配电网故障快速恢复方法

配电网故障快速恢复方法

郭永,张健

(国网北京市电力公司 运行检修部,北京101200)

摘要针对快速实现配电网故障恢复的问题,对智能配电网的故障、网络重构及故障恢复进行了分析。通过建立包含约束条件的配电网故障快速恢复数学模型,对网络拓扑搜索进行了研究。利用网络拓扑搜索与故障信息矩阵相结合的方法,解决了配电网故障定位问题。并就常见的35 kV永久配电故障,给出了35 kV电源故障快速恢复方案,针对解决方法进行了实际案例分析,验证了所提出方案的可靠性及有效性。

关键词配电网故障;网络拓扑搜索;故障恢复;网络重构

收稿日期:2015-02-28

作者简介:郭永(1985—),男,硕士研究生。研究方向:配电网自动化。E-mail:741037921@qq.com

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.040

中图分类号TM711.2;TP311

Research on the Method of Power Failure Fast Recovery

GUO Yong,ZHANG Jian

(Operation Overhaul Unit,State Grid Electric Power Company Beijing,Beijing 101200,China)

AbstractThe paper discusses the fault analysis of smart distribution network,network reconfiguration and fault recovery.First of all,the distribution network fault contains constraints fast recovery mathematical model is discussed and the research on network searching analyzed.A combination of network topology search and fault information matrix phase is adopted for fault location in distribution network.An actual 35 kV distribution network fault recovery case is given and analyzed,which verifies the reliability of the proposed method.

Keywordsdistribution network fault;network topology search;fault recovery;network reconfiguration

随着城市建设的发展,配电网也发展迅速,同时,针对配电自动化的要求也越来越高。35 kV中低压配电网是电力系统中配电系统的重要组成部分,因此,针对35 kV配电网进行故障恢复研究具有重要意义[1]。配电网的故障恢复主要包含故障定位、故障隔离及网络重构[2-3]。

本文基于配电网故障特点,讨论了包含约束条件的配网故障恢复数学建模,并针对故障分析相关理论进行了进一步分析讨论,编制了35 kV故障快速恢复方案,以实际案例验证了该方案的有效性,证明了该方案具备一定的实际工程应用价值。

1配电网故障恢复建模及拓扑搜索

1.1　配网故障恢复

配电网故障恢复指配电网故障发生后,针对该故障进行定位、隔离以快速恢复供电的方法[4-5]。

为了实现配电网故障后更多负荷快速恢复供电,同时降低损耗、提高运行可靠性与电压质量,目标函数的建立应尽量考虑重要负荷优先恢复、减少开关操作次数、降低网损等要求,该函数

f(x)=αmaxHload+βminPloss+γminNum

(1)

其中,α、β、γ分别表示恢复量、网损及开关操作次数权重;Hload是负荷恢复总量,Ploss是配电网的网损;Num是恢复开关操作次数。

为满足电气约束与安全约束,以下约束条件为负荷转移需要满足的必要要求:

(1)节点电压

Uimin≤Ui≤Uimax,i=1,…,m

(2)

其中,m表示节点总数;Uimin、Ui、Uimax分别为节点电压的下限、节点电压及其上限。

(2)线路容量

Il≤Ipl,l,…,Ii

(3)

其中,Il表示通过元件的电流;Ipl为可通过元件的最大电流。

(3)辐射状运行

gk∈Gk

(4)

其中,gk是目前的网络结构,Gk表示所有辐射状的网络配置集合。

1.2　配电网拓扑搜索

拓扑分析作为电力系统领域高级分析计算的基础[6-7],可实现基于开关的开合状态,针对电网实时结构网络模型进行分析计算,从而确定节点——开关与母线的连接关系[8-9]。

(1)等值节点分析。针对等值节点进行分析的过程为递归过程,设置节点访问标记以规避重复搜索。根据节点在链表的存储顺序进行节点指针链表访问,首先针对节点进行是否属于某等值节点的判断,如该节点进行等值处理,则访问相邻节点,否则生成新的等值节点,将其添加到指针链表,并进行编号。接着访问该节点的相邻节点,如相邻节点没有进行等值处理,且通过合闸断路器和上一节点相连,则将其存入指针链表。以上循环访问为一个等值节点的处理过程。

(2)电气岛分析。电气岛为通过有阻设备进行连接的等值节点所组成的电气子系统,根据是否包含电源可以分为活岛与死岛。基于等值节点分析,针对等值节点指针链表进行依次访问,进行与该等值节点通过有阻设备所连接的另一等值节点,将其存入电气岛链表,同时进行标号,以上流程的循环为电气岛分析。

