基于分區(qū)分層模式的集中式饋線自動化方案研究

王偉，李萌

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210000； 2.陜西省地方電力有限公司寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000)

基于分區(qū)分層模式的集中式饋線自動化方案研究

王偉1，李萌2

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210000； 2.陜西省地方電力有限公司寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000)

為了更好地完成配電網(wǎng)故障處理，對傳統(tǒng)饋線自動化系統(tǒng)的程序流程進(jìn)行了分析，指出其面向過程的處理方法在處理復(fù)雜配電網(wǎng)故障時的不足。采用將監(jiān)控范圍分區(qū)和邏輯架構(gòu)分層的故障處理方法，達(dá)到故障處理程序靈活配置并增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)對并發(fā)故障等極端情況的目的。

饋線自動化；并發(fā)故障；故障定位；故障隔離；故障恢復(fù)

0 引言

饋線自動化FA(Feeder Automation)系統(tǒng)是配電網(wǎng)自動化的重要組成部分，對于提高供電的可靠性和縮短非故障區(qū)的停電時間具有重要意義。FA系統(tǒng)分為分布式和集中型2種，集中型FA系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡?，由主站進(jìn)行故障定位、隔離和恢復(fù)供電。

關(guān)于集中式FA系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得一定成果，多篇文獻(xiàn)從不同角度進(jìn)行了評述。文獻(xiàn)[1]總結(jié)了多種傳統(tǒng)的故障定位方法，提出基于Multi-agent的智能饋線自動化自愈控制方法；文獻(xiàn)[2]提出1種負(fù)荷開關(guān)與斷路器組合的饋線，并給出了模式化故障處理的建議步驟；文獻(xiàn)[3]考慮由變電站與主控站2級控制來實現(xiàn)FA功能；文獻(xiàn)[4]提出了配電網(wǎng)大面積斷電的供電恢復(fù)以及如何生成開關(guān)操作順序。

本文借鑒了文獻(xiàn)[3]中將故障區(qū)域分為2部分的方法，提出1種“監(jiān)控范圍分區(qū)，邏輯架構(gòu)分層和恢復(fù)策略分步”的集中式饋線自動化系統(tǒng)實現(xiàn)方案，并設(shè)計了算例，驗證了該方案的有效性。

1 分區(qū)分層模式介紹

分區(qū)分層模式的主要思路是對FA系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控范圍的橫向分區(qū)和邏輯架構(gòu)的縱向分層，使得系統(tǒng)在處理監(jiān)控范圍大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)故障時具有更好的靈活性和可靠性。

1.1監(jiān)控范圍分區(qū)

傳統(tǒng)的主站FA程序算法啟動后，根據(jù)故障信息進(jìn)行故障定位和故障隔離，然后在整個監(jiān)控范圍內(nèi)尋找與待恢復(fù)區(qū)域存在電氣連接關(guān)系的線路，進(jìn)而給出故障恢復(fù)方案。隨著配電網(wǎng)監(jiān)控范圍越來越大，網(wǎng)絡(luò)改造、擴(kuò)容和日常維護(hù)逐漸增多，區(qū)域內(nèi)很有可能在同一時間點發(fā)生多處故障。由于傳統(tǒng)FA程序的一次故障處理范圍是整個監(jiān)控區(qū)域，如果在較短時間內(nèi)發(fā)生多點并發(fā)故障，程序?qū)⒁砸欢ǖ臅r間間隔進(jìn)行故障分批處理，在一批故障尚未處理結(jié)束時，不可以處理下一批故障。這種處理邏輯增加了后續(xù)故障恢復(fù)方案的完成時間，進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)荷恢復(fù)供電的時間變長。

基于上述考慮，本文將整個監(jiān)控范圍進(jìn)行分區(qū)，劃分的原則可以根據(jù)不同的現(xiàn)場使用習(xí)慣確定，如按電源點分區(qū)和按行政管理范圍分區(qū)等。其中，按電源點分區(qū)是指根據(jù)供電端點不同進(jìn)行分區(qū)，按行政管理范圍可以市、縣、區(qū)為單位進(jìn)行分區(qū)。通過對監(jiān)控范圍進(jìn)行分區(qū)，各個分區(qū)可以獨立進(jìn)行故障處理，增強(qiáng)了系統(tǒng)處理并發(fā)故障的能力；不同的分區(qū)可以設(shè)置獨立的故障處理邏輯，增強(qiáng)了主站FA系統(tǒng)處理故障的靈活性。

1.2邏輯架構(gòu)分層

傳統(tǒng)的FA程序依次完成故障定位、故障隔離，再遍歷故障區(qū)域的備用供電線路，給出故障恢復(fù)方案。這種處理邏輯結(jié)構(gòu)簡單、步驟清晰，適用于監(jiān)控范圍內(nèi)一次接線簡單、饋線數(shù)量少的主站系統(tǒng)。隨著配電網(wǎng)升級改造，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，F(xiàn)A系統(tǒng)需要處理的內(nèi)容越來越多，傳統(tǒng)FA系統(tǒng)面向過程處理邏輯的優(yōu)勢不再明顯。針對這一特點，本文將FA系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)進(jìn)行了分層，包括：饋線層、 分區(qū)層和中心層。

