基于可靠性的不同供电区配电自动化终端数量优化方案研究

谢义苗，何乐彰，张忠会，熊剑锋

(1.国网上饶供电公司， 江西 上饶　334000；2.南昌大学 信息工程学院，南昌　330031)



基于可靠性的不同供电区配电自动化终端数量优化方案研究

谢义苗1，何乐彰1，张忠会2，熊剑锋2

(1.国网上饶供电公司， 江西 上饶334000；2.南昌大学 信息工程学院，南昌330031)

为了解决不同供电区对可靠性要求不同所导致的配电终端数量不同问题，提出了基于可靠性的不同供电区配电自动化终端数量优化方案，根据可靠性的要求提出配电自动化终端优化配置的思路和原则，分析了未实施配电自动化、全“二遥”、全“三遥”以及混合配置几种模式下的供电可靠性指标与配电终端数量之间的关系，并以某市级电网为例说明配电自动化终端优化过程，研究了配电自动化技术对供电可靠性的影响，以便更加合理科学进行配电自动化规划，并为今后配电自动化工程提供一定的参考。

可靠性；配电自动化终端；优化；不同供电区

配电自动化终端数量的投入多少，与供电可靠性的高低直接相关，配电自动化技术作为提升供电可靠性的关键措施，越来越得到专家学者的青睐。配电自动化技术通过在开关上装设具有“二遥”或者“三遥”功能的配电终端，从而实现故障的快速定位、隔离以及故障区用电恢复。虽然装设配电终端能提升供电可靠性，若每个开关都配置配电终端，会产生巨额的投资。目前众多学者主要从网架改造、配电自动化终端投入等方面进行对供电可靠性进行研究。文献[1]分析了多种能够提高馈线利用效率的接线模式，用于提升大型城市核心供电区的配电网高可靠性。文献[2]针对传统单环网结构无法满足城市重点地区供电可靠性要求，提出基于环间联络和配电自动化的配电网设计方案，以满足重点城区的高供电可靠性要求。文献[3]提出在对于经济发达、负荷密度大以及可靠性要求高的地区，采用闭环运行方式。文献[4]提出配电管理系统的“花瓣”型电网结构，用于提升供电可靠性；配电自动化终端方面。文献[5]提出结合图论对具有遥控功能的三遥终端安装位置对配电网可靠性影响进行了研究。文献[6-8]分别从投入产出比和考虑不同网络结构及供电可靠性要求的角度分析了配电自动化终端配置数量。文献[9-13]则分析了配电自动化技术接入对供电可靠性的影响以及配电自动化技术与其他系统的配合问题。

选取配电终端的数量和位置依然需要进一步研究，本文主要从供电可靠性的角度研究，说明供电可靠性指标与配电终端数量之间的联系，分析不同网架结构、不同供电分区下，如何进行配电自动化的终端配置，以便更加合理科学的进行配电自动化规划，并为今后配电自动化工程提供一定的参考。

1　配电自动化终端优化配置思路与原则

根据不同城市的发展，不同城市不同阶段对供电可靠性的要求不同，配电自动化终端优化思路应结合地域和时间特性，针对性地提出满足本区域供电可靠性要求的配电自动化终端规划方案。

1.1配电终端优化配置思路

供电可靠性与网架结构、设备水平、技术水平、管理水平等多方面因素相关，根据《江西省配电网规划技术导则》对本地区A、B类供电区可靠性因素成本效益曲线图，制定配电终端优化配置思路，如图1～图3所示。

图1　A类地区可靠性因素成本效益曲线图

图2　B类地区可靠性因素成本效益曲线图

图3　C类地区可靠性因素成本效益曲线图

根据图1、图2、图3中曲线，制定配电终端优化配置思路，如图4所示。

对于A类供电区，应优先开展配电自动化，在网架结构合理的基础上，采用全线配置“三遥”终端，全部采用电缆或绝缘导线供电，减少故障率；其次应提升管理水平，如开展不停电作业、状态检修等，以便以较少的投资获得可靠性能的较高提升。

对于B类供电区，以加强网架结构为主，将现有单辐射线路逐步实现环网或双射结构，使其满足“N-1”转供电要求；其次通过配电自动化技术，采用“二遥”终端为主，联络开关和特别重要的分段开关也可配置“三遥”终端，从而提升供电可靠性。

