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饋線自動化的最優(yōu)控制模式

發(fā)表時間：2006-03-06 00:12  來源：網(wǎng)絡收集  作者：焦邵華 焦燕莉 程利軍  瀏覽量：

　　電網(wǎng)調(diào)度自動化、變電站綜合自動化、配電自動化構成當前電力系統(tǒng)自動化的主要內(nèi)容。其中調(diào)度自動化是面向輸電網(wǎng)的全網(wǎng)控制，實現(xiàn)輸電網(wǎng)的SCADA/EMS/PAS；變電站綜合自動化是面向輸電網(wǎng)的重要節(jié)點——變電站的保護控制系統(tǒng)。這兩項技術都比較成熟，在國內(nèi)輸電網(wǎng)中大量得以應用，而正在興起的配電自動化則充分繼承了調(diào)度自動化、變電站綜合自動化的許多技術。在微觀環(huán)節(jié)上，配電自動化既包括類似于調(diào)度自動化的SCADA/GIS/PAS，又包括類似變電站綜合自動化的配電變電站、開閉所、饋線自動化。目前，在輸電網(wǎng)自動化中形成了以網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、重要變電站的分層控制，在變電站綜合自動化中形成了保護功能相對獨立，功能下放，就地安裝的全分布式自動化系統(tǒng)。在配電自動化中，目前的故障處理及控制模式有多種，本文旨在討論如何實現(xiàn)最優(yōu)的控制模式。

　　由于配電自動化起步較晚，故該技術能夠充分借鑒其它自動化技術的優(yōu)勢，能充分吸納通信技術、測控技術、軟件技術的新成果。通信是配電自動化的關鍵，文獻[1]總結了應用于配網(wǎng)的多種通信方式及現(xiàn)場總線技術。隨著通信技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展，配電自動化越來越趨向于分層控制。同時，中壓配電設備的制造水平正在快速進步，其中具有代表性的是智能一體化開關技術，該技術采用永磁操作機構，開關本體與配電終端一體化，作為一個整體參與饋線自動化功能。隨著真空滅弧技術的進步，斷路器與負荷開關在成本上差異不大，這使得斷路器在配網(wǎng)中作為分段開關得以應用，從而為配電終端直接控制斷路器出口跳閘奠定了基礎。

　　配電自動化對供電可靠性的高要求同時也導致了對自動化系統(tǒng)自身可靠性的高要求。如何改進配電自動化的系統(tǒng)結構及控制模式來提高自動化系統(tǒng)本身的可靠性是值得充分研究的問題。

　　2 饋線自動化的實現(xiàn)層次及特點

　　2.1 主站監(jiān)控式饋線自動化

　　配電主站、配電子站、饋線配電終端是構成國內(nèi)配電自動化的三大環(huán)節(jié)。主站監(jiān)控式饋線自動化是指完全由主站實現(xiàn)的饋線故障緊急控制。配電主站是大型配網(wǎng)自動化建設的核心，作為控制中心，它依賴于通信，實現(xiàn)配電網(wǎng)全局性的數(shù)據(jù)采集與控制，從而實現(xiàn)配電SCADA、配電高級應用（PAS）。同時以地理信息系統(tǒng)（GIS）為平臺實現(xiàn)了配電網(wǎng)的設備管理、圖資管理，而SCADA、GIS和PAS的一體化則促使配電主站的功能更綜合、更緊密、更強大，成為提供配電網(wǎng)保護與監(jiān)控、配電網(wǎng)管理與維護的全方位自動化運行管理系統(tǒng)[3]。在主站層實現(xiàn)的饋線自動化功能簡單明了，參見圖1所示系統(tǒng)，當在開關S1和開關S2之間發(fā)生故障F1（非單相接地），線路出口保護使斷路器B1動作，將故障線路切除，實現(xiàn)故障識別；再根據(jù)裝設在S1處的FTU檢測到故障電流而裝設在開關S2處的FTU沒有故障電流流過，此時自動化系統(tǒng)將確認該故障發(fā)生在S1與S2之間，遙控跳開S1和S2實現(xiàn)故障隔離并遙控合上線路出口的斷路器B1，最后合上聯(lián)絡開關S3完成向非故障區(qū)域的恢復供電。

