智能配网的故障自愈控制及计算分析.docx

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Summary:智能配电网能够通过不同的区域和层次的技术经济优化的策略和控制手段,快速的检查出该系统内部所出现的系统故障并采取相应的维修技术,而且还可以对系统进行安全检查,将系统中不安全的部分进行预警提示。智能配电网的自愈系统是在不影响正常工作的情况下进行操作修理的,并不会在发生在系统实行自愈的时候造成供电量不足或供电不及时等情况。
Keys:智能配网;故障自愈控制;计算
1配网智能系统及自愈能力
配网智能系统是各地区电网智能化建设的重要组成部分。配网智能系统是利用电子通信技术、计算机及网络技术,将配网各类设备在运行过程中产生的工况数据进行采集和整理,将这些数据信息汇总至配网自动化系统,经过计算与分析,并结合区域内电网结构进行信息整合,实现配网系统对各具体设备的“四遥功能”,最终实现配网管理的集成化和智能化。当前,伴随着配网管理水平的不断提升,智能化配网管理将逐步取代当前的传统配网运行模式,经成为电力行业公认的未来发展趋势。
配网智能化主要依托配网自动化系统作为运行平台,通过智能断路器等设备加以实现。在配网自动化中,故障设备的隔离及恢复等功能也完全包括在智能配网自愈的范畴,同时也是智能配网自愈的关键内容。
配网智能系统中的自愈能力指的是当电力设备发生故障时,通过配网自动化系统对故障设备的电流、电压等工况数据的分析判断,实现故障点的自动定位、故障类型的自动判别,并提供出优选的电恢复方案,最大限度的缩小停电范围和并缩短停电时间,快速的将故障设备隔离,自动调整配网柱上开关、环网柜、馈线π接箱等设备的运行方式,将无关的供电区域从紧急状态恢复到正常的运行状态。
依照目前的电力科技水平,配网自愈只涉及故障点的智能判定和隔离切除,不包括具体故障设备的更换和修复,具体的检修工作仍须要人工完成。
2配网自愈能力的实现
配网自愈的最主要特点就是无需人为干预,通过网络上传设备在故障时的暂态工况信息,经配网自动化系统分析处理,在极短时间内判定并通过智能断路器隔离故障点,最大可能的缩小停电范围和缩短停电时间。
分布于智能配网各处的自动化系统采集终端不间断将各在网设备的运行工况数据进行检测并采集回传,及时筛选设备运行中的所出现的异常信号,通过核心服务器的整合计算与分析判断,对运行工况不良的设备进行及时的纠正和控制,以减少因设备故障导致供电中断的现象。
当配网中一次设备出现接地、短路等暂态故障时,配网自动化系统则能通过与继电保护(变电站配网出线断路器保护、线路分段断路器保护、过电压保
护器等)、自动装置(重合闸、备自投、低频低压减载等)、故障点选判装置等进行相互配合,自动判别故障点的具体位置并通过自动化系统向距离故障点最近的两侧断路器发出分闸信号,其它在网的正常设备则通过自动装置进行自动重合或自投,立即恢复非故障区域的送电。
3自愈控制的数学模型
自愈控制是一个非线性的、多目标、大规模的优化组合的问题,所以,有许多的因素都必须要考虑进去,然后进行严谨的计算,比如说:客户优先等级、电网络约束、失去负荷的恢复数量、线路负荷裕度、开关闭合次数,这些都需要进行计算。自愈控制的数学模型包括约束条件和自愈目标两种,下面逐个进行论述。

在故障自愈控制的数学模型中,约束条件包括网络拓扑结构约束方程、等式约束方程、不等式约束方程。潮流计算在求目标函数计算潮流时自动满足,它是属于等式约束条件的一种,不等式约束包括节点电压约束、支路容量约束。
潮流约束方程
AP=D
式中:D是负荷需求矢量、P为馈线潮流矢量、A为节点支路关联矩阵。
馈线容量的约束方程
式中:Sjmax、Sj分别为第j条支路上流过的允许的最大传输功率值、功率计算值。
线路电流约束方程
式中:Iijmax、Iij分别为支路ij上流过的支路允许的最大传输电流值、电流计算值。
节点电压约束方程
式中:Vjmax为节点j电压的有效值的下限,Vjmin为节点j电压的有效值的上限。

