配電網(wǎng)故障快速恢復方法

郭永,張健

(國網(wǎng)北京市電力公司 運行檢修部,北京101200)

摘要針對快速實現(xiàn)配電網(wǎng)故障恢復的問題,對智能配電網(wǎng)的故障、網(wǎng)絡重構及故障恢復進行了分析。通過建立包含約束條件的配電網(wǎng)故障快速恢復數(shù)學模型,對網(wǎng)絡拓撲搜索進行了研究。利用網(wǎng)絡拓撲搜索與故障信息矩陣相結合的方法,解決了配電網(wǎng)故障定位問題。并就常見的35 kV永久配電故障,給出了35 kV電源故障快速恢復方案,針對解決方法進行了實際案例分析,驗證了所提出方案的可靠性及有效性。

關鍵詞配電網(wǎng)故障;網(wǎng)絡拓撲搜索;故障恢復;網(wǎng)絡重構

收稿日期:2015-02-28

作者簡介:郭永(1985—),男,碩士研究生。研究方向:配電網(wǎng)自動化。E-mail:741037921@qq.com

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.040

中圖分類號TM711.2;TP311

Research on the Method of Power Failure Fast Recovery

GUO Yong,ZHANG Jian

(Operation Overhaul Unit,State Grid Electric Power Company Beijing,Beijing 101200,China)

AbstractThe paper discusses the fault analysis of smart distribution network,network reconfiguration and fault recovery.First of all,the distribution network fault contains constraints fast recovery mathematical model is discussed and the research on network searching analyzed.A combination of network topology search and fault information matrix phase is adopted for fault location in distribution network.An actual 35 kV distribution network fault recovery case is given and analyzed,which verifies the reliability of the proposed method.

Keywordsdistribution network fault;network topology search;fault recovery;network reconfiguration

隨著城市建設的發(fā)展,配電網(wǎng)也發(fā)展迅速,同時,針對配電自動化的要求也越來越高。35 kV中低壓配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中配電系統(tǒng)的重要組成部分,因此,針對35 kV配電網(wǎng)進行故障恢復研究具有重要意義[1]。配電網(wǎng)的故障恢復主要包含故障定位、故障隔離及網(wǎng)絡重構[2-3]。

本文基于配電網(wǎng)故障特點,討論了包含約束條件的配網(wǎng)故障恢復數(shù)學建模,并針對故障分析相關理論進行了進一步分析討論,編制了35 kV故障快速恢復方案,以實際案例驗證了該方案的有效性,證明了該方案具備一定的實際工程應用價值。

1配電網(wǎng)故障恢復建模及拓撲搜索

1.1　配網(wǎng)故障恢復

配電網(wǎng)故障恢復指配電網(wǎng)故障發(fā)生后,針對該故障進行定位、隔離以快速恢復供電的方法[4-5]。

為了實現(xiàn)配電網(wǎng)故障后更多負荷快速恢復供電,同時降低損耗、提高運行可靠性與電壓質量,目標函數(shù)的建立應盡量考慮重要負荷優(yōu)先恢復、減少開關操作次數(shù)、降低網(wǎng)損等要求,該函數(shù)

f(x)=αmaxHload+βminPloss+γminNum

(1)

其中,α、β、γ分別表示恢復量、網(wǎng)損及開關操作次數(shù)權重;Hload是負荷恢復總量,Ploss是配電網(wǎng)的網(wǎng)損;Num是恢復開關操作次數(shù)。

為滿足電氣約束與安全約束,以下約束條件為負荷轉移需要滿足的必要要求:

(1)節(jié)點電壓

Uimin≤Ui≤Uimax,i=1,…,m

(2)

其中,m表示節(jié)點總數(shù);Uimin、Ui、Uimax分別為節(jié)點電壓的下限、節(jié)點電壓及其上限。

(2)線路容量

Il≤Ipl,l,…,Ii

(3)

