顾越
囯网杭州市余杭区供电有限公司 311100
摘要：作为配电系统的最后一环，低压配电系统连接着公用配电变压器和用户，担负着向用户直接供应电能和分配电能的重要任务。配电系统具有“点多面广分层多”等特点，其网络拓扑的梳理难度较大，故难以搭建起可靠性评估的物理模型。针对该问题，部分学者提出基于统计数据的配电系统可靠性评估方法。首先分析了配电系统用户供电可靠性评估的重要性，然后分别构建了配电系统的可靠性评估方法和可靠性预测方法，为配电系统的可靠性管理工作提供借鉴作用。本文提出了一种基于馈线自动化下的配电系统可靠性评估方法，能充分考虑配网运行状态，实际算例分析证明了方法的合理性和准确性。基于此，本篇文章对馈线自动化下的配网可靠性评估方法进行研究，以供参考。
关键词：馈线自动化；配网；可靠性；评估方法
引言
随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，用户对供电质量及可靠性提出了越来越高的要求。配网自动化水平直接关系到配网运行稳定性和供电可靠性。配网自动化技术能迅速判断故障区域、在较短时间内完成相关开关分合闸操作，将故障隔离在最小范围内并最大限度恢复非故障区域供电，缩小停电面积、缩短停电时间。配网自动化通过DTU/FTU实时监视开闭所、配电站、环网柜的分段或联络开关分合状态及各馈线电压、电流，实现线路开关远方/就地分、合闸，保障供电。本文对基于馈线自动化下的配网可靠性评估方法，对方案的选择提出合理化建议。
1可靠性评估方法
故障扩散可靠性评估。目前，模拟法、解析法是配电网可靠性评估方法的主要方法。模拟法基本不受规模大小影响，但其运算精度和时间存在矛盾；解析法模型简便、易分析，且计算速度较快，适应范围广。综合优缺点，解析法应用较多。解析法以配电网结构为基础，结合各类算法来计算可靠性指标，包括故障模式后果分析法、网络等值法、最小路法、最小割集法和故障扩散法等。本文使用故障扩散法进行可靠性计算。配电网可靠性评估中，开关装置十分关键，根据作用大致可以分为以下３种：（１）自动开关，如断路器、馈线自动化开关等，主要影响负荷点的故障率；（２）手动开关，如隔离开关，虽不影响故障率，但会影响故障类型和停运时间；（３）联络开关，可通过倒闸操作恢复部分或全部负荷的供电。根据所述特点，以开关为节点将线路分为若干个区域。以自动开关为界的分区称为自动隔离区；以手动开关为分界的称为手动隔离区。同一自动隔离区的负荷点故障率相等；同一手动隔离区的负荷点故障停电时间相等。隔离区的停电影响通过故障扩散法来确定。
配电自动化建设需求。配电自动化涉及到开关一次设备的改造、馈线出口保护配置、配电自动化终端及通信装置的选型、通信系统的构建及主站功能模式等系统性的内容，以数据、信号、计算、控制为核心，实现对配电网的监测、控制和快速故障隔离，为配电管理系统提供实时数据支撑。传统配电自动化采用集中控制模式，主站/子站与终端构建星型连接为主，通过配电主站和配电终端的配合，基于对信号的控制判断故障并遥控隔离故障、恢复非故障区的供电，通信时延基本在秒级。而智能分布式就是去中心化，无需主站干预，由各个环网开关的智能终端决策，协同完成配电线路故障定位、隔离以及恢复供电，时延可降低到毫秒级，基于拓扑逻辑信号判定的方式已得到了一定应用。这一模式变化必然使得计算资源下沉部署，驱动边缘计算得到应用，能源互联网“云-网-边-端-芯”中的“边”就是指部署边缘计算装置，构建电网的分布式数据中心，提升整体的配电网自愈能力和适应能力。
2可靠性评估模型
对网络元件进行故障遍历，根据以上方法确定每个基本故障事件发生时对各个负荷点的影响，建立故障模式后果分析表，该表包含了每个基本故障发生时各个负荷点的故障率λ（次／ａ）、每次故障停电时间ｒ（ｈ）及年平均停电时间Ｕ（ｈ／ａ）。考虑到联络线作为备用电源，其对可靠性的影响主要体现在非故障段的停电时间上，若线段上的负荷通过转供判断确定能够进行转供，则该段的负荷点停电时间ｒ等于故障隔离时间与联络开关的倒闸操作时间之和。反之，该段负荷停电时间ｒ为故障隔离时间与故障修复时间之和。其中故障隔离时间取决于网络的自动化水平。
3基于馈线分段配网负荷转供建模分析
3.1节点导纳矩阵
节点导纳矩阵可以公式计算:
Y=A·X·yb·X·AT
其中，A表示的是馈线内支路(除去联络线支路)全部保持运行状态时节点支路关联矩阵;yb表示的是支路导纳为元素的情况下，对应产生的列向量。节点导纳矩阵可以通过节点支路关联矩阵A与待求解优化变量X来表示，对于不同的X变量，其所对应的网络并不相同，这样便可以降低拓扑分析的频次，在生成新的网络时不需要重新做拓扑分析，这样便可以更好地实现配网转供设计。
