智能配电网自愈控制系统技术研究与设计李鹏

智能配电网自愈控制系统技术研究与设计李鹏

李鹏

（深圳市达能电力技术有限公司深圳516000）

摘要：在国家安全防御体系中电网安全保障体系属于一个非常重要的组成部分，智能配电网自愈控制技术的应用能够有效地保证电网的安全，这主要是由于在电网正常运行时智能配电网的自由控制可以实现优化和预警，并且诊断故障情况，明确相关故障的位置，确保能够及时地恢复供电。在未来的电网技术发展中智能配电网的自愈控制技术属于一个非常重要的发展趋势。

关键词：智能配电网；自愈控制；自愈控制系统架构

1智能配电网自愈控制系统关键技术

1.1配电网建模、仿真、分析和试验技术

智能配电网的建模、仿真、分析、试验理论与方法属于自愈控制技术研究方面的核心基础研究之一，可为智能配电网的系统设计、深层研究与工程应用提供必要、有效的研究工具和手段。课题对含分布式电源、储能及微电网的智能配电网的建模方法和仿真方法进行研究。面向智能配电网的不同应用场景，研究了智能配电网暂态和稳态建模理论，建立了含分布式电源及储能装置的智能配电网多时间尺度模型库。具体包含：涵盖了智能配电网中各个结构层面的多时间尺度建模工作，包括一次能源动态模型、新能源并网模型；针对各种分布式电源以及储能装置在动态过程时间尺度上的明显差异，进行了在不同仿真场景下的模型适应性分析，包括燃料电池、电力电子装置等；针对智能配电网网络规模庞大、结构复杂、结构与参数高度不对称等典型特征，开展了智能配电网模型化简技术，通过网络模型的整体降维化简，实现高维复杂配电系统快速、准确和高效的分析计算。

针对智能配电不同时间尺度动态过程的具体特点，研究了面向稳态运行模拟的多相潮流计算方法、面向准稳态过程的稳定性仿真方法以及面向暂态过程的电磁暂态仿真方法，提出了基于显式－隐式混合积分算法的稳定性仿真方法、基于投影积分算法的稳定性仿真方法、基于多线程并行计算的暂态仿真方法以及基于高斯算法和牛顿算法相结合的潮流计算方法，进一步提升程序的仿真计算能力。

研究了含分布式电源、微电网及储能装置的智能配电网动态模拟方法，包括RTDS实时仿真方法和仿真建模技术，提出了基于FPGA的智能配电网暂态实时仿真系统设计方法；开展智能配电网数字－物理混合仿真技术研究，建立了基于RTDS的智能配电网数字－物理混合仿真与试验平台，平台能够对具有不同电压等级网络架构和各种运行方式下的智能配电网进行建模、仿真与分析，以及进行智能终端、分布式智能控制保护设备等智能配电网二次设备的功能或性能的测试，具有良好的可扩展性；基于RTDS试验平台，开展了基于硬件在环仿真的智能配电网自愈控制装置的试验测试，包括智能配电网自愈控制主站系统、智能配电网保护测控一体化终端和智能配电网故障指示器等，为智能配电网自愈控制技术研究和示范工程的建设提供支撑。

1.2正常状态下的自愈控制技术

研究了智能配电网在线风险评估方法，建立了配电网在线风险评估模型。该模型将风险视为健康度与重要度的二元函数，研究了评估对象的健康度与重要度的影响因素及其权重的确定规则。根据配电网的网络层次及拓扑连接关系，将配电网风险分为四层，包括设备风险、馈线风险、馈线联络组风险以及系统风险。该模型可有效避免基于概率与后果的传统风险评估方法中事件概率难以获得、实用性差的缺点，可实现多维度、多时间尺度的配电网实时在线风险评估。

研究了含分布式电源的配电网安全预警指标体系、运行状态划分和安全预警方法。利用智能配电网风险评估结果计算相应的运行状态划分指标，并将配电网划分为正常状态、警戒状态和故障失电状态，研究了运行状态的相互转换机制。通过含分布式电源的配电网在线k（n－1＋1）评估，自动生成预想事故集，提出智能配电网自动预想事故集与故障恢复的匹配方案。