饋線層位于分區(qū)層下一級，處理對象為各條饋線，負(fù)責(zé)完成饋線層故障定位、饋線層故障隔離和給出故障點上游區(qū)域故障點和電源點之間的區(qū)域供電恢復(fù)策略?？梢酝瑫r啟動多個饋線層程序，快速完成故障定位和隔離。如果故障點沒有備用電源(通過閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)，可以給該點供電的電源)，則故障隔離成功后直接給出故障處理結(jié)果。如果饋線層無法完成故障處理，則上報分區(qū)層。

分區(qū)層的處理對象為整個監(jiān)控范圍內(nèi)的全部分區(qū)，負(fù)責(zé)完成分區(qū)內(nèi)故障饋線定位、隔離和饋線層故障隔離成功后的故障點下游區(qū)域故障點后的失電區(qū)域供電恢復(fù)。如果相對獨立的分區(qū)發(fā)生并發(fā)故障，則可以同時啟動多個分區(qū)層程序，進(jìn)行故障處理。若分區(qū)層無法完成故障處理，則上報給中心層。

中心層(Center)位于分區(qū)層上一級，負(fù)責(zé)保存全網(wǎng)設(shè)備連接關(guān)系，更新遙測、遙信、掛牌等信息，維護(hù)全網(wǎng)動態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；發(fā)生故障時，確定故障所在分區(qū)，觸發(fā)對應(yīng)分區(qū)的故障處理程序；當(dāng)分區(qū)層無法完成故障處理時，協(xié)調(diào)相關(guān)區(qū)域，完成分區(qū)間的故障處理。

1.3恢復(fù)方案

傳統(tǒng)FA系統(tǒng)的供電恢復(fù)方案在故障定位、隔離和恢復(fù)程序處理結(jié)束之后統(tǒng)一給出。本文參照文獻(xiàn)[3]中所提到方法，將故障恢復(fù)方案分為2步給出，即：故障點上游區(qū)域供電恢復(fù)和故障點下游區(qū)域供電恢復(fù)。

故障點上游區(qū)域的供電恢復(fù)方案是唯一的，只需要完成故障定位與故障隔離之后，合上饋線出口斷路器即可。故障點下游區(qū)域的恢復(fù)供電比較復(fù)雜，有時需要考慮負(fù)荷拆分和饋線容量裕度等問題。

2 算法流程

分區(qū)分層模式程序各分層之間功能明確、相對獨立，當(dāng)其中某層無法完成相應(yīng)功能時，其他層仍可以完成本層的故障處理工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)應(yīng)對極端情況的可靠性，算法流程如圖1所示。

3 算例分析

3.1算法應(yīng)用介紹

實際配電網(wǎng)系統(tǒng)的連接方式比較復(fù)雜，受篇幅所限，本文構(gòu)建了1個虛擬的配電網(wǎng)模型，用以分析分區(qū)分層模式的FA系統(tǒng)，算例分析如圖2 所示。在圖2系統(tǒng)中，包括A，B，C，D，E 5個區(qū)域，分區(qū)間由聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接，分區(qū)外圍虛線用于界定范圍，無實際意義。圖2中未對分區(qū)內(nèi)接線方式進(jìn)行詳細(xì)描述，僅簡要標(biāo)明主要元件，其中圓形代表負(fù)荷開關(guān)，長方形代表斷路器，空心為分位，實心黑色為合位。

圖1 算法流程

圖2 算例分析

監(jiān)控范圍分區(qū)方法比較靈活，有的分區(qū)可能和其他分區(qū)獨立，沒有電氣連接(圖2中的B區(qū))；而區(qū)域之間有連接的情況可以分為2種，即聯(lián)絡(luò)開關(guān)分位(A區(qū)和C區(qū)之間，D區(qū)和E區(qū)之間)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)合位(C區(qū)和D區(qū)之間)，這3種連接狀態(tài)可依次定義為分區(qū)獨立、分區(qū)間接連通和分區(qū)連通。

假設(shè)故障發(fā)生在分區(qū)B內(nèi)，因為B區(qū)與其他分區(qū)獨立，此時供電恢復(fù)方案只在B區(qū)內(nèi)搜索進(jìn)行，若分區(qū)內(nèi)無法完成則需上報故障；若故障發(fā)生在C區(qū)，故障處理首先在C區(qū)內(nèi)進(jìn)行，由于C區(qū)與D區(qū)分區(qū)連通，此時中心層將C區(qū)和D區(qū)聯(lián)合，組成新的區(qū)域進(jìn)行故障處理；若仍然無法完成，則將處理區(qū)域繼續(xù)外擴(kuò)，把與C區(qū)間接連通的A區(qū)加入進(jìn)來，如果還是需要區(qū)域外擴(kuò)，則逐步加入其他可以加入的間接連通分區(qū)E，直到完成故障處理為止；如果中心層無法協(xié)調(diào)完成故障處理，則將故障上報給上級部門。

