状态估计、运行风险评估、故障快速诊断分析等关键技术，实现智能配电网运行状态的准确快速感知。

基于同步量测信息的快速感知技术实现方法见图1。

配电网相对于高压输电网而言，点多面广，网络结构复杂，支路短且数量庞大，部分区域量测点占比较低，三相不平衡突出，传统的配电网状态估计方法存在计算效率低、数值稳定性以及估计结果收敛性差等问题，基于?PMU和SCADA 混合量测数据，采用引入中间变量和等式约束的二次约束二次估计或加权最小二乘法等方法，可获得良好的配电网静态状态估计精度和速度。基于?PMU高密度同步相量量测数据，采用改进卡尔曼滤波或快速分解等方法，可实现高频动态状态估计。基于精准的混合量测静态状态估计和高频动态状态估计结果，采用最大方差偏离、电流相角或随机理论等方法，能够实现配电网运行风险评估与趋势预警。另外，为应对大规模分布式电源、电动汽车接入引起的配电网故障电流多源和故障特征多变且易受谐波/噪声干扰等问题，基于?PMU提供的同步相量和同步波形采用模糊聚类或神经网络等方法，实现对智能配电网多类型、弱特征故障的快速诊断分析与准确定位。

2.2精准协调控制技术

大规模分布式电源、电动汽车经电力电子变换器接入，供需强互动、多变换器相互作用使得配电网动态行为复杂化，抗扰动能力差，且易引起谐振和低频振荡。为保障智能配电网安全可靠运行，需利用高密度?PMU量测数据，基于同步相量的孤岛无缝切换与稳定控制、动态特性优化、精准合环、快速故障恢复等控制方法，深度挖掘分布式电源、柔性负荷等可调控潜力，充分发挥分布式电源在主网故障情况下应有的供电支撑作用，实现智能配电网资源利用率的最大化。

基于同步相量的精准协调控制技术实现方法见图2。

高比例电力电子变流器接口的分布式电源接入，使配电网呈现低惯量、控制复杂等特点，当电网发生停电事故时，可将配电子网转化为孤岛自治运行，以减小停电面积，保障对重要负荷的持续供电。与以同步发电机为主要电源的传统电网相比，低惯量配电网孤岛的离并网无缝切换与稳定运行更具挑战性，基于?PMU高密度同步相量数据，通过引入惯性环节切换或基于有功-相角下垂控制的有功补偿方法，实现配电孤岛无缝切换与运行稳定控制。采用半不变量概率潮流计算或区间理论合环电流计算，分析判断合环风险，形成合环控制策略，实现精准合环控制。基于配电网孤岛的离并网无缝切换与稳定运行及精准合环控制技术，并通过采用不确定二层规划、混沌离子群、机会约束规划等方法，实现快

速故障恢复控制，以缩短停电时间，缩小停电区域，提升供电可靠率。另外，由于分布式电源、电动汽车充电桩等可控源荷具有各自控制系统，再加上光伏等分布式电源出力的间歇性和随机性，导致配电网存在不良动态问题。基于?PMU高密度同步相量数据，采用能量动态补偿或附加控制等方法，可实现对智能配电网动态特性的平抑和改善作用。

3结语

智能配电网自愈控制是保障大规模分布式电源、柔性负荷、用户互动负荷等高渗透接入配电网安全可靠运行的重要手段。本文基于国内外自愈控制技术研究现状，深入分析了新形势下自愈控制功能实现的迫切需求，结合微型同步相量测量装置等新产品应用所带来的可观测能力提升以及海量高密度同步相量数据，提出了智能配电网自愈控制新支撑技术、实现方法及其功能体系架构，为自愈控制功能的实现与提升提供了新思路。

配电网是智能电网和泛在电力物联网建设的重要领域，随着“三型两网”建设的快速推进，我国将构建形成能源流、业务流和数据流“三流合一”的能源互联网，逐步普及推广即插即用智能终端、一二次融合智能设备、电子标签、传感器、智能测量等先进设备，深化应用大数据、云计算、物联网、移动互联以及人工智能等先进技术，智能配电网自愈控制功能工程实现的瓶颈问题将迎刃而解，应用前景广阔，对提高我国大规模配电网安全、可靠、经济运行水平具有重要现实意义。

参考文献

[1]赵江河.智能配电网的体系架构设计探讨[J].供用电，2016，33（10）：2-6