提出了智能配电网预防控制多阶段决策方法，有机融合了调节分布式电源出力、调节无功补偿电容器组、网络重构以及切负荷等控制手段。分析了分布式电源接入后对配电网电压及负载率的影响，提出了一种基于灵敏度分析的多阶段决策的节点电压与线路负载率控制技术。以负荷均衡与节点电压不越限为目标，建立了正常状态下网络重构模型，提出了基本环路矩阵自动生成算法，并利用改进和声算法对网络重构模型进行求解，生成系统的预防控制方案。

1.3故障情况下的自愈控制技术

研究含分布式电源的智能配电网故障检测、定位、隔离及重构技术。提出了基于和声算法的含分布式电源配电网的主站故障定位方法。研究了阶段式故障恢复网络重构方法，并将基本环路矩阵的自动生成算法应用其中，通过制定无不可行解的编码规则，实现了故障停电损失最小、恢复时间最短的目标。

研究智能配电网在极端条件下基于分布式电源孤岛运行的关键负荷保障技术。针对分支开关部分可控的情况，考虑分布式电源运行特性，以保障关键负荷为目标，建立了孤岛划分模型，提出了基于深度优先搜索与二进制组合变异粒子群算法的孤岛划分方法。针对分支开关全控的情况，提出了基于Prim算法的孤岛划分方法，可快速地将配电网区域划分为单个孤岛，尽可能多地保障负荷供电，且有利于在故障排除后快速从孤岛模式恢复到并网模式。在孤岛划分的基础，提出了配电网黑起动策略，根据DG特性、容量和配电网结构，并采用Floyd算法确定了DG起动顺序和恢复路径。提出了以自愈主站作为后备控制系统的光储一体化微电网系统的关键负荷保障技术方案。

2智能配电网自愈控制系统设计

2.1智能配电网自愈控制系统功能

智能配电网自愈控制系统是智能型的、含分布式电源/储能/微网接入协调控制的高级配电自动化系统，是在数据采集与监控、分布式自愈控制、配电网分析与状态评估基础上，自动根据配电网状态自我主动调节的智能系统，以实现配电网的“自我感知，自我诊断，自我决策，自我恢复”为主要目的。

智能配电网自愈控制系统主站功能分为基础层、分析层、评估层和决策层4个层次。基础层是由分布式统一支撑平台和在其之上的配电网运行监控、分布式电源监控、配电网运行仿真等智能配电网基本应用组成；分析层由网络拓扑分析、状态估计、潮流计算、负荷转供分析、负荷预测等常用的配电网分析功能组成；评估层主要是在基础层和分的运行风险进行评估和预警，对配电网的运行状态进行划分；在配电网运行状态划分的基础上，根据不同的运行状态进行相应的网络重构，形成智能配电网自愈控制系统的决策层。

2.2智能配电网自愈控制系统架构

整个智能配电网自愈控制系统由分布式自愈控制层、主站集中自愈控制两层通过网络通信组成，整个系统应按照实现智能配电网“自我感知、自我诊断、自我决策、自我恢复”的目标进行主站系统和分布式终端软件设计。

2.3智能配电网自愈控制系统接口设计

智能配电网自愈控制主站系统为实现对整个智能配电网的状态感知和分析，除需要从分布式配电终端直接采集外，还需要从现有已建成的调度自动化系统EMS系统获取主网部分的高/中压配网模型和实时数据。

3结束语

总之，智能配电网的自愈控制技术在解决大量的分布式电源接入问题、预防大面积停电事故发生、抵御连锁故障、提升配电网安全性和可靠性等方面均发挥了十分重要的作用，而且属于非常关键的技术手段，其应用前景非常广阔。为了能够进一步的推广和应用智能配电网的自愈控制技术，就必须要形成完善的智能电网综合评价机制，从而对智能电网的发展进行有效引导，同时要加快智能电网自愈控制技术的研发工作，全面地推动我国智能配电网的不断发展。

参考文献：

[1]董旭柱，黄邵远，陈柔伊，等．智能配电网自愈控制技术[J]．电力系统自动化，2015，36（18）：17-20．

[2]董旭柱．智能配电网自愈控制技术的内涵及其应用[J]．南方电网技术，2015，7（3）：1-6．

[3]李鹏，原凯，王成山，等．一种基于投影积分算法的微电网稳定性仿真算法[J]．电工技术学报，2014，29（20）：93-101．