对于C类供电区，应优先开展配电自动化，采用“二遥”终端为主，联络开关和特别重要的分段开关也可配置“三遥”终端；其次通过优化网架，从而提升供电可靠性。

1.2配电终端优化配置原则

由于经济发展水平不同，不同供电区对供电可靠性要求不同，配电自动化不应盲目追求高供电可靠性，应结合供电区具体情况分阶段、有计划地实施，一般来说，配电自动化终端配置需满足以下要求：

(1)可靠性要求。根据配电网规划技术导则，不同供电区在不同阶段对供电可靠性要求不同，配电终端配置方案应满足不同供电区规划要求达到的供电可靠率(RS-3)。

图4　配电终端优化思路

(2)经济性要求。大量配电终端的配置及不满足配电自动化要求设备的改造和更换，对于电网公司是一项巨大的投资。因此，应选择具有负荷转移能力的联络点，以便节约投资，保障负荷损失最小。

(3)负荷均衡要求。为缩小故障停电范围，应尽量使得配电终端间所处的每段线路接带负荷水平相当。

2　基于可靠性的不同分区配电自动化终端数量配置

2.1配电终端配置数量优化

配电线路发生故障，故障处理时间(T)主要包含故障定位时间(T1)，故障隔离时间(T2)，以及故障修复时间(T3)。

T=T1+T2+T3

(1)

(2)

式中Fa——馈线总故障率；fk——第k段线路的故障率。

根据配电终端种类的不同，分4种模式计算所需配电终端的数量。

(1)馈线满足N-1准则，采用全“三遥”配置方式，这种配置方式一般用于A类或者A+类供电区域，该种配置方式需要配电终端能够实现“遥控”、“遥信”、“遥测”这“三遥”功能，需要开关安装操作机构，并配备专门的光纤通道用于通信，需要较大的投资。

若馈线采用全“三遥”配置方式，则认为馈线的故障定位时间(T1)和故障隔离时间(T2)近似为0，则故障处理时间(T=T3)。

则供电可靠率(ASAI3)为：

(3)

假设该区域该阶段供电可靠性要求为ASAIset，则：

ASAIset≥ASAI3

(4)

解式，得所需要配电终端数量m为：

(5)

(2)馈线满足N-1准则，采用全“二遥”配置方式，这种配置方式一般用于D类及以下供电区域，该种配置方式只需配电终端能够实现 “遥信”、“遥测”这“二遥”功能，开关无需加装操作机构，采用无线进行通信，无需进行光纤通信，节省通道，极大地节约了投资。

若馈线采用全“二遥”配置方式，则认为馈线的故障定位(T1)近似为0，则故障处理时间(T=T2+T3)。

则其供电可靠率ASAI2为：

(6)

假设该区域该阶段供电可靠性要求为ASAIset，则：

ASAIset≥ASAI

(7)

得所需要配电终端数量m为：

(8)

(3)馈线满足N-1准则，采用“三遥”和“二遥”混合配置方式，这种配置方式一般用于B类及C类供电区域，该种配置方式重要开关机联络区域采用“三遥”配置，其他开关采用“二遥”配置。

若馈线采用“三遥”和“二遥”混合配置方式，假设“二遥”均匀分布在“三遥”中间，每个区域有台“二遥”终端模块，则：

m=m1+(m+1)×l

(9)

式中m——“二遥”和“三遥”模块之和；m1——“三遥”终端模块数量；(m1+1)×l——“二遥”终端模块数量。

(10)

假设该区域该阶段供电可靠性要求为ASAIset，则：

ASAIset≥ASAI32

(11)

得所需要配电终端数量m1为：

(12)

则“二遥”配电终端数量为：

m2=(m1+1)×l

(4)馈线不满足N-1准则，采用全“二遥”配置方式，主干线采用具有本地保护和重合闸功能的“二遥”终端实现k2+1级保护配合，若馈线采用全“二遥”配置方式，则认为馈线的故障定位时间(T1)和故障隔离时间(T2)近似为0，则故障处理时间(T=T3)。

则其供电可靠率ASAI2′为：

(13)

假设该区域该阶段供电可靠性要求为ASAIset，则：

ASAIset≥ASAI2′

(14)

得所需要配电终端数量m为：

(15)

