基于可靠性及经济性的配电自动化差异性规划研究

张鹏程

摘 要：自动化的配电模式能够很大程度上提升供电的可靠性，但是在提高其可靠性的同时也应该考虑到投资成本和可靠性提升带来的经济效益，即为综合考虑配电自动化的可靠性和经济性。基于此，文章详细探究了可靠性和经济性条件下最合理的差异性配电自动化模式。

关键词：可靠性；经济性；配电自动化；差异性规划

中图分类号：TU852 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0177-02

1 配电自动化技术分析

配电自动化是智能配电网中的一个十分关键的技术，配电的自动化技术是借助线路上安装的智能开关和终端，经过配电自动化主站的人工决策和参数整定来将故障区段隔离开来，使区段供电保持正常，以此使得停电时间能够最大化地缩减。自动化的配电模式能够帮助电网提供更多供电的可靠性，同时可以有效延长设备的使用寿命，增强电网的管理和运行效率，使得电网能够更加经济和可靠地运行。提高电网供电的可靠性可以从减少故障发生次数和频率、缩短了故障造成的停电时间以及减少了倒闸操作所耗费的时间等三个方面表现出来。

1.1 配电自动化的主站集中控制模式

巨型配电网的自动化建设的重点部分就是其主站建设，主站是电网自动化控制的中心，其在通信的基础上获取和管理电网的所有数据。在发生问题时，开关的问题信息借助网络发送到主站，再由人为地判断和分析以后，关闭故障区段两旁的开关进行隔离，同时让故障意外的区段的供电恢复，该步骤一般要求在几分钟内实现，这样使得停电的时间能够尽可能地降低。主站主要控制的自动化模块由一次性器件、配电管理模块、通信模块、配电自动化终端（FTU）和逻辑控制主站等组成。

1.2 分段器同重合器配合就地控制模式

一瞬间发生的问题可以通过电力系统的继电保护中的自行重合闸进行清除，以此为条件延展出重合器和分段器馈线自主运行系统，不用建设通信网络，只需要自身的支持和配合，两次的重合闸就能够使得故障问题就地隔离，同时使得健全区段的供电恢复正常。重合器被当做电源开关，在发生故障或问题时立刻跳闸，因为线路没有了压力，分段器随即分闸。在一定的延时以后，重合器首次重合，分段器的一端在带电后延时X短时间以后合闸，如果分段器合闸的时间没有多于Y时间，则会闭锁分闸，同时将出现问题的区段进行锁定，此时分段器和重合器再次跳闸，重合器经过一段时间的延时以后再次跳闸，使得健全区段的供电恢复正常。整定分段器和重合器的参数是该应用的重点所在，如果整定地不合理将会使得故障的影响范围更大。

分段器同重拾器结合在一起使用，可以使得问题定位和隔离的间距用时大大减少，且该种配合方法动作可靠、成本不高，缺点是设备和线路可能会因为短路电流的冲击而造成停电的现象，这种模式对负荷密度不高且网络架构简单的供电区域来说比较适用。

1.3 分布式智能终端就地控制模式

配电网自动化中的自愈控制模式是在已有的配电的自动化模式的条件下的延伸和进步，同时也是新一代配电的自动化方法的关键部分，能够有利于分布式布局的电源的介入，同时有效加强配电费用的使用效率。配电网自动化中的自愈式的控制模块有下面三种方式：一是在分布式自动化终端的基础上形成的就地控制方式；二是在分布式自动化终端同主站一起配合的基础上实现的控制办法；三是在分布式自动化终端的多代理技术的基础上完成的综合控制方法。分布式自动化终端的基础上形成的就地控制方式的重要部分在于分布式自动化终端（FTU）。自动化终端配置在分段器和重合器上利用添加区域光纤的办法来实现互相传输信息的功能，以此在最短的时间内精确地找准故障的具体位置，负荷开关在断路器不跳闸的情况下将故障区段自动隔离，以此确保线路可以不受或者少受电流冲击，故障的处理时间进一步缩短，同时完全不需要自动化主站和子站参与其中。

