考慮負(fù)荷均分及時(shí)序的備自投壓板最優(yōu)投退策略

潘凱巖 譚大帥 李俊格 鄧穎奇

（1. 東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000；2. 廣東電網(wǎng)廣州供電局，廣州 510620）

備自投裝置（BATS）對(duì)于保證可靠供電具有重要的作用[1]。為避免備自投動(dòng)作后出現(xiàn)設(shè)備過(guò)載情況，文獻(xiàn)[2-5]從不同角度提出了消除設(shè)備過(guò)載的處理方法。文獻(xiàn)[6]通過(guò)N-1校核給出了備自投壓板的投退策略，但由于一些特殊的備自投存在諸如時(shí)序及負(fù)荷均分等特性，這都使備自投的壓板投退策略變得相對(duì)復(fù)雜，如果對(duì)這些特性考慮不充分，則給出的壓板投退策略與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況會(huì)有比較大的差別，因此，有必要對(duì)備自投的時(shí)序性及負(fù)荷均分特性進(jìn)行深入地分析以使給出的備自投壓板投退策略能更符合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況。

1 智能備自投建模

文獻(xiàn)[6]給出了智能備自投的通用建模方法（如圖1），內(nèi)容包括備自投模型、包括備自投類型（母聯(lián)備投或設(shè)備備投）、設(shè)備信息（線路、變壓器、開(kāi)關(guān)、母線）、投退設(shè)置（就地退出、就地投入、自動(dòng)控制）、投退調(diào)節(jié)模式（停止、開(kāi)環(huán)執(zhí)行、閉環(huán)）及壓板信號(hào)點(diǎn)等。另外，這里只對(duì)備自投的負(fù)荷均分及時(shí)序特性進(jìn)行近一步說(shuō)明。

圖1 備自投通用模型

1.1 時(shí)序性

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障后，可能造成許多母線停電，一般來(lái)說(shuō)，發(fā)生故障的設(shè)備的電壓等級(jí)越高，造成停電的母線數(shù)越多。如果BATS之間不考慮動(dòng)作時(shí)間的配合，就可能引起許多BATS動(dòng)作，實(shí)際上，并非所有這些 BATS動(dòng)作都是必要的。因此，在BATS建模及壓板投退策略中必須考慮備自投的時(shí)序性。

如圖2所示，圖中分別給出了同一電壓等級(jí)及不同電壓等級(jí)的時(shí)序特性。本文后面章節(jié)對(duì)基于供電路徑搜索的方法來(lái)確定備自投的相對(duì)時(shí)序參數(shù)及要進(jìn)行投退備自投的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步描述。

1.2 負(fù)荷均分性

備自投均分性指當(dāng)某備自投動(dòng)作后，為避免備用電源過(guò)載而觸發(fā)相關(guān)聯(lián)的備自投從而使負(fù)荷在備用電源間分?jǐn)?，這樣使過(guò)載的可能性比單個(gè)備用電源帶全部負(fù)荷有所降低。如圖3所示，假設(shè)變#1變壓器發(fā)生故障，在無(wú)均分的情況下，#2變壓器將帶母線Ⅰ母，ⅡA母，ⅡB三個(gè)母線的負(fù)荷，如果考慮均分，則#2變壓器與#3變壓器之間的備自投也會(huì)動(dòng)作，最終的結(jié)果是#2變壓器帶母線Ⅰ母和ⅡA母，#3變壓器帶母線ⅡB母和Ⅲ母，從而降低了#2變壓器過(guò)載的可能性。

