智能配电网故障自愈技术探讨

广东电网公司清远清新供电局 习思敏

1 智能配电网自愈控制技术的需求

1.1 电源侧需求

1.2 负荷侧需求

在基站建立背景下，负荷侧以多元化、复杂化趋势发展。随着科学技术的进步，5G 基站等一系列新型负荷产品的应用进一步加大了自愈技术应用下的分析、决策难度。

1.3 配电网系统稳定性的需求

伴随分布式电源装机容量扩大、电网负荷持续不断增加，以及智能配电网规模的提升，导致智能配电网在运行过程中出现了不稳定性因素，不利于智能配电网稳定、持续发展，诸如供电质量、潮流分布等，均是配电网系统稳定性维系必不可少的因素。

2 基于GOOSE 通信分布自愈原理

确定面向对象变电站事件（GOOSE）下高速通信网络为基石，分析配电网终端信息展开综合判断，纳入采集的配电网终端信息包含了过流信息、开关位置，以便于对故障区域进行快速定位，进行自动隔离[2]。

2.1 开环配电网故障定位原理

馈线线路开环线路故障问题出现时，电流方向由变电站流向母线故障区域，沿线经过所有配电终端均会在故障电流下流过，而一旦其中某个开关在故障电流检测时结果超出了设定值，就会自动对临近开关传递变电站事件的故障信息。

2.2 闭环配电网故障定位原理

与开环配电网故障原理相似，闭环配电网故障定位原理是在故障问题出现时，电量经过两侧最终流至故障区域。基于此，配电网终端故障信息要确定故障功率的方向。

2.3 配电网故障隔离机制

配电网潮流的故障隔离情况分为需要重合闸隔离故障的情况、没有重合闸隔离故障的情况等。在需重合闸隔离故障的情形中，故障状态通常处于与开关连接的配电位置内、在相邻位置的“开关拒分”信息中，或者是相连位置出现“开关拒分”信号的状态；在无须重合闸隔离故障情形中，与开关连接的情况下，配电价格位置的故障不会发生在故障状态中，而配电网潮流计算范围的位置也能够自行进行故障分离。

2.4 配电网健全区域恢复供电机制

在与开关相关联的各个区域，配电网内部故障并未再次出现故障情况，同时所有区域的故障位置开关可以有效完成隔离情况下，智能配电网的有序运行离不开通信的支撑，其在规定时间内完成故障信息采集，让通信维护动作能够有序进行。

3 配电网自愈控制模式

3.1 分层递阶控制结构

分层递阶控制结构是一种沿用了Villa 所提出的数学解析，以及知识阐述为核心的两层递阶控制式结构，其次则是Saridis 研究中选取的IPDO 原理和多个控制层面形成的三级分层递阶控制结构等，如图1所示。

综上可知，随着日中有“金鸡”说法的出现与流传，自宋以后，学者们又试图从如镜像、折射的角度；或从阴阳互藏、阴阳交感的理论，来推测日中为何会有“鸡”。但由前引北宋董逌的《跋月宫图》中驳斥当时人“知日中为乌，而不知为鸡”之语，以及以上各家的解释亦可发现：宋代以后的人们，对于此说可能已多有质疑。

图1 配电网分层递阶控制结构

运行状态是结合系统设备量所采集的信息，对配电网整体下的分布式电源、变压器、母线、开关等设备的运行情况进行分析，监测各个设施的潮流、电压的情况，以维持智能配电网的稳定运行。

3.2 诊断决策层

针对强度差异的电压，配电网经营选取的模式也存在区别。对此，在进行决策时要选取科学的模式进行调节，将差异出现情况发生率控制在最低水平。

4 基于同步相量测量的自愈控制新支撑技术

4.1 快速感知技术

由于智能配电网无论是电源还是电荷，变换都较为迅速，且工作过程复杂，将微型同步相量检测设备运用到配电网的潮流统计领域，能够显著改善智能配电网潮流计量数据收集的观测性能[3]。经过精心整合，利用PMU 所提供的高密度同步相量测量数据，并与现有的数据收集与检测技术进行了全面对接与融合。

与高压输电网比较，配电网无论是在结构还是支路都更加复杂，应用的线路数量也更多，而在管理时，传统配电网无论是评估使用的方法还是计算公式、效率、收敛性方面都存在缺陷。基于此，研究可采用中间变量和等式约束、二次约束以及加权最小二乘法的方式，进一步提高配电网测量的稳定性与精准度、效率。为确保数据的准确性和可靠性，依托PMU 进行高密度同步相量测量，并运用卡尔曼滤波等先进算法，实现高频动态数据处理。通过这一组合策略，能够有效地分析电力系统的运行状态，提升电力系统智能化水平。

4.2 精准协调控制技术

在分布式电源、电动汽车接入及供需互动等多重因素的影响下，配电网操作变得更加复杂，同时也面临着抗扰动能力不足的风险，且容易出现谐振。基于此，要使用密度较高的PMU 对测量数据进行采集与分析，实现故障的快速恢复控制、柔性复合潜力采掘，提高配电网的稳定性。在主网故障等多种情况下，要以分布式电源为切口，通过对电源供电支撑效果的体现，使智能配电网资源利用率实现最大化。