3.2目标函数
馈线内指定区域内在遇到配电网故障后所对应最小影响范围作为研究目标，对其做进一步的量化，使得停电区域内全部用电负荷之和保持在最小。将馈线内部所有的负荷节点全部设定为PQ节点，可以确认馈线内所有负荷节点在配电网故障停电前后注入功率差额的绝对值和以及最小可以更进一步地进行优化。将此目标作为优化对象，能够最大程度上来减少停电节点，保证未停电节点数量最多，而停电节点对应的功率保持最小。
优化目标函数为:
min=
其中，m表示的是负荷节点总数目;PSPi表示的是已知节点i所对应的注入有功功率，并且通过对负荷节点的比较，可确定其与该节点有功负荷一致;Pi表示的是故障后接电注入有功功率。在对配电网转供方案进行优化设计时，按照类型不同节点包括停电接点与未停电节点两种，并且未停电节点在稳态运行时必须要满足潮流方程，其节点注入有功功率与同一地点的有功负荷比较，两者数值相同，便可以进一步得到节点的不平衡功率PSPi-Pi=0，对应的便是对目标函数的贡献为0。与未停电节点不同的是，停电节点不具备与电源的通路，相应的节点注入有功功率为0。通过上述的研究分析，可以确定将馈线中所有节点功率不平衡量差定义为停电损失符合实际条件。
3.3智能分布式配网馈线自动化解决方案
本方案DTU公共单元采用高性能多核处理器，安全可靠，性能强大，可承接云端人工智能算法，对开闭所、环网柜设备进行更加智能化的监控和保护。DTU间隔单元采用16位A/D转换器和高精度交流频谱分析算法，计算精度高。通过定义不同开关在FA逻辑中的角色和完善的FA逻辑，FA可以面对多种复杂配网拓扑进行故障隔离，并具有更加完善的故障恢复策略，从而使得系统具有强大的分布式FA功能。相比而言，本方案DTU间隔单元比边缘节点配网自动化方案FA间隔单元的功能强。
4提高配电系统可靠性的技术措施
影响配电系统可靠性的因素很多，配电设备的性能指标以及制造工艺和相关产品的质量会直接影响到配电线路的质量，线路相关设备的自动化程度、配电系统线路的传输容量甚至是系统动作的性能指标等都会直接影响到配电系统的可靠性。
4.1提高可靠性技术方面
要加强城市输变电网架的建设，城市的电网应当采用500kV变电站为供电电源依托，220kV双环网形式分区开环运行，220kV变电站必须要深入城市负荷中心区，以保证城市的供电不会因为各种突发事件而长时间被切断。在真正实现了分区、分层运行以后，可以有效限制电网的短路电流，以解开高低压电路之间的电磁环网，从而提高电网安全可靠的运行能力，对于大规模连锁停电事故的发生具有很好的防止效果。在城市的中心区域以及规划区域，负荷密度相对较高，因此高压配电网应该直接取消35kV公用变电站，以110kV变电站的供电为主，加强供电能力。对于原有的35kV专线供电的用户，原则上需要将其介入220kV变电站，以确保其正常供电。对于110kV变电站的接线模式来说，需要更加的简洁与清晰。可以直接取消单线单变接线以及双T接线的方式以保证供电电源的可靠性。
4.2改善配网结构，缩小故障停电范围
对于中压配电网的结构的改善，可以根据220kV和110kV变电站的分布来进行独立的分区配电网划分。每一个变电站都需要有明确的供电范围，而且不交错，不重叠。在10kV馈线上按主干线分段的原则安装干线分段开关、分支线开关等，使得整条馈线停电的可能性大大降低。除此以外，还可以采用柱上式SF6开关作为联络开关，大大缩小停电的范围，供电网络全线一旦某个位置出现故障，用联络开关就能够使故障停电范围大大缩小，同时还能够缩小安排停电范围。
结束语
综上所述，本文提出了一种基于馈线自动化下的配网可靠性解析评估方法，分析可靠性模型，首先基于深度优先搜索算法搜索出给定拓扑结构下的元件最小路和用户最小路，然后通过分析元件和用户最小路之间的逻辑关系以及系统元件故障特性，解析计算出系统可靠性指标，结论如下:(1)相比于中压等效法，本文方法进一步考虑了低压网络结构和拒动误动的情况，能更好地反映低压网络拓扑和设备故障特性对可靠性水平的影响，提升了系统可靠性评估的真实性和终端用户可靠性指标的差异性。(2)建立了设备故障特性与可靠性指标间的数学函数关系，考虑了系统故障后断路器能正常断开故障点、断路器拒动无法断开故障点和操作故障引发断路器误动的三种故障情景，实现了具有“多级保护”结构的低压配电系统可靠性的量化分析。(3)通过分析计及低压供电可靠性的断路器设备优选，证明了本文方法的工程应用价值。
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