圖3 備自投負(fù)荷均分性

在處理中，可以對(duì)備自投信息進(jìn)行擴(kuò)展，增加備自投是否含有負(fù)荷均分特性的標(biāo)志，如果含有負(fù)荷均分，則在建模中根據(jù)備自投包含的母線關(guān)系自動(dòng)搜索其對(duì)應(yīng)的負(fù)荷均分備自投。如針對(duì)圖 3，如果備自投開(kāi)關(guān)500A備開(kāi)關(guān)501含有負(fù)荷均分，則因備自投開(kāi)關(guān) 500A備開(kāi)關(guān) 501的備用母線為ⅡA母，而備自投500B備開(kāi)關(guān)502B的工作母線為IIB母，母線ⅡB母與母線ⅡA母為同一計(jì)算節(jié)點(diǎn)，從而可以得出當(dāng)備自投開(kāi)關(guān)500A備開(kāi)關(guān)501動(dòng)作時(shí)，也會(huì)同時(shí)觸發(fā)其負(fù)荷均分備自投（備自投開(kāi)關(guān)500B備開(kāi)關(guān)502B）動(dòng)作，這里將備自投開(kāi)關(guān)500A備開(kāi)關(guān) 501做為主備自投，將備自投開(kāi)關(guān) 500B備開(kāi)關(guān)502B作為從備自投，含有負(fù)荷均分特性的備自投動(dòng)作即可轉(zhuǎn)換為主備自投加從備自投一起動(dòng)作。

2 考慮負(fù)荷均分的備自投壓板最優(yōu)投退策略

在基于N-1校核進(jìn)行的智能備自投的壓板投退策略中，要對(duì)有負(fù)荷均分特性的備自投進(jìn)行拆分，即改為主備自投加從備自投同時(shí)動(dòng)作的方法，但由于備自投投入閉環(huán)時(shí)間點(diǎn)不同，從而導(dǎo)致有的備自投是自動(dòng)控制的，有的是非自動(dòng)控制的，帶負(fù)荷均分且為自動(dòng)控制的備自投與帶負(fù)荷均分且為非自動(dòng)控制的備自投的策略在校核中是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)非自動(dòng)控制且?guī)ж?fù)荷均分的備自投的策略，用戶要求在N-1校核完成后再進(jìn)行專門(mén)針對(duì)非自動(dòng)控制且有負(fù)荷均分的備自投進(jìn)行二次校核。

2.1 考慮負(fù)荷均分的故障綜合排序處理

由于備自投的均分特性，在進(jìn)行N-1校核時(shí)如果完全按文獻(xiàn)[6]進(jìn)行故障排序，則會(huì)出現(xiàn)可能含有負(fù)荷均分的備自投的故障先進(jìn)行校核，而對(duì)其中的從備自投在后面又進(jìn)行了校核并且經(jīng)校核相應(yīng)的備自投是需要退出的，這樣前面已經(jīng)校核的含有負(fù)荷均分備自投的故障必須重新校核，對(duì)于大量的故障，這樣處理必然會(huì)導(dǎo)致整體策略異常及效率低下。為此，在對(duì)故障進(jìn)行排序時(shí)，不能簡(jiǎn)單的按引起備自投動(dòng)作的個(gè)數(shù)進(jìn)行排序，而是應(yīng)考慮負(fù)荷均分特性，本文中處理改為：如果某個(gè)備自投含有負(fù)荷均分，則給其一個(gè)較大的權(quán)重K（例如100），而普通的備自投的權(quán)重可以設(shè)置為 1。最終可以得到故障的綜合權(quán)重值如下：

式中，m為故障引起的動(dòng)作的備自投的總數(shù)，Kj為相應(yīng)備自投的權(quán)重。如圖3所示，故障與指標(biāo)值如下表（表中502A備501及502B備503都帶有負(fù)荷均分特性）。

表1 考慮負(fù)荷均分的備自投排序

由表1可見(jiàn)，故障的最終排序順序?yàn)?2變、#1變及#3變。這樣在校核時(shí)可以對(duì)不含均分備自投的故障先校核，含有均分備自投的故障后校核。從而避免了負(fù)荷均分的備自投與普通備自投的相應(yīng)交叉影響的情況。

