分析智能配电网自愈系统的自动化控制技术

2020-07-23陆畅浩

今日自动化 2020年1期

陆畅浩

（广西聚源供电设计有限责任公司，广西南宁 530022）

我国电网企业当前阶段对电力用户与主网之间的密切关系十分重视，满足用户对于用电服务的相关需求。而配电网正是连接用户与企业之间的关键桥梁，提高配电网系统的智能化控制是主要任务，实现自我检验、自我调节、自我控制等基本任务，从而使配电工作效率在现有基础上得到提升。

1 智能配电网自愈技术的基本概况

1.1 智能配电网自愈技术的概念内涵

电力企业将电能通过电网输送给用户，所以配电网的覆盖情况以及输电能力是满足用户要求的基本条件。当前智能化在多领域中充分发挥积极作用，智能配电网自愈技术也是现阶段出现并逐渐代替传统配电网控制方式的新型技术手段。这一技术以智能控制为主，可以通过系统中的自我检测模块，及时检测发现可能发生或已发生的错误与故障，同时根据系统中对常规故障的处理方案来解决现存问题，避免对用户的正常用电产生较大影响。这一技术的优势在于能够不依靠较多的人力干预就能完成对配电网的诊断、调整及修复，它的主要任务是为了实现不间断供电，即保证用户用电的稳定性。

1.2 智能配电网自愈技术的特征

从理论研究中来看，智能配电网自愈技术最基本的特征就是实现了配电网自我防御及自我恢复，在日常配电过程中系统会时刻保持这2种基本状态，对产生的故障进行有效防控与处理。自愈技术系统控制中心与人类的大脑功能相似，就是搜集并分析配电网运行过程中所有的信息，在最短时间内发现并捕捉异常信息就是自我防御能力的体现，然后寻找问题根源所在并及时按照合理处理方案对配电网进行调整就是自我恢复能力的表现。自愈技术的这两方面特征使配电网的输电稳定性得到显著提升，进而提高用户对电力企业的满意度。

1.3 智能配电网自愈技术的研究现状

自愈控制系统的应用对配电网的发展起到重要的推动作用，使其从以往控制困难、电能输送不稳定、管理成本高等困难中脱离。这一技术最早源自美国，经过我国科研人员的不断努力，近些年国家电力企业对这一技术有了较深层的研究与掌握。相关研究学者根据我国配电过程中的实际情况对智能配电网自愈技术进行合理改良，使其控制工作的效率达到较高水平。虽然这一技术已经在配电网中得到较好的应用效果，但客观来讲，自愈控制系统还不够成熟，在一些方面还有较大的提升空间。例如，利用自愈技术需要在一定程度上增加配电网中的线路，这就造成电路损耗量上升，所以在未来的研究中需要对这类问题做出进一步改进，从而在防御能力、恢复速度、工作效率等方面得到进步，提升电力企业经济效益。

2 自愈系统自动化控制的主要目标

在自愈系统进行工作时，其主要的目标就是实时控制配电网各线路的运行状况，对出现的故障及时、准确、有效地响应，进而维持配电网能够处于正常运行状态下解决故障。一般情况下，电网在运行过程中具有2种基本状态，分别为正常运行以及非正常运行2种方式。正常运行则表示此时电网系统对于电能运输具有良好的控制力，进一步细分该状态为3种，即优化、安全及警戒，如果电网系统进入警戒运行状态，智能化控制系统就会做好控制准备。同时对非正常状态来说，也可以分为3种，即紧急、孤岛及恢复状态，其中恢复状态是智能控制系统展开有效措施后得到的结果，其能够进一步回到警戒状态，如图1所示。

