蘆鵬

摘要：自愈是智能配電系統(tǒng)的重要特征。智能配電網自愈控制是解決中國配電網長期以來存在的設備利用率低、供電可靠性低、線損率高等關鍵問題的核心技術。首先介紹了智能配電網自愈控制的目標、技術方案與實施條件，在此基礎上介紹了自愈控制研究與示范中的關鍵科學問題，包括智能配電網仿真、分析與試驗，智能決策與網絡重構，故障特性與保護，關鍵負荷保障等技術。最后，分析了智能配電網自愈控制技術研究與應用面臨的問題與挑戰(zhàn)。

關鍵詞：智能配電網;自愈控制;分布式電源

隨著經濟社會的發(fā)展，人類面臨的能源、環(huán)境和氣候問題日益突出，發(fā)展“低碳、高效”經濟成為國際社會的廣泛共識。電力作為最廣泛應用的二次能源供應方式，在“低碳、高效”經濟建設中承擔著極為核心的角色?！爸悄茈娋W（smartgrid）”以其可靠、優(yōu)質、高效、兼容、互動等特點，成為現(xiàn)代電網的發(fā)展方向

1.體系架構

1.1自愈控制目標

智能配電網自愈控制的目標是在含DG的配電網運行過程中及時發(fā)現(xiàn)、預防和隔離各種潛在故障和隱患，優(yōu)化系統(tǒng)運行狀態(tài)并有效應對系統(tǒng)內外發(fā)生的各種擾動，抵御外部嚴重故障沖擊，具有在故障情況下維持系統(tǒng)連續(xù)運行、自主修復故障并快速恢復供電的能力，可通過減少配電網運行時的人為干預，降低擾動或故障對電網和用戶的影響。配電網直接面向用戶，其自愈能力的高低直接影響供電質量。針對配電系統(tǒng)的不同運行狀態(tài)，自愈控制的目標與控制策略完全不同，可分為正常運行狀態(tài)、控制區(qū)域內部故障和控制區(qū)域外部故障3種情況。首先，在電網正常運行狀態(tài)下，自愈控制的目標主要是在滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定約束的前提下，盡可能優(yōu)化系統(tǒng)運行狀態(tài)，充分利用系統(tǒng)中的可再生能源并降低損耗，提高資產利用效率;其次，在自愈控制區(qū)域內部發(fā)生故障時，自愈控制應快速切除故障并確定故障類型與故障位置，盡可能減少或消除非故障段停電范圍與區(qū)域，在故障段則應當通過網絡重構和快速搶修盡快恢復供電;最后，在控制區(qū)域外部發(fā)生不可逆轉的嚴重故障時，應斷開與外部電網的連接，依靠區(qū)域內的DG及儲能裝置，維持系統(tǒng)的自治運行，保證部分關鍵負荷的持續(xù)供電。智能配電網自愈控制目標是自愈策略與控制手段實施的基礎，同時也是評價自愈控制實施效果的依據(jù)。

1.2方案設計

智能配電網自愈控制技術實施方案是自愈控制策略的具體體現(xiàn)，直接決定了自愈控制的實施效果與代價。智能配電網自愈控制功能的實現(xiàn)主要包括以下3種方式。1）集中控制方式主要依靠具有高級分析計算功能的系統(tǒng)主站來完成，它需要系統(tǒng)在發(fā)生故障后將量測信息發(fā)送到主站，通過分析計算確定故障類型、故障位置并形成控制決策，再下發(fā)到保護裝置或智能終端執(zhí)行，整個故障的處理過程依賴主站完成。由于集中控制需要主站與終端的大量數(shù)據(jù)通信，同時僅由主站進行分析決策，耗時較長，很難滿足故障切除的快速性要求，因此，現(xiàn)階段完全依靠集中控制方式實現(xiàn)自愈控制是不現(xiàn)實的。2）分散控制方式主要依靠保護裝置或智能終端的相互配合來實現(xiàn)。故障的清除與故障后的供電恢復完全依靠基于局部信息的保護裝置或智能終端。分散控制方式的效率與可靠性較高，盡管保護裝置或智能終端間存在一定的聯(lián)系，但由于缺少主站的參與，基于局部信息的故障恢復過程缺乏全局性的整體協(xié)調能力，同時也不能適應頻繁變化的網絡結構與運行方式。未來，基于多代理的分布式計算技術的廣泛應用可能會使分散控制方式得到推廣。3）集中—分散協(xié)調控制方式綜合了集中控制與分散控制的優(yōu)點，實現(xiàn)分級分布式協(xié)調控制。在故障清除階段主要依靠保護裝置（或智能終端）的配合實現(xiàn)，在故障恢復階段依靠主站分析計算后下發(fā)的控制命令實現(xiàn)。集中—分散控制方式一方面保證了故障切除的快速性，另一方面具有全局的協(xié)調優(yōu)化能力，可適應多變的網絡結構與系統(tǒng)運行方式，是現(xiàn)階段可行的自愈控制技術方案。圍繞自愈控制的目標，自愈控制技術的實現(xiàn)既要考慮實施區(qū)域的基礎與條件，又將隨著技術的進步進一步發(fā)展和完善。

