自愈技术在智能配电网中的应用

2023-10-16朱立宇

中国科技纵横 2023年13期

朱立宇

（国网北京市电力公司昌平供电公司，北京 102299）

1 配网自愈原理分析

配网自愈的原理具有高度复杂性，以GOOSE 高速网络通信为前提，由关键模块综合分析、判断配电网单一终端，在最短的时间内定位故障区域，并迅速启动保护动作，实现故障隔离，避免故障区域对其他非故障区域造成干扰[1]。对于配电网中的馈线电路，在运行过程中参考联络终端的状态，通过开环、闭环两种状态分别处理故障。

1.1 开环配电网故障定位

如开环状态下有线路故障，故障电流起始点、终止点分别为变电站出口母线、故障点，故障状态下故障电流流经全部配电终端设备，在开关检测阶段，一旦故障电流超过整定值，立即向相邻开关发送预警信号，使相邻开关及时接收到相关故障信息，并综合诸多信息分析故障所在位置，从而采取针对性的控制方式。一般来说，仅一个端点流过故障电流，属于配电区故障，否则，属于区外故障。

1.2 闭环配电网故障定位

如闭环状态下线路出现故障，精准判定故障的方法与开环状态下的定位原理、方式完全相同，若发生故障，故障电流起始点在两侧电源处，并同步向故障点流出，通过收集故障电流的相关信息，即可锁定故障位置[2]。

1.3 配电网故障隔离机制

1.3.1 需要进行跳闸隔离

当配电网内发生故障时，故障点处于与本开关具有紧密联系的配电区域；若故障在配电区以外，相邻开关发出拒分信息。

1.3.2 不需进行跳闸隔离

若位于配电区内的全部关联开关均正常运行，并且故障所在区域的开关正常跳闸，可实现故障隔离。若系统为分布式结构，系统运行的关键为通信，特别需要保障GOOSE 光纤的合理利用，创造高效、稳定且安全的通信环境，确保系统能在短时间内采集到相应的信息，从而以信息为基准决定是否需启动动作保护。

2 智能配电网中的自愈技术

2.1 配网自愈接线技术

2.1.1 电缆接线

（1）“2-1”单环网。该接线的原理、过程等与架空线路的单联络环网接线高度一致，通过配备联络开关，促进两条变电站母线的可靠连接，使两个变电站在投入使用后，相互间的转供电更加便捷和高效，尤为重要的是，需保障导线线径的合理性。该技术下环网点处于柱上联络开关、开关站、环网柜等区域，联络点为1 个或者2 个。在具体的操作中，此接线技术有其独特的适用条件，如为具备特定接线条件或对供电可靠性有严苛标准的城镇配电网，相关人员需根据实际情况，合理应用“2-1”单环网，以优化故障自愈技术，建设更为高效的配网[3]。

（2）“3-1”单环网。在配电网中，“3-1”单环网相对常用，此技术结构形式与“2-1”单环网原理高度一致，通过形成“3-1”环网结构，为3 个变电站母线之间的转供电创造良好条件。如在配电网中采用该技术，相关人员需合理布置联络点，各线路上都应设置联络点，需注意联络点位置的准确性，如有条件应让联络点均匀划分线路负荷。在实际工作中，具备一定接线条件或负荷密度发展到一定水平的城镇繁华核心区，一般可采用该技术。

（3）N 供1 备接线。N 供1 备接线技术的应用，使得即使配电网单条线路出现了问题，也能在最短的时间内快速转移故障问题，确保其他线路不受干扰。具体的工作中配网为N 主1 备运行模式，在线路末端布设联络开关。若N 大于3，接线具有复杂性，虽在一定程度上可提高设备利用率，但在配网调度方面常常面临诸多技术难题，再加上敷设的线路较多，配网建设成本显著增多[4]。考虑到经济性、技术性，电力配网中2 供1 备或3 供1 备接线方式的应用相对较多，两种方式相比，前者可将每条回路的负载率保持在66.7%以下，后者的负载率不超过75%，二者都需避免将负荷接入唯一的1 条备用回路。

2.1.2 架空线接线

（1）多分段单联络。城镇配电网建设中，架空多分段单联络接线方式的应用较多，如相关人员能合理利用此方式，可构建起“手拉手”环网，在联络开关的辅助下促进多站中压母线或单站多条中压母线的连接。实际应用中，开环环网接线方式有明显的优势：配电网任意区段有短路接地问题时，可直接由分段开关来切除故障线路，避免故障问题影响其他地区的供电。多分段单联络接线方式的结构简单，操作便捷，成本低且维护容易，后续技术进步的过程中如有自动化、智能化需求，可直接在现有基础上进行改造。从接线特点的角度分析，一般将线路划分为2 段或者3 段，电力企业需严格控制每一段线路的配变容量，确保容量在10MVA 以内。如要满足故障应急需求，线路需增加备用供电回路，此回路数量为总线路的1/2，以提高系统可靠性。

