謝義苗，何樂彰，張忠會，熊劍鋒

(1.國網上饒供電公司， 江西 上饒　334000；2.南昌大學 信息工程學院，南昌　330031)

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基于可靠性的不同供電區(qū)配電自動化終端數量優(yōu)化方案研究

謝義苗1，何樂彰1，張忠會2，熊劍鋒2

(1.國網上饒供電公司， 江西 上饒334000；2.南昌大學 信息工程學院，南昌330031)

為了解決不同供電區(qū)對可靠性要求不同所導致的配電終端數量不同問題，提出了基于可靠性的不同供電區(qū)配電自動化終端數量優(yōu)化方案，根據可靠性的要求提出配電自動化終端優(yōu)化配置的思路和原則，分析了未實施配電自動化、全“二遙”、全“三遙”以及混合配置幾種模式下的供電可靠性指標與配電終端數量之間的關系，并以某市級電網為例說明配電自動化終端優(yōu)化過程，研究了配電自動化技術對供電可靠性的影響，以便更加合理科學進行配電自動化規(guī)劃，并為今后配電自動化工程提供一定的參考。

可靠性；配電自動化終端；優(yōu)化；不同供電區(qū)

配電自動化終端數量的投入多少，與供電可靠性的高低直接相關，配電自動化技術作為提升供電可靠性的關鍵措施，越來越得到專家學者的青睞。配電自動化技術通過在開關上裝設具有“二遙”或者“三遙”功能的配電終端，從而實現故障的快速定位、隔離以及故障區(qū)用電恢復。雖然裝設配電終端能提升供電可靠性，若每個開關都配置配電終端，會產生巨額的投資。目前眾多學者主要從網架改造、配電自動化終端投入等方面進行對供電可靠性進行研究。文獻[1]分析了多種能夠提高饋線利用效率的接線模式，用于提升大型城市核心供電區(qū)的配電網高可靠性。文獻[2]針對傳統單環(huán)網結構無法滿足城市重點地區(qū)供電可靠性要求，提出基于環(huán)間聯絡和配電自動化的配電網設計方案，以滿足重點城區(qū)的高供電可靠性要求。文獻[3]提出在對于經濟發(fā)達、負荷密度大以及可靠性要求高的地區(qū)，采用閉環(huán)運行方式。文獻[4]提出配電管理系統的“花瓣”型電網結構，用于提升供電可靠性；配電自動化終端方面。文獻[5]提出結合圖論對具有遙控功能的三遙終端安裝位置對配電網可靠性影響進行了研究。文獻[6-8]分別從投入產出比和考慮不同網絡結構及供電可靠性要求的角度分析了配電自動化終端配置數量。文獻[9-13]則分析了配電自動化技術接入對供電可靠性的影響以及配電自動化技術與其他系統的配合問題。

選取配電終端的數量和位置依然需要進一步研究，本文主要從供電可靠性的角度研究，說明供電可靠性指標與配電終端數量之間的聯系，分析不同網架結構、不同供電分區(qū)下，如何進行配電自動化的終端配置，以便更加合理科學的進行配電自動化規(guī)劃，并為今后配電自動化工程提供一定的參考。

1　配電自動化終端優(yōu)化配置思路與原則

根據不同城市的發(fā)展，不同城市不同階段對供電可靠性的要求不同，配電自動化終端優(yōu)化思路應結合地域和時間特性，針對性地提出滿足本區(qū)域供電可靠性要求的配電自動化終端規(guī)劃方案。

1.1配電終端優(yōu)化配置思路

供電可靠性與網架結構、設備水平、技術水平、管理水平等多方面因素相關，根據《江西省配電網規(guī)劃技術導則》對本地區(qū)A、B類供電區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖，制定配電終端優(yōu)化配置思路，如圖1～圖3所示。

圖1　A類地區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖

圖2　B類地區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖

圖3　C類地區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖

根據圖1、圖2、圖3中曲線，制定配電終端優(yōu)化配置思路，如圖4所示。

對于A類供電區(qū)，應優(yōu)先開展配電自動化，在網架結構合理的基礎上，采用全線配置“三遙”終端，全部采用電纜或絕緣導線供電，減少故障率；其次應提升管理水平，如開展不停電作業(yè)、狀態(tài)檢修等，以便以較少的投資獲得可靠性能的較高提升。

對于B類供電區(qū)，以加強網架結構為主，將現有單輻射線路逐步實現環(huán)網或雙射結構，使其滿足“N-1”轉供電要求；其次通過配電自動化技術，采用“二遙”終端為主，聯絡開關和特別重要的分段開關也可配置“三遙”終端，從而提升供電可靠性。

對于C類供電區(qū)，應優(yōu)先開展配電自動化，采用“二遙”終端為主，聯絡開關和特別重要的分段開關也可配置“三遙”終端；其次通過優(yōu)化網架，從而提升供電可靠性。

1.2配電終端優(yōu)化配置原則

由于經濟發(fā)展水平不同，不同供電區(qū)對供電可靠性要求不同，配電自動化不應盲目追求高供電可靠性，應結合供電區(qū)具體情況分階段、有計劃地實施，一般來說，配電自動化終端配置需滿足以下要求：