(3)配网拓扑搜索。配网拓扑搜索指通过算法对配网节点与支路进行搜索,以判断节点及支路的连通性与连接关系,从而实现配网的区域划分,以便于10 kV单点与多点故障进行馈线供电恢复与35 kV故障进行负荷转移以提供供电恢复。

2配电网故障定位

2.1　网络拓扑搜索

进行故障定位前,需获取网络拓扑结构的矩阵,该过程需要进行网络拓扑搜索,将拓扑参数导入到拓扑表中[10]。

节点编号相邻节点支路编号开关入节点开关出节点支路阻抗节点有功节点无功开关状态备注

图1拓扑表

基于广度搜索原理,从节点编号最小处进行搜索,并针对父节点进行搜索,直到末端,以获取网络矩阵D。

(5)

2.2　故障信息矩阵

由终端FTU将故障信息矩阵进行传递,针对各个节点FTU,设定电流整定值与正方向,故障电流通过该节点,可按照以下原则获取故障信息矩阵。

表1　故障信息

注:若发生故障信息丢失或者变形,需要进行判断,从而进行补充及修正,再进一步进行故障定位。

针对故障信息不足的情况进行故障处理的原则如下:配网中,各个节点信息量发生变化具备内在规律,配网中的测量信息量发生变化,配网亦会发生相应变化以达到稳定值。如配网发生故障,可以通过计算FTU开关处的短路电流,并通过短路电流和缺失信息处短路电流的相关性,弥补缺失故障信息。

3配电网电源故障恢复策略

3.1　配电网35 kV电源故障恢复策略

35kV变电站为35kV中低压配网核心,基于供电可靠性、经济性及灵活性,通常配置2～3台主变压器,对具备重要负荷的变电所,使用两台三绕组变压器。对于一般性变电站,在一台主变停运时,其余主变可保证65%的负荷。每台变电器35kV进线都采用单母线多电源供电方式,10kV出线使用单母线多出线的方式,两母线间均具备母联开关,且一般为断开状态。每条10kV母线存在多条10kV馈线,以便把电能传输到小区、厂区、大厦等,并根据用户需求以连接10kV用户。

基于以上分析,35kV配电网电源故障的常见故障为:进线、断路器、电容器、母线、变压器等故障,本文重点讨论配电网永久故障。

(1)35kV进线故障。如果发生35kV进线故障,首先需要判断故障发生前负荷量及备用电源容量,而后进行自投或切除三级负荷的后备自投,使用拉手开关将切除的负荷转移到其他电源进行供电的10kV馈线上。在供电进线与备用进线均失电导致母线失电的情况下,闭合35kV母联开关或将部分优先级较低负荷切除再将35kV母联开关闭合,使用拉手开关将切除的负荷转移到其他电源供电的10kV馈线处。

(2)变压器故障。该故障包含单主变故障及多主变故障。单主变故障发生时,若满足容量限制,可闭合10kV母联开关,把负荷转移到另一台变压器10kV母线上,也可切除优先级较低的负荷,再进行母联开关闭合。多主变故障发生,只可使用拉手开关,将重要用户进行优先恢复转移到其他电源供电的10kV馈线处。

(3)10kV馈线故障。针对10kV馈线出现的单点或者多点故障,可使用拉手开关进行负荷转移。

3.2　配电网35 kV电源故障恢复步骤

由于配电自动化水平日益提高,含有大量FTU、DTU和RTU,基本可实现“三遥”。因此,可实时采集配电自动化系统的运行情况,将其传至配电SCADA系统,以便为调度部门提供工作参考。针对配电网35kV电源故障,通常进行以下恢复步骤:

(1)获取故障前后配电网的运行情况数据,如节点电压、网络参数、支路电流、断路器状态、节点负荷等。

(2)35kV发生进线故障时,优先实现35kV电压的恢复路径。

(3)若无法实现35kV电压全部失电负荷的恢复,则将故障区域的10kV馈线负荷容量及相邻电源点进行恢复。

4案例分析

本文主要讨论某35kV进行故障的供电恢复过程。根据上文分析,针对35kV进线故障情况可知,该故障发生的原因主要有以下两种:(1)由上级电源直接进行供电。(2)由上级电源使用其他变电站母线进行供电。

表2　35 kV进线故障供电恢复方案

综上可知,35kV进线故障恢复过程主要使用两种方案进行供电恢复:(1)使用备用电源供电。(2)使用与上级供电电源连接的电源对其进行供电恢复。

5结束语

本文讨论了配电网故障数学建模的情况,探讨了配电网的网络拓扑表示与搜索方案,给出了常用的配电网故障定位方法,针对配电网永久故障情况进行了分析总结,结合实际的35kV配电网进线故障进行了分析研究,给出了具体的故障恢复方案及实现步骤,验证了提出方案的可行性。

参考文献

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