（2）多分段多联络。与单联络接线相比，多分段多联络接线的复杂性更高，主要为网格式环网。如在配电网中采用多分段多联络技术，可以与其他线路建立可靠关联，为此，线路中应增设分段开关，使相关的线路在出现故障时可相互作为备用，即使配网任意区段发生了短路接地现象，分段开关也能快速切断故障，非故障区域内配电无任何异常。多分段多联络技术同样能将线路划分为2 段或者3 段，每段线路联络点之间，即该接线方法的任意两个联络开关之间，需至少增设1 个分段开关，此开关位置应结合线路负荷情况而定，尽可能使该分段开关保障线路两端负荷的均分；为达到故障应急相关标准，线路应设置对应的备用供电回路，比例为33%。

2.2 智能微网技术

智能配电网自愈技术中，智能微网技术相对来说也很重要，在电力电子、分布式发电、新型发电等模式的相互配合下，能发挥智能配电网中自愈技术的优势。在具体的工作中，集成发电的各个单元，参考负荷具体情况，设计全新的系统，该系统具有独立性，能为用户提供所需的电能资源；经过科学化管理与控制，微网能大大提高并网运行效率，并在特定的操作下与主电网割离，使该子系统保持相对独立性[5]。智能微网技术中的上述两种模式，切换相对简单，体现了自愈技术的高度稳定性。智能微网技术的关键是保持微网的智能化运行，在此过程中需整合电力、通信等技术，使自愈技术可借助专业化设备，完善功能、增强性能，当微网具有更多功能时，自愈技术在配电网中的控制效率、精度都将大大提高。虽然智能微网技术在智能配电网中有显著发展，但在具体的应用中还存在一定的技术难题，在未来的工作中，相关人员需持续研究智能微网技术。

2.3 分析与决策技术

在智能配电网中应用自愈技术来进行相应控制时，通过全面整合信息，识别其中的风险，为预防配电网故障起到了关键作用。在分析了各类风险信息后，有关人员应适当扩大自愈技术的应用范围，动态分析可能存在的故障因素，做到故障问题的早发现、早处理，达到配电网安全和稳定的目标。无论是自愈技术协调还是风险因素识别与评估等过程都需要寻找全新的解决措施，引进新技术。具体工作中相关人员需分析其中存在的影响因素，但此过程中可能存在一定的冲突与矛盾，为解决这些问题，应合理引入自愈技术，使其起到协调作用，增强智能配电网的科学性，从而使配电网结构的设计、功能与实际要求相符合，使配电网借助自愈技术，在运行过程中可自动分析与决策，完成智能化调节，应对其运行中所面临的诸多问题。

2.4 保护技术

当前的智能配电网建设中，采用了很多新技术，在信息技术支持下能完成自动控制任务，全过程、全方位地监管各种设备，这种动态监控模式通过局域网保护了配电网，可发挥各种用电、供配电设备的功能优势，提升设备的综合利用率。在稳定且安全的通信网络体系下，智能模块可自动采集、整合全部的设备参数、运行状态等信息，再通过大数据分析等方式从海量的数据中筛选出有价值的内容，引导相关人员在发现配电网故障后，及时启动保护机制，避免因故障处理不及时而引发更大的故障。具体工作中可参考大量信息，采取协调方式，协调不同层级的保护工作，并适当采用智能化保护设备，即使后续配电网运行中发生了故障，智能化保护设备也能立即整合信息，反馈故障信息并发送预警，提醒相关人员快速处理问题。自愈技术应与网络技术相结合，动态掌握保护设备的运行情况，以在线方式校对。在现阶段的技术条件下，配电网的构成具有复杂性，其中涉及了多种设备，这些设备的投资较高，后续的维护任务繁重。而通过引入保护技术，可保护全部设备，降低配电网中各设备的故障风险，提高设备运行的可靠性。

2.5 配电自动化技术

在智能配电网中应用自愈技术时，需与配电自动化技术相结合，利用配电自动化智能化分配、管理配电过程。配电自动化技术具有极高的综合性，其体系庞大，可在配电过程中采集各类信息，并引入新技术控制、处理数据，以数据为基准开展一系列决策，优化智能配电网系统的构成。总之，智能配电网应用自愈技术时，需合理应用配电自动化技术，具体应注意以下几个方面：（1）接入DER，集成配电网自带的诸多功能，并形成新功能，在多样化功能的支持下达到智能、精准控制的目标。如在控制柔性配电设备时，配电自动化技术与DER 可协调各设备，加强不同设备之间的配合。（2）自愈技术需实时监控，通过引入配电自动化技术，可提升有源配电网的监控能力，使自动化模块为整体自愈系统提供完整且准确的故障数据，再经由仿真分析软件导出数据，有关人员在接收到相应的信息后，应结合实际情况采取措施，达到无缝自愈。（3）配电自动化能为分布智能控制提供技术支持，使配电网系统具有极强的可扩展性。（4）各类自动化系统中的集成方式具有无缝衔接性，为不同系统之间的信息传输与共享提供了便利，实际工作中，相关人员需利用自愈技术来促进系统功能的整合。