(1)可靠性要求。根據配電網規(guī)劃技術導則，不同供電區(qū)在不同階段對供電可靠性要求不同，配電終端配置方案應滿足不同供電區(qū)規(guī)劃要求達到的供電可靠率(RS-3)。

圖4　配電終端優(yōu)化思路

(2)經濟性要求。大量配電終端的配置及不滿足配電自動化要求設備的改造和更換，對于電網公司是一項巨大的投資。因此，應選擇具有負荷轉移能力的聯絡點，以便節(jié)約投資，保障負荷損失最小。

(3)負荷均衡要求。為縮小故障停電范圍，應盡量使得配電終端間所處的每段線路接帶負荷水平相當。

2　基于可靠性的不同分區(qū)配電自動化終端數量配置

2.1配電終端配置數量優(yōu)化

配電線路發(fā)生故障，故障處理時間(T)主要包含故障定位時間(T1)，故障隔離時間(T2)，以及故障修復時間(T3)。

T=T1+T2+T3

(1)

(2)

式中Fa——饋線總故障率；fk——第k段線路的故障率。

根據配電終端種類的不同，分4種模式計算所需配電終端的數量。

(1)饋線滿足N-1準則，采用全“三遙”配置方式，這種配置方式一般用于A類或者A+類供電區(qū)域，該種配置方式需要配電終端能夠實現“遙控”、“遙信”、“遙測”這“三遙”功能，需要開關安裝操作機構，并配備專門的光纖通道用于通信，需要較大的投資。

若饋線采用全“三遙”配置方式，則認為饋線的故障定位時間(T1)和故障隔離時間(T2)近似為0，則故障處理時間(T=T3)。

則供電可靠率(ASAI3)為：

(3)

假設該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI3

(4)

解式，得所需要配電終端數量m為：

(5)

(2)饋線滿足N-1準則，采用全“二遙”配置方式，這種配置方式一般用于D類及以下供電區(qū)域，該種配置方式只需配電終端能夠實現 “遙信”、“遙測”這“二遙”功能，開關無需加裝操作機構，采用無線進行通信，無需進行光纖通信，節(jié)省通道，極大地節(jié)約了投資。

若饋線采用全“二遙”配置方式，則認為饋線的故障定位(T1)近似為0，則故障處理時間(T=T2+T3)。

則其供電可靠率ASAI2為：

(6)

假設該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI

(7)

得所需要配電終端數量m為：

(8)

(3)饋線滿足N-1準則，采用“三遙”和“二遙”混合配置方式，這種配置方式一般用于B類及C類供電區(qū)域，該種配置方式重要開關機聯絡區(qū)域采用“三遙”配置，其他開關采用“二遙”配置。

若饋線采用“三遙”和“二遙”混合配置方式，假設“二遙”均勻分布在“三遙”中間，每個區(qū)域有臺“二遙”終端模塊，則：

m=m1+(m+1)×l

(9)

式中m——“二遙”和“三遙”模塊之和；m1——“三遙”終端模塊數量；(m1+1)×l——“二遙”終端模塊數量。

(10)

假設該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI32

(11)

得所需要配電終端數量m1為：

(12)

則“二遙”配電終端數量為：

m2=(m1+1)×l

(4)饋線不滿足N-1準則，采用全“二遙”配置方式，主干線采用具有本地保護和重合閘功能的“二遙”終端實現k2+1級保護配合，若饋線采用全“二遙”配置方式，則認為饋線的故障定位時間(T1)和故障隔離時間(T2)近似為0，則故障處理時間(T=T3)。

則其供電可靠率ASAI2′為：

(13)

假設該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI2′

(14)

得所需要配電終端數量m為：

(15)

根據實際情況，分以上4種模式，采用式—計算配電終端的配置數量，聯絡開關一般配置“三遙”。

2.2配電自動化技術對供電可靠性提升

配電自動化縮短了停電時間和縮小了停電范圍，根據配電網規(guī)劃技術導則對供電區(qū)域的劃分，配電自動化技術對各供電區(qū)供電可靠性的提升可按照進行計算：

ASAIAC=1-(1-ASAI)δ

(16)

式中ASAIAC——計及故障停電因素的進行配電自動化之后的可靠性指標；δ——故障停電戶時數占總停電戶時數的百分比；δ——根據市級自動化實施區(qū)歷年10kV用戶供電可靠性統計數據獲得。

3　算例分析

3.1配電自動化終端優(yōu)化結果

某地級市核心區(qū)本次配電自動化投資建設線路66條且均為B類供電區(qū)，每條10kV線路配備3個環(huán)網柜，將線路分成4段，每個環(huán)網柜接待1.5MW左右負荷，提高供電可靠性，每條線路極限容量接待9.5MW負荷，全部滿足“N-1”結構，結合前文中的配電自動化終端規(guī)劃思路，根據2.1所述的根據可靠性的要求不同，計算某市B類供電區(qū)配電終端優(yōu)化配置結果，如表1所示。根絕可靠性計算結果，B類供電區(qū)每條線路配備3個自動化終端，其中1個“三遙”終端將2個“二遙”終端分別劃分為2個“二遙”區(qū)段，配電自動化終端優(yōu)化結果如表1所示。