图1 智能配电网运行状态及相互转化

具体分析自愈系统在进行自动化控制的过程中，若发现配电网处于非正常状态，就会通过分析数据信息，找到故障产生的具体位置，同时发出故障处理指令，使该位置进行修复。在开展自愈控制后能够得到不同的结果，一般包括3种，即理想控制、控制底线及控制失败。理想控制的具体表现包括避免故障的发生以及故障后不失去负荷；控制底线表现为故障后失去部分负荷；最坏的结果就是控制失败，表现为故障后电网瘫痪，如图2所示。自愈系统现阶段对智能化水平的要求进一步提高，一些研究学者利用仿生学原理对自愈系统强化与改善，使其在处理故障问题时能够更贴近于人类的思考能力，不仅可以对已出现的问题严格控制，同时还能对故障可能产生的后果进行延伸思考，从而避免其他位置受到故障负面作用的影响，更有效地保护了配电网的稳定运行。

3 自动化技术的实现方式

3.1 时序配合就地控制

实现自愈系统的自动化控制有赖于控制系统中各装置的协调配合，它们共同作用才能保证自愈系统维持稳定的运行作态。时序配合就地控制顾名思义，就是不需要将运行中出现的问题反应到主站，其终端就能直接处理故障。自愈系统可以直接对终端进行控制。在确定故障发生具体位置时，自我保护装置能够对该区域进行部分隔离，其他部分进行正常供电。这种控制方式具有故障处理发现早、反应迅速等优点，对于具有较多支路的变电站来说，这一方式较为适合。但在利用这种控制方法时还需要注意故障处理的准确性，终端控制较为简单，所以在故障检测与维护过程中需要多次调整，以达到恢复正常运行的目的，这就造成故障区域停电时长较长，带来不利影响。

图2 电网自愈控制区域图

3.2 运行实时监视控制

这种控制方式在现有配电网自愈系统中的使用较为广泛，其应用范围与其他控制方式相比更广，所需条件较少。实时监视就是对配电网所有线路以及变电站在工作中的状态进行持续掌握。实现这种监控方式就要保证故障指示装置分布在各种电力设备中，从而在这些设备出现问题时能够及时有效地被指示器捕捉，然后将故障信号传递给控制中心。实时监视控制上报的故障信息精准性较高，能将故障的类型、产生位置等重要内容同时上报，进而提高了控制工作的效率。这种控制方式所需要的恢复时间相对较短，同时对设备的要求较低，在投资成本方面也相对较低。

3.3 配电自动化主站集中控制

这种控制方式的最大特点在于所有的控制指令都需要由主站发出，从而达到集中控制的目的。当配电网中的某一位置出现故障时，配电终端会将故障信息上传给主站，主站的控制中心会根据信息内容对确定具体位置，从而对正常供电区与非正常供电区进行划分。出现故障的区域立即执行停止供电的指令，同时按照主站的故障处理指令来进行自我恢复，最终解除故障。这种控制方式在处理问题时所需时间较长，但是其故障检测的准确性较高，主站通过对数据的精准计算更好地给予处理方案，从而针对性解决故障问题。

3.4 分布式智能终端就地控制

这种控制方式是对就地控制的改良与完善，使智能终端代替传统终端，从而保证与保护装置之间具有更直接更紧密的交流，在故障产生时终端与保护装置共同作用，从而对故障位置进行区域性隔离，逐步开展故障处理工作。该控制可以进一步划分为自主重构与协作重构2种类型，两者之间不大的差异就是是否依靠通信系统来实现故障位置的检测。自主重构不需要通信传递故障信息，可以自身进行开关试合确定故障具体位置，所以需要的检测时间较长。协作重构利用通讯系统的协助，更快地获取故障位置信息，但需要的成本投资相对较大。

3.5 智能终端与主站协调综合控制

现阶段将智能终端与主站进行同时调节与控制是配电网自愈系统升级过程中十分重视的内容，想要实现两者的协同综合控制，需要经过更严密、更复杂的过程。这一控制方式的实现要求分布式智能终端都能具有独立的控制功能，同时主站也能够起到故障信息的集中分析与辅助作用。综合控制适用于大型电力企业的配电网运行，这种配电网在运行过程中的情况更为复杂，所以需要控制技术高效率确定与解决故障，从而缩短停电时长，减少故障检修过程对用户带来的不便。