其中,Il表示通過元件的電流;Ipl為可通過元件的最大電流。

(3)輻射狀運行

gk∈Gk

(4)

其中,gk是目前的網(wǎng)絡結構,Gk表示所有輻射狀的網(wǎng)絡配置集合。

1.2　配電網(wǎng)拓撲搜索

拓撲分析作為電力系統(tǒng)領域高級分析計算的基礎[6-7],可實現(xiàn)基于開關的開合狀態(tài),針對電網(wǎng)實時結構網(wǎng)絡模型進行分析計算,從而確定節(jié)點——開關與母線的連接關系[8-9]。

(1)等值節(jié)點分析。針對等值節(jié)點進行分析的過程為遞歸過程,設置節(jié)點訪問標記以規(guī)避重復搜索。根據(jù)節(jié)點在鏈表的存儲順序進行節(jié)點指針鏈表訪問,首先針對節(jié)點進行是否屬于某等值節(jié)點的判斷,如該節(jié)點進行等值處理,則訪問相鄰節(jié)點,否則生成新的等值節(jié)點,將其添加到指針鏈表,并進行編號。接著訪問該節(jié)點的相鄰節(jié)點,如相鄰節(jié)點沒有進行等值處理,且通過合閘斷路器和上一節(jié)點相連,則將其存入指針鏈表。以上循環(huán)訪問為一個等值節(jié)點的處理過程。

(2)電氣島分析。電氣島為通過有阻設備進行連接的等值節(jié)點所組成的電氣子系統(tǒng),根據(jù)是否包含電源可以分為活島與死島?；诘戎倒?jié)點分析,針對等值節(jié)點指針鏈表進行依次訪問,進行與該等值節(jié)點通過有阻設備所連接的另一等值節(jié)點,將其存入電氣島鏈表,同時進行標號,以上流程的循環(huán)為電氣島分析。

(3)配網(wǎng)拓撲搜索。配網(wǎng)拓撲搜索指通過算法對配網(wǎng)節(jié)點與支路進行搜索,以判斷節(jié)點及支路的連通性與連接關系,從而實現(xiàn)配網(wǎng)的區(qū)域劃分,以便于10 kV單點與多點故障進行饋線供電恢復與35 kV故障進行負荷轉移以提供供電恢復。

2配電網(wǎng)故障定位

2.1　網(wǎng)絡拓撲搜索

進行故障定位前,需獲取網(wǎng)絡拓撲結構的矩陣,該過程需要進行網(wǎng)絡拓撲搜索,將拓撲參數(shù)導入到拓撲表中[10]。

節(jié)點編號相鄰節(jié)點支路編號開關入節(jié)點開關出節(jié)點支路阻抗節(jié)點有功節(jié)點無功開關狀態(tài)備注

圖1拓撲表

基于廣度搜索原理,從節(jié)點編號最小處進行搜索,并針對父節(jié)點進行搜索,直到末端,以獲取網(wǎng)絡矩陣D。

(5)

2.2　故障信息矩陣

由終端FTU將故障信息矩陣進行傳遞,針對各個節(jié)點FTU,設定電流整定值與正方向,故障電流通過該節(jié)點,可按照以下原則獲取故障信息矩陣。

表1　故障信息

注:若發(fā)生故障信息丟失或者變形,需要進行判斷,從而進行補充及修正,再進一步進行故障定位。

針對故障信息不足的情況進行故障處理的原則如下:配網(wǎng)中,各個節(jié)點信息量發(fā)生變化具備內在規(guī)律,配網(wǎng)中的測量信息量發(fā)生變化,配網(wǎng)亦會發(fā)生相應變化以達到穩(wěn)定值。如配網(wǎng)發(fā)生故障,可以通過計算FTU開關處的短路電流,并通過短路電流和缺失信息處短路電流的相關性,彌補缺失故障信息。