5 智能配电网故障自愈技术的应用

5.1 在多种恢复路径中的应用

当智能配电网有多个路径时，要结合配电网实际运行情况，挑选出其中符合标准的自愈技术。例如，主网电源进行测试时出现故障问题，导致这一情况出现的主要原因是，配电网的电流短路情况，电流短路是指电流在配电网中遇到低阻抗路径而绕过正常电路的现象。配电网中的设备，如变压器、开关、断路器等，在长时间使用过程中因为老化、磨损或过载而出现故障。如果配电网的设备没有得到及时的维护和检修，可能会导致设备性能下降，增加短路的风险。可能由以下原因引起：配电网中的设备，如开关、断路器等发生故障，导致电流无法按照预期流动。例如，断路器无法正确切断电路，从而导致电流继续流动并形成短路。外界异常情况，如雷击、动物触碰、树木倒塌等也可导致电流短路。以上因素均可导致电线之间短路或接地，使电流绕过正常路径。针对上述故障情况，可采用常见的自愈技术来应对电流短路情况，快速检测电流短路，隔离故障，并自动恢复供电，从而提高配电网的可靠性和稳定性。

5.2 分布式电源故障自愈技术的应用

在对分布式智能配电网故障自愈技术处置时，首先应该评估分布式电源的容量，对配电网系统供电范围科学性、可计算性进行确定；其次，将同期开关作为联络点的重要原则；最后，开展负荷恢复的清零工作。

一旦智能配电网的故障区域出现在分布式电源的某个区间，故障以及故障位置邻近的区域就会自动跳闸，在进行故障恢复阶段，上半电路开关闭合，上游电量供应恢复，但在下游供电阶段，需要制定相应的策略来确保稳定和可靠的供电。这可能涉及重新配置电源、调整线路负荷、优化配电网络等措施。重点是确保下游用户能够获得稳定的电力供应。在供电恢复后，需要进行持续的监测和调整，以确保配电网的稳定运行。这包括实时监测电流、电压等参数，并根据情况进行必要的调整和优化，以应对潜在的问题和故障。

6 基于蚁群算法的配电网络重构

6.1 蚁群算法简介

配电网络初始化定义配电网络的初始拓扑结构。设置蚁群算法的参数，如蚂蚁数量、信息素挥发速度、信息素更新策略等。为每只蚂蚁分配一个随机的起始节点，每只蚂蚁根据当前位置的信息素浓度和启发式信息（例如，线路的阻抗、负荷等）来选择下一个要访问的节点。信息素浓度高的路径和启发式信息好的路径被选择的概率更高。当所有蚂蚁都完成一次路径搜索后，评估每只蚂蚁找到的路径[4]。在迭代过程中，记录并更新找到的最优解。输出最终找到的最优配电网络拓扑结构及其对应的性能指标。

6.2 求解流程

研究人员通过对蚁群计算研究了智能配电网重构的问题，其以负电荷、变压器、电源等设备作为节点，在此基础上，配电网络能够自动形成与各个节点之间产生辐射关联的网络，使线路中经蚁群途径的路面数量不断上升，最后以这条线进行的食物探索大幅度增加，目前研究中对故障或停电地区智能配电网供用电恢复重建的主要过程包括以下内容。

首先确定配电网络涵盖的所有节点与支路，进行再次编号，将采集到的原始数据信息输入其中，完成联络开关联通图的设计，并以此操作开关集。研究中确定蚂蚁群的整体数量是m，则将初始化信息素Tij（0）=const，将Nma确定其中最大的迭代次数，ρ指的是信息素的挥发率，β指的是期望的启发式因子，Q是信息素强度，α为信息启发式因子参数。

其次是完成整个蚁群的管理，结合潮流计算对初级网损值fbest=f（0），配网内开关转换次数minSw=Sw（0），负荷平衡minLBsys=LBsys（0），记录设计重构方案Amax。

结合潮流计算方式对迭代次数进行初始化，设定迭代次数N为0，k=1,2,…,m。

k=k+1，蚁群在路径上的循环都要从源头上分析最便捷的路径，再将已经走过的节点道路储存在禁忌表tabuk中，余下的各个节点则分别储存在allowedk={C-tabuk}，再通过公式对概率进行转换，，再将每只蚂蚁所行走的路径分配到一个节点，最终完成整个辐射网络的编织，完成m个重构策略方案A1,A2,…,Am。

在潮流计算方式下，蚁群中每只蚂蚁将配电网重构拟定目标函数值f、SW、LBsys；针对符合约束标准条件的，对其中最小值fmin、SWmin、LBsys、min和重构方案Amin，最后分析其与目标函数的差异，若低于目标函数则取代初始值，反之，一旦比较数值超过了目标函数就要及时更新信息素。

迭代次数N=N+1，分析迭代次数值与Nma值之间的差异，一旦迭代次数值较Nma值更低，则又回到上述第四步，反之则进入下一步。

以 输 出 的fbest、sinSbest、LBsysbest和 重 构 方 案Abest配电网流程重构方案图，制定配电网的运维计划，包括定期检查、维护保养和故障处理等，确保可靠供电。

综上所述，本文介绍了配电网自愈的需求、原理、数字化测量等方面的技术，并以蚁群算法为例介绍了实现重构的这一有效途径。从我国对能源领域需求量逐渐递增的态势来看，配电网潮流计算的数量将相应增多，智慧配电网成为配电领域的主导方向，而故障自愈科技不仅仅是配电网潮流计算未来发展的关键，更是配电网实现智能化控制的必备条件。因此，智能配电网的事故后自愈技术通过增强事故数据判断的准确性，实现智能控制，能够保障配电网的安全稳定运行。