在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)中，同一故障可能會有多種恢復(fù)方案，不同F(xiàn)A應(yīng)用現(xiàn)場可能需要不同的評判標(biāo)準(zhǔn)。按照本文思路將監(jiān)控范圍分區(qū)后，不同分區(qū)可以根據(jù)實際需要執(zhí)行不同的恢復(fù)方案評判標(biāo)準(zhǔn)，增加系統(tǒng)靈活性。

3.2分區(qū)故障處理實例

如圖3所示，將監(jiān)控范圍分為2個分區(qū)。假定在短時間內(nèi)先后在分區(qū)1內(nèi)發(fā)生故障1、分區(qū)2內(nèi)發(fā)生故障2(間隔時間已滿足并發(fā)故障條件)，現(xiàn)分別按照傳統(tǒng)算法與本文算法進(jìn)行故障處理，并對處理過程進(jìn)行分析比較。

圖3 故障處理實例

由于傳統(tǒng)算法沒有對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，當(dāng)發(fā)生2處故障時，無法確定故障的隔離策略和恢復(fù)策略是否對另1處故障的處理產(chǎn)生影響，因此需要先處理第1次故障之后，再處理第2次故障。圖3所示為系統(tǒng)構(gòu)架和故障情況，傳統(tǒng)算法需要先將故障1進(jìn)行定位、隔離和恢復(fù)之后，再進(jìn)行故障2的處理。如果在處理過程中遇到遙控拒動的情況，則處理時間可能會增加，因而導(dǎo)致處理故障2的等待時間很長。

如采用本文算法，將整個監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行分區(qū)后，收到故障1的信息后，對故障1進(jìn)行處理，若處理過程中收到故障2信息，由于2個故障所在分區(qū)彼此獨立，因此可以立刻啟動另一個分區(qū)的故障處理程序進(jìn)行故障2的處理，不必等待故障1的處理過程結(jié)束。

3.3分層故障處理實例

如圖3的分區(qū)1所示，先后發(fā)生故障1和故障3。傳統(tǒng)算法處理時，先對故障1進(jìn)行故障處理，再對故障3進(jìn)行故障處理，即故障3的隔離操作要等待故障1的故障處理結(jié)束之后方可進(jìn)行。

按照本文算法，將分區(qū)1進(jìn)行劃分：饋線1、饋線2、饋線3[5]。劃分后，在處理故障1的過程中，接到故障3的信息，因為2故障在不同饋線，可以立即啟動另1個饋線層程序進(jìn)行故障3的故障定位和故障隔離，達(dá)到并發(fā)故障時，故障快速定位、快速隔離的目的。

4 結(jié)束語

隨著配電網(wǎng)絡(luò)的日益復(fù)雜，傳統(tǒng)FA程序的處理方式不再高效。經(jīng)過將監(jiān)控范圍分區(qū)和邏輯架構(gòu)分層之后，程序的靈活性和可靠性都得到了顯著提升，這種分區(qū)分層模式在處理范圍廣、容量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)故障時，優(yōu)勢明顯。

[1]高厚磊，龐清樂，李尚振，等.基于Multi-agent的智能饋線自動化自愈控制[J].高電壓技術(shù),2013,39(5)：1218-1224.

[2]劉健，趙樹仁，張小慶，等.配電網(wǎng)故障處理關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動化，2010,34(24)：87-93.

[3]王其玉，靳付魁，韓立奎，等.配電網(wǎng)故障自動定位、隔離與恢復(fù)系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].電工技術(shù)，2004(7)：38-41.

[4]劉健，石曉軍，程紅麗，等.配電網(wǎng)大面積斷電供電恢復(fù)及開關(guān)操作順序生成[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32(2)：76-79.

[5]江南，謝聿琳，侯俊平，等.電纜架空線混合線路重合閘投切方式[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34(3)：112-115.

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

如何使用平面角單位符號“°”“′”“″”

平面角的非SI單位度、[角]分、[角]秒是我國的法定計量單位，其符號“°”“′”“″”是法定符號。由于它們的特殊性，使用時應(yīng)注意以下幾條。(1)不是字母符號，須置于右上標(biāo)，表示量值時數(shù)值與符號間不留間隙，如30°。(2)表示一個平面角的量值時，可同時使用2或3個單位，例如α=25°20′，β=18°15′30″。(3)與其他單位構(gòu)成組合單位時，符號上需加圓括號，如10 (°)/min。(4)書寫平面角的量值范圍時，第1個量的單位符號不應(yīng)省略，如10°～15°不應(yīng)寫為10～15°。(5)不應(yīng)將“′”“″”用于表示時間，如35 min 28 s不得寫為35′28″。(6) GB/T 1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》建議：“平面角宜用單位(°)表示，例如，寫作17.25°不寫作17°15′?！奔础岸取弊詈冒词M(jìn)制細(xì)分。

2016-07-26；

：2017-05-08

TP 29

：A

：1674-1951(2017)06-0020-03

王偉(1983—)，男，吉林吉林人，工程師，工學(xué)碩士，從事配網(wǎng)自動化方面的研究工作(E-mail:tom-wei.wang@sac-china.com)。