　　這種基于通信的饋線自動化方案以集中控制為核心，綜合了電流保護、RTU遙控及重合閘功能，能夠快速切除故障，在幾秒到幾十秒的時間內(nèi)實現(xiàn)故障隔離，在幾十秒到幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)恢復供電。

　　主站監(jiān)控方案中故障識別、故障網(wǎng)絡拓樸分析、故障定位、故障負荷轉移都由配電主站集中處理，形成順序控制策略，再通過遠方通信逐項完成。配電網(wǎng)緊急控制功能及邏輯完全做在主站中，對配電終端僅要求具有RTU功能，對配電網(wǎng)通信的依賴性強，當通信系統(tǒng)發(fā)生故障或控制中心故障，則不可避免地導致整個控制系統(tǒng)癱瘓，失去故障隔離、恢復供電功能。如同在微機繼電保護發(fā)展初期，變電站的眾多保護功能僅由一臺計算機實現(xiàn)一樣，這種完全依賴通信的主站集中式控制模式可靠性較差，應當考慮緊急控制功能的分布實現(xiàn)與下放。

　　2.2 子站監(jiān)控式饋線自動化

　　配電子站通常位于變電站或配網(wǎng)分控制中心，其功能涵蓋通信處理和就地監(jiān)控，與變電站綜合自動化一樣，配電子站在子站層能夠獨立實現(xiàn)對饋線的信息采集與控制。在饋線故障處理中，故障識別、故障隔離功能可以由配電子站完成。這種控制方式實現(xiàn)了主站中緊急控制部分功能的下放，增強了子站的控制功能，減弱了饋線故障處理對主站的依賴，是目前比較流行的控制方式。

　　該控制模式需要協(xié)調(diào)解決故障隔離與故障負荷轉移的關系。主站能夠基于配電網(wǎng)全局的拓樸信息給出全局最優(yōu)的故障負荷轉移方案，其優(yōu)化目標函數(shù)的約束條件包括開關的操作次數(shù)、負荷轉移的合理行、重構網(wǎng)絡的合理行、網(wǎng)損等因素。一般情況主站在故障發(fā)生后進行負荷轉移的分析，為調(diào)度給出最優(yōu)恢復策略，由調(diào)度確認后實現(xiàn)負荷轉移。

　　實際上只有在復雜的大型配電網(wǎng)中發(fā)生大范圍故障時，才會出現(xiàn)較大的負荷需要轉移，自動化系統(tǒng)將通過復雜的拓樸分析給出一系列順序執(zhí)行的轉移負荷方案。然而通常情況下，饋線故障的恢復供電措施都很簡單，只需考慮聯(lián)絡開關投入備用電源是否能夠完成負荷轉移。對于這種單一操作可以考慮通過配電子站來完成。理想的方案是由主站在正常運行狀態(tài)進行故障預想，，在線生成控制策略，并下載到配電子站中，即對于哪些故障可以由配電子站直接進行故障負荷的轉移，主站作為該項任務的后備。

　　2.3 終端監(jiān)控式饋線自動化

　　2.3.1 重合器方式

　　重合器方式就是一種最簡單的終端控制式饋線自動化功能，這種簡單而有效的方式能夠提高供電可靠性，其突出優(yōu)點是功能獨立，無需外界干涉，封裝性好，相對于傳統(tǒng)的電流保護有較大的優(yōu)勢。該方案的缺點是故障隔離的時間較長，多次重合對相關的負荷有一定影響，影響電能質(zhì)量。

　　2.3.2 饋線系統(tǒng)保護[3]

　　饋線系統(tǒng)保護是利用良好的網(wǎng)絡通信和分散安裝的配電終端實現(xiàn)的具有特殊原理的全線速動式區(qū)域性饋線保護。

　　該方案的基本原理如下：參見圖2所示典型系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用斷路器作為分段開關，如圖A、B、C、D、E、F。對于變電站M，手拉手的線路為A至D之間的部分。變電站N則對應于E至F之間的部分。M側的饋線系統(tǒng)保護則控制開關A、B、C、D的保護單元UR1至UR4組成，這些分散安裝的終端通過總線式快速網(wǎng)絡相連。

  本文關鍵詞：饋線自動化的最優(yōu)控制模式，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。