根据实际情况，分以上4种模式，采用式—计算配电终端的配置数量，联络开关一般配置“三遥”。

2.2配电自动化技术对供电可靠性提升

配电自动化缩短了停电时间和缩小了停电范围，根据配电网规划技术导则对供电区域的划分，配电自动化技术对各供电区供电可靠性的提升可按照进行计算：

ASAIAC=1-(1-ASAI)δ

(16)

式中ASAIAC——计及故障停电因素的进行配电自动化之后的可靠性指标；δ——故障停电户时数占总停电户时数的百分比；δ——根据市级自动化实施区历年10kV用户供电可靠性统计数据获得。

3　算例分析

3.1配电自动化终端优化结果

某地级市核心区本次配电自动化投资建设线路66条且均为B类供电区，每条10kV线路配备3个环网柜，将线路分成4段，每个环网柜接待1.5MW左右负荷，提高供电可靠性，每条线路极限容量接待9.5MW负荷，全部满足“N-1”结构，结合前文中的配电自动化终端规划思路，根据2.1所述的根据可靠性的要求不同，计算某市B类供电区配电终端优化配置结果，如表1所示。根绝可靠性计算结果，B类供电区每条线路配备3个自动化终端，其中1个“三遥”终端将2个“二遥”终端分别划分为2个“二遥”区段，配电自动化终端优化结果如表1所示。

表1　配电自动化终端优化结果

3.2配电自动化技术对供电可靠性的影响

根据统计数据该市故障定位时间和隔离时间和分别取90min和120min，配电自动化实施后和分别取20min和10min，某地级市采用半自动故障处理模式，故配电自动化建设前后倒闸操作时间未进行变化取未变化，均取60min。某地市电力公司线路故障率统计数据如表2所示。

表2　10 kV线路故障率统计表

这里分4种情形讨论电力系统二次环和矩阵控制技术对供电可靠性的影响。

(1)情形1：网络结构为单环网，未进行配电自动化建设，未实现自动化，故障停电户时数占总停电户时数的百分比为100%；

(2)情形2：网络结构为单环网，支线未形成二次环结构，只有主干线进行配电自动化建设，相当于每条线路分为3段，实现自动化，故障停电户时数占总停电户时数的百分比为33%；

(3)情形3：网络结构为单环网，支线未形成二次环，主干线和分支线都进行配电自动化建设，以2进4出环网柜为例，停电用户占总用户的1/12，实现自动化，故障停电户时数占总停电户时数的百分比为8%；

(4)情形4：网络结构为单环网，且支线形成二次环，主干线和分支线都进行配电自动化建设，形成二次环，支线按2分段计算，则停电户数占总停电户数的1/24，约为4%，实现自动化，故障停电户时数占总停电户时数的百分比为8%。

配电自动化缩短了停电时间和缩小了停电范围，计算自动化实施前供电可靠率，然后根据式计算得出配电自动化实施前后某地市供电可靠性的变化结果如图5、图6所示。

图5　配电自动化实施前供电可靠性

图6　配电自动化提升可靠性结果

从图5、图6可以看出，当主干线进行配电自动化建设时，供电可靠性有一个较大的提升；若同时支线也进行配电自动化建设，则供电可靠性将从99.98%上升至99.99%；若主干线形成了单环网结构，支线同时支线也形成了二次环，则供电可靠性将有进一步的提升。

以上情况说明，配电自动化技术对供电可靠性从99.98%提升至99.99%有较大作用，若某地区供电可靠性已经达到99.99%以上，则配电自动化技术对供电可靠性的提升作用较为有限，进一步提升可靠性，可通过提升配电管理水平。

4　结语

本文分析不同网架结构、不同供电分区下，如何进行配电自动化的终端优化方案，配电自动化技术对供电可靠性的影响，得出以下结论：

(1)供电可靠性与网架结构和配电自动化技术相关，不同地区网架结构和配电自动化技术对供电可靠性的提升要求不同；

(2)各地区不可盲目追求自动化建设，应结合自身实际情况，根据可靠性的要求，选择适合实际情况的配电自动化终端优化方式；

(3)配电自动化技术对供电可靠性有较大促进作用，在进行配电自动化建设时，可优先选择主干线进行配电自动化，为满足更高的可靠性要求，可考虑分别进行支线自动化，以及提升配电管理水平。

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(本文编辑：严加)

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

谢义苗(1990)，男，硕士，研究方向为电力系统自动检测与控制及配电自动化等。

TM76

A

2095-1256(2016)04-0414-06

2016-04-16