3配電網(wǎng)電源故障恢復策略

3.1　配電網(wǎng)35 kV電源故障恢復策略

35kV變電站為35kV中低壓配網(wǎng)核心,基于供電可靠性、經(jīng)濟性及靈活性,通常配置2～3臺主變壓器,對具備重要負荷的變電所,使用兩臺三繞組變壓器。對于一般性變電站,在一臺主變停運時,其余主變可保證65%的負荷。每臺變電器35kV進線都采用單母線多電源供電方式,10kV出線使用單母線多出線的方式,兩母線間均具備母聯(lián)開關,且一般為斷開狀態(tài)。每條10kV母線存在多條10kV饋線,以便把電能傳輸?shù)叫^(qū)、廠區(qū)、大廈等,并根據(jù)用戶需求以連接10kV用戶。

基于以上分析,35kV配電網(wǎng)電源故障的常見故障為:進線、斷路器、電容器、母線、變壓器等故障,本文重點討論配電網(wǎng)永久故障。

(1)35kV進線故障。如果發(fā)生35kV進線故障,首先需要判斷故障發(fā)生前負荷量及備用電源容量,而后進行自投或切除三級負荷的后備自投,使用拉手開關將切除的負荷轉移到其他電源進行供電的10kV饋線上。在供電進線與備用進線均失電導致母線失電的情況下,閉合35kV母聯(lián)開關或將部分優(yōu)先級較低負荷切除再將35kV母聯(lián)開關閉合,使用拉手開關將切除的負荷轉移到其他電源供電的10kV饋線處。

(2)變壓器故障。該故障包含單主變故障及多主變故障。單主變故障發(fā)生時,若滿足容量限制,可閉合10kV母聯(lián)開關,把負荷轉移到另一臺變壓器10kV母線上,也可切除優(yōu)先級較低的負荷,再進行母聯(lián)開關閉合。多主變故障發(fā)生,只可使用拉手開關,將重要用戶進行優(yōu)先恢復轉移到其他電源供電的10kV饋線處。

(3)10kV饋線故障。針對10kV饋線出現(xiàn)的單點或者多點故障,可使用拉手開關進行負荷轉移。

3.2　配電網(wǎng)35 kV電源故障恢復步驟

由于配電自動化水平日益提高,含有大量FTU、DTU和RTU,基本可實現(xiàn)“三遙”。因此,可實時采集配電自動化系統(tǒng)的運行情況,將其傳至配電SCADA系統(tǒng),以便為調度部門提供工作參考。針對配電網(wǎng)35kV電源故障,通常進行以下恢復步驟:

(1)獲取故障前后配電網(wǎng)的運行情況數(shù)據(jù),如節(jié)點電壓、網(wǎng)絡參數(shù)、支路電流、斷路器狀態(tài)、節(jié)點負荷等。

(2)35kV發(fā)生進線故障時,優(yōu)先實現(xiàn)35kV電壓的恢復路徑。

(3)若無法實現(xiàn)35kV電壓全部失電負荷的恢復,則將故障區(qū)域的10kV饋線負荷容量及相鄰電源點進行恢復。

4案例分析

本文主要討論某35kV進行故障的供電恢復過程。根據(jù)上文分析,針對35kV進線故障情況可知,該故障發(fā)生的原因主要有以下兩種:(1)由上級電源直接進行供電。(2)由上級電源使用其他變電站母線進行供電。

表2　35 kV進線故障供電恢復方案

綜上可知,35kV進線故障恢復過程主要使用兩種方案進行供電恢復:(1)使用備用電源供電。(2)使用與上級供電電源連接的電源對其進行供電恢復。

5結束語

本文討論了配電網(wǎng)故障數(shù)學建模的情況,探討了配電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲表示與搜索方案,給出了常用的配電網(wǎng)故障定位方法,針對配電網(wǎng)永久故障情況進行了分析總結,結合實際的35kV配電網(wǎng)進線故障進行了分析研究,給出了具體的故障恢復方案及實現(xiàn)步驟,驗證了提出方案的可行性。

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