智能配电网自愈控制技术体系框架研究

摘要：智能配电网是智能电网的重要组成部分，自愈作为智能配电网的“免疫系统”，是智能配电网最重要的特征。其中，电网及其设备为基础层，数据和通信为支撑层，监测、评估、预警/分析、决策、控制、恢复为应用层。通过研究应用智能配电网自愈控制技术使电网的供电可靠性明显提高，停电时间显著减少。尤其是在配电网线路发生故障的情况下，配电网将充分发挥它的自动检测并隔离故障区域、自动快速恢复非故障区域供电，减少用户停电时间，保障电网的稳定供电。

关键词：智能配电网;自愈控制;技术体系;基础层;支持层;应用层

目前，中国和世界各国已经达成普遍共识，建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网，是未来电网的发展方向。智能电网能够实现电力系统安全稳定、优质可靠、经济环保，是实施可持续供电战略的重要保障，具有融合、优化、分布、协调、互动、自愈等特征。

智能配电网是智能电网中连接主网和面向用户供电的重要组成部分。智能配电网有助于提高电网供电可靠性、系统运行效率以及终端电能质量;有助于实现分布式发电、储能与微网的并网与优化运行，实现高效互动的需求侧管理;有助于结合先进的现代管理理念，构建集成与优化的配电资产运行、维护与管理系统。智能配电网较传统配电网更加坚强并具有更大的“弹性”，可以有效抵御自然灾害及外力破坏等突发事件给电力系统造成的影响，并且具有强大的“自愈”功能，自愈是智能配电网最重要的特征。

1智能配电网的自愈控制技术

随着智能电网技术的进步，智能配电网在配电自动化系统（DAS）的基础上不断地完善与升级，其所具备的功能也越来越强大。

智能配电网应具备自愈控制、开放兼容、互动共赢、高效管理以及优质供电等特征。

自愈控制主要体现在当配电网中出现短路故障时，配电网系统能及时执行自动故障定位、隔离与恢复供电，最大限度地减小非故障停电范围。对于不同类型的配电网自动化系统，当电网中出现短路故障时，电网的自愈控制方式也不尽相同。一般运用的方式包括就地控制型、主站集中型和分布式智能控制型三类。但配电网自愈和自动化系统的作用不能过分强调，电网坚强的结构其实是自愈的基础。坚强电网、信息传输、自愈控制系统是构成配电网自愈的三要素。

自愈电网或电网自愈控制是电网调度控制的必然趋势。其运行状态可定义为紧急状态、恢复状态、异常状态、警戒状态和安全状态。对应上述五种状态，配电网自愈控制包括预防、校正、恢复及紧急四种基本控制。控制目标是保证在发生异常状态恢复控制故障时继电保护能正确动作，保持一定的安全裕度，满足N-1准则。

自愈控制的理念。配电网自愈控制的分层框架体系把智能配电网自愈控制分为系统层、过程层、高级应用层。该体系能够很好地协调局部和全局控制、配电网优化和安全控制（预防校正、紧急恢复、检修维护控制等），既能通过高级应用层实现集中控制，又能通过过程层实现局部控制，它是实现配电网自愈控制的分布自治、广域协调、工况适应、重视预防的基础组织架构。

2 智能配电网协同自愈控制关键技术的具体应用

2.1 在线检测及高级量测技术

该技术在智能配电网自愈控制体系中监测中心和机构中发挥十分重要的作用，能够全面检测电气量和非电气量，并且有利于工作人员及时获得更加完整、精准的配电网运行参数，了解其实际状况，从而采取一系列措施，维护系统稳定运行，提高供电质量。我国配电网在将来发展的过程中，属于大范围分布式的广域网络，在系统运行中需要借助先进的技术实现各类装置的有效协调，并构建完善的自愈控制体系。而高级量测体系逐渐实现相关技术的融合，提高技术水平，丰富功能，为智能配电网提供更好的服务。

2.2 故障隔离及配电网重构技术

保护装置就地动作能够迅速实现故障隔离，并利用集中和分布控制方式，重构配电网，减少网损，保持平衡符合，优化网络运行。新时期自愈控制关键技术，在智能配电网运行具有新的应用功能，并呈现出全新的特点。

（1）智能配电网结构较为复杂，包含较多不可预测事件，采用以往的网络重构技术，难以符合要求。因此，在智能配电网自愈控制中的网络重构，需要综合考虑各项影响因素，选择适宜的人工智能方法，提高配电网重构效果。

（2）分布式电源在实际应用中，能够有效阻断配电运行故障，但是其具有较强的波动性和随机性，无法有效确保不同类型分布式电源可通信、量测和调度。因此，在配电网重构的过程中，利用“孤岛”划分算法，优化运行方案，同时结合实际要求，调整“孤岛”运行方式。

例如：某电力企业的配电网系统电压等级设计为11.5kV，包含10条馈线，常闭和常开支路分别为82条、12条。系统内的各个馈线最大容量为5000kW·A，分布式电源接入总容量和渗透率分别为5300kW、25.76%。当其输出功率的能力较为稳定时，功率因素都是0.9。

在系统故障定位和故障隔离之后，明确是通过哪种方式进行恢复。如主动“孤岛”恢复、网络重构恢复，或者二者相结合恢复。借助主动“孤岛”匹配恢复非故障失电区域，通过深度优先搜索算法，进行“孤岛”划分，实现非故障失电符合恢复的最大化。同时，工作人员借助启发式规则，选择适宜的联络开关，有效连通非故障失电区和带电区，并且将由于故障脱离电网的分布式电源，有效并入电网，通过其出力。之后，恢复配电网的连通性，当系统运行安全约束条件不符合相关要求，借助和声算法获得最佳方案，不仅有效恢复非故障失电区，还提高了故障恢复速度，保证方案的最优性。

2.3 智能分析及决策技术

智能分析及决策技术能够及时发现其异常现象，发出故障预警，制订完善的自愈控制方案和措施。在智能配电网中包含较多分布式电源、微网系统，对自愈控制带来了一定的挑战，其分析的各项内容具有一些转变。如当分布式电源和储能装置、微网系统运行过程中出现一些故障问题，需要对其性能进行分析的过程中，配电网接地方式、负荷水平和性质对智能配电网的故障特性具有较大影响。同时，不同类型的分布式能源直接影响了系统故障特性。

当智能配电网运行中，受到一些因素的干扰，出现故障时，通过智能分析及决策技术，基于故障状态，优化自愈控制方案和措施，并自动化匹配相应的故障恢复技术，实现相关设备动作的控制，迅速恢复故障，并自动存储相关自愈控制决策信息。在自愈控制的过程中，具有连锁和多重故障、决策信息化等不同状况，需要工作人员在自愈控制决策的过程中，综合考虑其协调性，有效解决冲突，评估风险并优化控制。

2.4 状态评估技术

该技术主要在决策系统内，基于控制方案，综合评估配电网当前运行状态，以及将来相应时间段内运行可能的状态。同时，评估设备状态，主要结合其运行参数，及时更新评估结果。在风险评估过程中，强调智能配电网运行中的风险描述，如电网布局不合理、设备故障等因素带来的一些安全风险。

结语

自愈作为智能配电网最重要的特征是智能配电网的“免疫系统”。通过研究应用智能配电网自愈控制技术将使电网的供电可靠性明显提高，停电时间显著减少。尤其是在配电网线路发生故障的情况下，配电网将充分发挥它的自我预防、自我恢复能力，优先保障人们的生活，最大限度地为人们提供电力。

参考文献

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