失电负荷最小
其中:s、li为未恢复供电的母线所带的母线数、负荷,λi为负荷的比重系数。
系统有功损耗最小
其中:ki为开关的状态变量;Qi为支路i的无功功率;Pi为支路i的有功功率;Vi为支路i的节点电压幅值;n为线路支线总数;r为支线i的线路电阻。
开关操作次数最小
其中:ci为分段开关的闭合变化状态;n为联络开关的数量;m为分段开关的数量,oi为联络开关闭合变化状态;l表示由打开变为闭合,0表示由闭合变为打开,1表示保持闭合、0表示保持打开。
4智能配电网故障自愈算法
本文根据客户优先等级、电网络约束、失去负荷的恢复数量、开关闭合次数等因素,选择模拟退火算法进行论述。在自愈控制初始条件下,在最短的时间内恢复供电是首先要做到的,在完成恢复供电之后再考虑优化结果的问题,然后将优化扩大,达到全局最优。
为了在线路出现故障或损坏的问题时能够及时进行修复且不影响到其他的供电问题,配电网一般都是开环运行的网状结构,拥有很多条供电路径,并且每段线路都含有许多联络开关以及分段开关。使用模拟退火算法对配网故障进行计算,虽然要多次开关线路,但是能够在很大程度上减少网损,所以,为了方便这一算法的顺利进行,应该要在开始的时侯就对开关进行分类,具体分类时要按照:形成微网孤岛运行后断开的开关作为第一类;必须保持断开状态的
故障线路上的开关是为第二类,不能打开的开关当作第三类;可以随意进行开闭操作的开关是为第四类。其算法流程有:
(1)在开始计算的时候,首先要找到配电网络中所有的失电区域,然后统计计算出失电区域的总失电负荷。
(2)根据实际情况判断是否存在分布式电源。如果没有,那么很简单,直接切除即可,但是有的话,就需要进一步进行确定,要根据类型确定能否构成微网。如果能微网运行,那么久以分布式电源为根节点,找到相应的网络开关将其切断,标记此为一类,随后组成孤岛运行,当失电区域恢复供电时,自动退出算法计算程序。
(3)若是无分布式电源,依然存在未恢复的供电负荷,那么将其统计为不属于分类二和分类一的联络开关数n,如果n为0,就是表明此失电负荷不存在自愈的路径,算法结束,退出程序。
(4)如果n不为0,那么随机闭合一个从n个中选择的开关。
(5)完成上述操作后,对是否还有失电负荷再次进行判断,如果有,那么需要再次统计不属于分类二和分类一的联络开关数n,如果n不等于0,那么转回第四步骤,反复计算直至n为0或者没有失电区域,然后进入模拟退火程序中。
(6)任意断开一个联络开关,然后断开环网网络中随意不属于分类三的分段开关,验证潮流和电压值是否越限和收敛,如果满足条件,将两个开关恢复闭合状态,再一次执行此步骤。
(7)计算目标函数值还有潮流的变化,如果出现较小值,就接受这种网络结构,如果没有出现,就判断判据是否成立,如果成立同样接受新值,不成立就不接受。然后回到步骤六,直到支路开关交换数达到最大支路交换数目。
(8)输出最优的网络结构和未故障自愈的区域及相应损失的负荷。
5结束语
通过对简单单源配网系统的计算分析表明,不管配电网络结构、故障发生地点,同时发生故障的次数,只要失电区域存在供电恢复的路径,可以通过故障自愈程序恢复非故障负荷的供电,并且可以同时优化配电网的网络结构。
Reference
[1]李兴源,魏巍,[J].电力系统保护与控制,2009(17).
[2][J].电网技术,2007(06).
[3][D].天津:天津大学,2011
 
-全文完-