2.2 綜合考慮帶負(fù)荷均分且自動(dòng)控制及帶負(fù)荷均

分且為非自動(dòng)控制的備自投在線投退策略

綜合考慮帶負(fù)荷均分且為自動(dòng)控制及帶負(fù)荷均分且為非自動(dòng)控制的整體投退策略流程如圖4所示。

圖4 含帶負(fù)荷均分備自投的綜合投退策略

從圖4中可以看出，在壓板投退策略中，是按普通備自投、帶負(fù)荷均分且為自動(dòng)控制、帶負(fù)荷均分且為非自動(dòng)控制3種類型進(jìn)行校核的。首先對(duì)類型1、2、3進(jìn)行校核，在最后一輪中，再對(duì)帶負(fù)荷均分且為非自動(dòng)控制的備自投進(jìn)行校核，其目的是給用戶指導(dǎo)意見(jiàn)，即非自動(dòng)控制且?guī)ж?fù)荷均分的備自投是否可以帶3段母線，以便用戶可以人工對(duì)非自動(dòng)控制的備自投進(jìn)行相應(yīng)的投退操作。

2.3 帶負(fù)荷均分且為自動(dòng)控制模式的壓板投退策略

帶負(fù)荷均分且為自動(dòng)控制處理詳細(xì)流程圖如圖5所示，這里以圖 2中的備自投為例進(jìn)行說(shuō)明，從圖中可以看出，在校核500A備501時(shí)，分別考慮了其均分備自投動(dòng)作時(shí)是否會(huì)造成相應(yīng)的主變（這里為#3變）及更上一級(jí)線路過(guò)載，如果過(guò)載，則單獨(dú)將500B備502B退出。其他處理如圖5所示。

圖5 含帶負(fù)荷均分備自投投退策略

2.4 帶負(fù)荷均分且為非自動(dòng)控制模式的壓板投退策略

帶負(fù)荷均分且為非自動(dòng)控制的備自投的壓板投退策略在非最后一輪N-1校核中的處理與帶負(fù)荷均分且為自動(dòng)控制的主要區(qū)別為（以500A備501為例）：在處理中如果引起#3或上級(jí)線路過(guò)載，則先不將相應(yīng)的均分備自投退出，只是在N-1校核全部完成后，再補(bǔ)充一輪針對(duì)帶負(fù)荷均分且為非自動(dòng)控制的備自投的校核，如果在最后一輪校核中，仍然出現(xiàn)#3主變或上級(jí)線路過(guò)載，則給出相應(yīng)的均分備自投退出的策略。

3 考慮時(shí)序的備自投壓板最優(yōu)投退策略處理

對(duì)地區(qū)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，同一變電站不同電壓等級(jí)之間或同一電壓等級(jí)之間的備自投通常存在時(shí)序特性（如圖1所示），在滿足動(dòng)作條件的備自投組中，如果其相應(yīng)的時(shí)序參數(shù)不同則應(yīng)進(jìn)一步根據(jù)時(shí)序參數(shù)由小到大依次校核，這樣不但軟件處理繁瑣，同時(shí)要求用戶對(duì)時(shí)序參數(shù)要及時(shí)維護(hù)、及時(shí)更新，否則相應(yīng)的邏輯判斷可以與實(shí)際情況不符。

本文根據(jù)供電路徑搜索，在備自投壓板投退策略中自動(dòng)確定同時(shí)滿足動(dòng)作條件的備自投的組合校核順序，如圖6所示。

圖6 含時(shí)序特性的備自投組合投退

由于不涉及到拓?fù)渲匦掠?jì)算，從而使N-1計(jì)算速度得到了很大的提高。

假設(shè)模擬L1發(fā)生故障，則如果不考慮備自投的時(shí)序特性時(shí)，備自投C1備B1，C2備B2，F(xiàn)1備E1，F(xiàn)2備E2同時(shí)滿足動(dòng)作條件。

1）根據(jù)供電路徑搜索處理，從電源點(diǎn)（這里為L(zhǎng)1）采用深度優(yōu)先搜索方法（DFS）向下搜索，在搜索過(guò)程中如果搜索到35kV母線或10kV母線，則記錄相應(yīng)的供電路徑，包括路徑上的支路信息、母線信息等。