2 配电自动化的净收益模式

2.1 净收益模式

如果变压器的容量和线路的容量可以符合运行的要求，那么投资的费用应当安排在必要的配电自动化设备和继电保护设备上。同时，电力市场机制下的电网供电成本费用不止涵盖了建设和运行的费用，同时也将停电费用包含其中，在关注到配电网的可靠性和经济型的条件下，可以在调整和完善计划中列入停电费用的估算，配电自动化实现以后的资产净利润公式可以表示为：

在该公式中，CRO表示不包含了配电自动化的可靠性停电费用，CR1表示配电实现自动化以后的可靠性停电成本费用；α和β分别表示电网的年使用维保率和器件的年折旧率，n1和c1分别表示加入保护器件的套数和加入器件的附加单价；n2和c2分别表示列入配电终端的数量和配电终端的单价；l和d分别表示通信光纤的长度和通信光纤单价；c3、n3和c4分别表示通信柜单价、汇聚交换机台数和汇聚交换机单价。将公式和实际情况相结合可以分析出适合于我国国情的集中评估停电损失的办法，即为产电比的方法、拥有的总费用的方法和平均电价倍数折算的方法。为了确保具有可行性，本文使用了估算国内生产总值的方法，即在单位内供电量降低的GDP来算出平均停电成本，其表现了停电对于经济的平均影响程度。

2.2 可靠性评估

图1是可靠性分析中运用的两种接线方式。其中，配电线路的分段模式是基于负荷开关和环网柜的，每个分段的长度是一样的，且在每个环网柜和分段中分布的用户数是相同的。环网柜中的开关設备是符合开关，两端都配有隔离的开关，可以将自身的故障和问题隔离开来。同时，图中只涉及一阶的故障问题和检修，元件容量和电压不会影响负荷转供。

断路器共模无效方式关注了隔离器件对于电网的可靠性的关系。有学者通过断路器共模失效模式来有效评估主接线的可靠性，也有学者在此基础上详细地分析了断路器共模失效的恢复时间，由此指出了负荷点共模最小割集算法，以此能够在辐射的电网中使用断路器共模无效模式，却忽略了隔离装置的自动化能力。负荷点共模极小割集算法的详细描述为以下四个方面：一是在配电网中找寻断路器，按照断路器的保护范围来构建断路器共模无效表，计算共模关联器件的可靠性参数。二是找到任意负荷点，在找到最小的一路以后，把最小的一路器件再次实施连通性搜素，在最小的一路中添加没隔离开关的器件，生成一阶割集。三是生成共模极小割集。如果一个断路器术语复合碘的一阶最小割集，应该先根据该断路器的共模失效表进行判断，如果共模关联器件不是一阶最小割集，那么也可将其当做共模一阶割集，共模无效表中的参数即为其可靠性参数。四是计算常规和共模最小割集。按照共模无效表中的参数来找出共模最小割集的可靠性参数。

3 关于可靠性与经济性的分析

首先，在实现配电自动化以后，供电的可靠性明显得到提高，且联络接线比单环网的供电可靠性提升效果更为明显。其次，每种智能的配电的自动化模式带来的可靠性提升程度也不同，其中，分布式自动化终端就地控制法的提升的效果最为显著，然后是配电自动化主站集中控制办法的提升效果，后是重合器与分段器配合就地控制技术的提升效果。再次，在B类供电区域的前两种配电自动化技术具有一定的净收益，而配电的自动化主站集中控制办法由于需要很大的成本投资，所以没有净收益且存在亏本的情况。最后，在A类供电分区中的后两种配电自动化技术的投资非常大，最终导致净收益为负数，且跟随单位停电损失费用的变化而有所变化。综合以上分析内容，配电自动化主站几种方案在负荷密度较大且经济比较发达、对可靠性有一定要求的地区（如宁夏等）有一定的应用意义。按照区域的负荷密度和产电比来针对性地实施配电自动化办法，可以确保供电的可靠性和经济性。

4 结束语

综合以上描述内容，在基于可靠性和经济性的条件下，分布式智能终端就地控制技术具有很好的应用价值，其中，配电自动化主站和配电管理系统能够使得系统运行得到优化，同时使得电网的管理效率大幅度提高。对于一些负荷密度较大且经济发展速度比较快的地区，其对于配电的可靠性具有非常高的要求，这时可以考虑使用配电自动化主站集中控制方案。

参考文献：

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