1.3實施基礎與條件自愈控制技術的實施以配電自動化為基礎，需要滿足以下基本條件：①配備各種智能化的開關設備和配電終端設備;②系統(tǒng)中擁有雙電源或多電源以及DG和儲能設備，具有靈活、可靠的網絡拓撲結構;③可靠的通信網絡及強大的信息處理能力;④擁有具有分析、計算、評估與預警等功能的智能化的主站系統(tǒng)。與傳統(tǒng)配電自動化技術相比，自愈控制技術對主站系統(tǒng)的功能要求更高，能夠滿足DG的靈活接入要求。目前，中國城市電網的配電自動化水平較高，具備較好的自愈控制實施基礎與條件。但相對于城市電網，農村等偏遠地區(qū)限于技術與經濟水平，不完全具備自愈控制的實施條件。在自愈控制的研究與應用中，建議應以自愈控制目標為基礎，考慮不同的技術經濟水平，分階段有計劃地實施配電自動化升級與改造，以實現(xiàn)電網技術與運營的跨越式發(fā)展。

2.愈控制關鍵技術研究

2.1配電網建模、仿真、分析和試驗技術研究

智能配電網的建模、仿真、分析、試驗理論與方法屬于自愈控制技術研究方面的核心基礎研究之一，可為智能配電網的系統(tǒng)設計、深層研究與工程應用提供必要、有效的研究工具和手段。課題對含分布式電源、儲能及微電網的智能配電網的建模方法和仿真方法進行研究。面向智能配電網的不同應用場景，研究了智能配電網暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)建模理論，建立了含分布式電源及儲能裝置的智能配電網多時間尺度模型庫。具體包含：①涵蓋了智能配電網中各個結構層面的多時間尺度建模工作，包括一次能源動態(tài)模型、新能源并網模型;②針對各種分布式電源以及儲能裝置在動態(tài)過程時間尺度上的明顯差異，進行了在不同仿真場景下的模型適應性分析，包括燃料電池、電力電子裝置等;③針對智能配電網網絡規(guī)模龐大、結構復雜、結構與參數(shù)高度不對稱等典型特征，開展了智能配電網模型化簡技術，通過網絡模型的整體降維化簡，實現(xiàn)高維復雜配電系統(tǒng)快速、準確和高效的分析計算。

針對智能配電不同時間尺度動態(tài)過程的具體特點，研究了面向穩(wěn)態(tài)運行模擬的多相潮流計算方法、面向準穩(wěn)態(tài)過程的穩(wěn)定性仿真方法以及面向暫態(tài)過程的電磁暫態(tài)仿真方法，提出了基于顯式-隱式混合積分算法的穩(wěn)定性仿真方法、基于投影積分算法的穩(wěn)定性仿真方法、基于多線程并行計算的暫態(tài)仿真方法以及基于高斯算法和牛頓算法相結合的潮流計算方法，進一步提升程序的仿真計算能力。研究了含分布式電源、微電網及儲能裝置的智能配電網動態(tài)模擬方法，包括RTDS實時仿真方法和仿真建模技術，提出了基于FPGA的智能配電網暫態(tài)實時仿真系統(tǒng)設計方法;開展智能配電網數(shù)字-物理混合仿真技術研究，建立了基于RTDS的智能配電網數(shù)字-物理混合仿真與試驗平臺，平臺能夠對具有不同電壓等級網絡架構和各

種運行方式下的智能配電網進行建模、仿真與分析，以及進行智能終端、分布式智能控制保護設備等智能配電網二次設備的功能或性能的測試，具有良好的可擴展性;基于RTDS試驗平臺，開展了基于硬件在環(huán)仿真的智能配電網自愈控制裝置的試驗測試，包括智能配電網自愈控制主站系統(tǒng)、智能配電網保護測控一體化終端和智能配電網故障指示器等，為智能配電網自愈控制技術研究和示范工程的建設提供支撐。

2.2正常狀態(tài)下的自愈控制技術研究

研究了智能配電網在線風險評估方法，建立了配電網在線風險評估模型。該模型將風險視為健康度與重要度的二元函數(shù)，研究了評估對象的健康度與重要度的影響因素及其權重的確定規(guī)則。根據(jù)配電網的網絡層次及拓撲連接關系，將配電網風險分為四層，包括設備風險、饋線風險、饋線聯(lián)絡組風險以及系統(tǒng)風險。該模型可有效避免基于概率與后果的傳統(tǒng)風險評估方法中事件概率難以獲得、實用性差的缺點，可實現(xiàn)多維度、多時間尺度的配電網實時在線風險評估。研究了含分布式電源的配電網安全預警指標體系、運行狀態(tài)劃分和安全預警方法。利用智能配電網風險評估結果計算相應的運行狀態(tài)劃分指標，并將配電網劃分為正常狀態(tài)、警戒狀態(tài)和故障失電狀態(tài)，研究了運行狀態(tài)的相互轉換機制通過含分布式電源的配電網在線k（n-1+1）評估，自動生成預想事故集，提出智能配電網自動預想事故集與故障恢復的匹配方案。

2.3故障情況下的自愈控制技術研究

研究含分布式電源的智能配電網故障檢測、定位、隔離及重構技術。提出了基于和聲算法的含分布式電源配電網的主站故障定位方法。研究了階段式故障恢復網絡重構方法，并將基本環(huán)路矩陣的自動生成算法應用其中，通過制定無不可行解的編碼規(guī)則，實現(xiàn)了故障停電損失最小、恢復時間最短的目標。

結語：

本文闡述了智能配電網自愈控制技術的概念與特征，由配電自動化故障處理入手，以不同技術水平系統(tǒng)故障處理為例分析了幾種典型的自愈控制技術實現(xiàn)方式。智能配電網自愈控制技術的應用有利于提高配電網供電可靠性和安全性，解決大量分布式電源接入帶來的影響，具有廣闊的市場前景。

參考文獻：

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