2）通過(guò)搜索到的母線信息及備自投對(duì)應(yīng)的母線信息，確定設(shè)備與備自投的路徑數(shù)序關(guān)系。

3）對(duì)不同路徑上的備自投進(jìn)行組合，得到最終的校核順序。

以圖5為例，L1最終可確定出2條供電路徑，每條路徑上的備自投信息分別為：①備自投 C1備B1，C2備B2；②F1備E1，F(xiàn)2備E2。

對(duì)不同路徑上的備自投進(jìn)行組合，可以得到最終的投退校核順序見(jiàn)表2。

表2 考慮時(shí)序特性的備自投投退校核順序

從表2中可以看出，通過(guò)組合可以很容易地處理備自投的時(shí)序特性的投退策略，首先校核備自投C1備B1，備自投F1備E1的壓板投退，如果這一組中有備自投需要退出，則進(jìn)行后續(xù)校核，否則不必進(jìn)行后續(xù)校核。

N-1校核詳細(xì)處理：對(duì)故障進(jìn)行排序完成后，需要進(jìn)行N-1校核計(jì)算以檢測(cè)當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障后是否會(huì)引起備自投動(dòng)作，如果引起備自投動(dòng)作，則需要對(duì)備自投動(dòng)作后的電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算，校核備自投動(dòng)作后是否有設(shè)備過(guò)載，如果有設(shè)備過(guò)載，則需按一定規(guī)則將部分備自投退出運(yùn)行以消除設(shè)備的過(guò)載情況。

4 應(yīng)用效果分析

通過(guò)對(duì)備自投進(jìn)行分類，不但可以處理普通備自投的投退也可以高效地處理現(xiàn)場(chǎng)中含負(fù)荷均分的備自投的壓板投退。目前，文中提出考慮負(fù)荷均分特性的自動(dòng)控制的備自投及帶負(fù)荷均分的非自動(dòng)控制的備自投壓板投退策略已經(jīng)在廣州供電局投入閉環(huán)運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)中大量的備自投都含有負(fù)荷均分特性，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，通過(guò)對(duì)備自投分類進(jìn)行處理，使得只含普通備自投的故障先進(jìn)行校核，而含有負(fù)荷均分特性的備自投的故障后校核。從而使不同的備自投的投退相互不影響，使得備自投的壓板投退策略可以更高效地運(yùn)行，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

本文根據(jù)備自投的負(fù)荷均分特性及時(shí)序特性在實(shí)際壓板投退策略中對(duì)備自投進(jìn)行了分類處理，使最終給出的策略更加符合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況。本文提出的策略可以高效地處理現(xiàn)場(chǎng)中含有均分的備自投的壓板投退，從而最大限度地保證電網(wǎng)的供電可靠性?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果表明該方法具有一定的通用性。

[1] 丁書(shū)文. 電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2007.

[2] 潘凱巖, 劉仲堯, 宋學(xué)清, 等. 自動(dòng)負(fù)荷控制系統(tǒng)在佛山電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2009,33(22): 94-97.

[3] 李少謙, 張孟君, 倪小惠, 等. 消除330kV變壓器過(guò)載的自動(dòng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移控制技術(shù)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2009, 37(11): 106-108, 115.

[4] 潘琪, 時(shí)伯年, 湯峻, 等. 基于運(yùn)行方式自動(dòng)識(shí)別的主變過(guò)載聯(lián)切優(yōu)化控制研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(6): 125-128.

[5] 潘凱巖, 劉仲堯. 負(fù)荷轉(zhuǎn)供在線輔助決策系統(tǒng)在大型電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù), 2013(5): 54-57.

[6] 潘凱巖, 譚大帥. 基于 EMS的智能備自投在線壓板最優(yōu)投退策略[J]. 電氣技術(shù), 2015(7): 103-107.