表1　配電自動化終端優(yōu)化結果

3.2配電自動化技術對供電可靠性的影響

根據統計數據該市故障定位時間和隔離時間和分別取90min和120min，配電自動化實施后和分別取20min和10min，某地級市采用半自動故障處理模式，故配電自動化建設前后倒閘操作時間未進行變化取未變化，均取60min。某地市電力公司線路故障率統計數據如表2所示。

表2　10 kV線路故障率統計表

這里分4種情形討論電力系統二次環(huán)和矩陣控制技術對供電可靠性的影響。

(1)情形1：網絡結構為單環(huán)網，未進行配電自動化建設，未實現自動化，故障停電戶時數占總停電戶時數的百分比為100%；

(2)情形2：網絡結構為單環(huán)網，支線未形成二次環(huán)結構，只有主干線進行配電自動化建設，相當于每條線路分為3段，實現自動化，故障停電戶時數占總停電戶時數的百分比為33%；

(3)情形3：網絡結構為單環(huán)網，支線未形成二次環(huán)，主干線和分支線都進行配電自動化建設，以2進4出環(huán)網柜為例，停電用戶占總用戶的1/12，實現自動化，故障停電戶時數占總停電戶時數的百分比為8%；

(4)情形4：網絡結構為單環(huán)網，且支線形成二次環(huán)，主干線和分支線都進行配電自動化建設，形成二次環(huán)，支線按2分段計算，則停電戶數占總停電戶數的1/24，約為4%，實現自動化，故障停電戶時數占總停電戶時數的百分比為8%。

配電自動化縮短了停電時間和縮小了停電范圍，計算自動化實施前供電可靠率，然后根據式計算得出配電自動化實施前后某地市供電可靠性的變化結果如圖5、圖6所示。

圖5　配電自動化實施前供電可靠性

圖6　配電自動化提升可靠性結果

從圖5、圖6可以看出，當主干線進行配電自動化建設時，供電可靠性有一個較大的提升；若同時支線也進行配電自動化建設，則供電可靠性將從99.98%上升至99.99%；若主干線形成了單環(huán)網結構，支線同時支線也形成了二次環(huán)，則供電可靠性將有進一步的提升。

以上情況說明，配電自動化技術對供電可靠性從99.98%提升至99.99%有較大作用，若某地區(qū)供電可靠性已經達到99.99%以上，則配電自動化技術對供電可靠性的提升作用較為有限，進一步提升可靠性，可通過提升配電管理水平。

4　結語

本文分析不同網架結構、不同供電分區(qū)下，如何進行配電自動化的終端優(yōu)化方案，配電自動化技術對供電可靠性的影響，得出以下結論：

(1)供電可靠性與網架結構和配電自動化技術相關，不同地區(qū)網架結構和配電自動化技術對供電可靠性的提升要求不同；

(2)各地區(qū)不可盲目追求自動化建設，應結合自身實際情況，根據可靠性的要求，選擇適合實際情況的配電自動化終端優(yōu)化方式；

(3)配電自動化技術對供電可靠性有較大促進作用，在進行配電自動化建設時，可優(yōu)先選擇主干線進行配電自動化，為滿足更高的可靠性要求，可考慮分別進行支線自動化，以及提升配電管理水平。

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(本文編輯：嚴加)

Distribution Automation Terminal Optimal Scheme for Different Power-Supply Areas Based on Reliability

XIE Yi-miao1，HE Le-zhang1，ZHANG Zhong-hui2，XIONG Jian-feng2

(1.StateGridShangraoPowerSupplyCompany，Shangrao334000，China;2.SchoolofInformationEngineering，NanchangUniversity,Nanchang330031，China)

Tooptimizedistributionautomationterminal,whichmeetstherequirementofdifferentpower-supplyareas,aschemeisproposedfordistributionautomationterminaloptimalideaandprinciplefordifferentpower-supplyareasbasedonreliability.Itanalyzestherelationshipbetweenthenumberofdistributionautomationterminalandsupplyreliabilityindicatorsinthesecases:linewithoutconfigurationofterminalunit,linewithconfigurationofmonitoringterminalunitonlyandlinewithmixedconfigurationofmonitoringterminalunitandcontrollingterminalunit.Acity-levelnetworkwastakenasanexampletoanalyzetheeffectsofdistributionautomationtechnologyonpowersupplyreliabilityanddistributionautomationterminaloptimizationprocessinordertoprovidemorescientificandreasonableguidanceoverthedistributionautomationplanningforthefutureautomationprojects.

reliability；distributionautomationterminal；optimization；differentpower-supplyareas

10.11973/dlyny201604002

謝義苗(1990)，男，碩士，研究方向為電力系統自動檢測與控制及配電自動化等。

TM76

A

2095-1256(2016)04-0414-06

2016-04-16