王偉，李萌

(1.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 210000； 2.陜西省地方電力有限公司寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000)

基于分區(qū)分層模式的集中式饋線自動(dòng)化方案研究

王偉1，李萌2

(1.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 210000； 2.陜西省地方電力有限公司寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000)

為了更好地完成配電網(wǎng)故障處理，對(duì)傳統(tǒng)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的程序流程進(jìn)行了分析，指出其面向過(guò)程的處理方法在處理復(fù)雜配電網(wǎng)故障時(shí)的不足。采用將監(jiān)控范圍分區(qū)和邏輯架構(gòu)分層的故障處理方法，達(dá)到故障處理程序靈活配置并增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)并發(fā)故障等極端情況的目的。

饋線自動(dòng)化；并發(fā)故障；故障定位；故障隔離；故障恢復(fù)

0 引言

饋線自動(dòng)化FA(Feeder Automation)系統(tǒng)是配電網(wǎng)自動(dòng)化的重要組成部分，對(duì)于提高供電的可靠性和縮短非故障區(qū)的停電時(shí)間具有重要意義。FA系統(tǒng)分為分布式和集中型2種，集中型FA系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡?，由主站進(jìn)行故障定位、隔離和恢復(fù)供電。

關(guān)于集中式FA系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得一定成果，多篇文獻(xiàn)從不同角度進(jìn)行了評(píng)述。文獻(xiàn)[1]總結(jié)了多種傳統(tǒng)的故障定位方法，提出基于Multi-agent的智能饋線自動(dòng)化自愈控制方法；文獻(xiàn)[2]提出1種負(fù)荷開(kāi)關(guān)與斷路器組合的饋線，并給出了模式化故障處理的建議步驟；文獻(xiàn)[3]考慮由變電站與主控站2級(jí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)FA功能；文獻(xiàn)[4]提出了配電網(wǎng)大面積斷電的供電恢復(fù)以及如何生成開(kāi)關(guān)操作順序。

本文借鑒了文獻(xiàn)[3]中將故障區(qū)域分為2部分的方法，提出1種“監(jiān)控范圍分區(qū)，邏輯架構(gòu)分層和恢復(fù)策略分步”的集中式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，并設(shè)計(jì)了算例，驗(yàn)證了該方案的有效性。

1 分區(qū)分層模式介紹

分區(qū)分層模式的主要思路是對(duì)FA系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控范圍的橫向分區(qū)和邏輯架構(gòu)的縱向分層，使得系統(tǒng)在處理監(jiān)控范圍大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)故障時(shí)具有更好的靈活性和可靠性。

1.1監(jiān)控范圍分區(qū)

傳統(tǒng)的主站FA程序算法啟動(dòng)后，根據(jù)故障信息進(jìn)行故障定位和故障隔離，然后在整個(gè)監(jiān)控范圍內(nèi)尋找與待恢復(fù)區(qū)域存在電氣連接關(guān)系的線路，進(jìn)而給出故障恢復(fù)方案。隨著配電網(wǎng)監(jiān)控范圍越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò)改造、擴(kuò)容和日常維護(hù)逐漸增多，區(qū)域內(nèi)很有可能在同一時(shí)間點(diǎn)發(fā)生多處故障。由于傳統(tǒng)FA程序的一次故障處理范圍是整個(gè)監(jiān)控區(qū)域，如果在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生多點(diǎn)并發(fā)故障，程序?qū)⒁砸欢ǖ臅r(shí)間間隔進(jìn)行故障分批處理，在一批故障尚未處理結(jié)束時(shí)，不可以處理下一批故障。這種處理邏輯增加了后續(xù)故障恢復(fù)方案的完成時(shí)間，進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)荷恢復(fù)供電的時(shí)間變長(zhǎng)。

基于上述考慮，本文將整個(gè)監(jiān)控范圍進(jìn)行分區(qū)，劃分的原則可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)使用習(xí)慣確定，如按電源點(diǎn)分區(qū)和按行政管理范圍分區(qū)等。其中，按電源點(diǎn)分區(qū)是指根據(jù)供電端點(diǎn)不同進(jìn)行分區(qū)，按行政管理范圍可以市、縣、區(qū)為單位進(jìn)行分區(qū)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控范圍進(jìn)行分區(qū)，各個(gè)分區(qū)可以獨(dú)立進(jìn)行故障處理，增強(qiáng)了系統(tǒng)處理并發(fā)故障的能力；不同的分區(qū)可以設(shè)置獨(dú)立的故障處理邏輯，增強(qiáng)了主站FA系統(tǒng)處理故障的靈活性。

1.2邏輯架構(gòu)分層

傳統(tǒng)的FA程序依次完成故障定位、故障隔離，再遍歷故障區(qū)域的備用供電線路，給出故障恢復(fù)方案。這種處理邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、步驟清晰，適用于監(jiān)控范圍內(nèi)一次接線簡(jiǎn)單、饋線數(shù)量少的主站系統(tǒng)。隨著配電網(wǎng)升級(jí)改造，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，F(xiàn)A系統(tǒng)需要處理的內(nèi)容越來(lái)越多，傳統(tǒng)FA系統(tǒng)面向過(guò)程處理邏輯的優(yōu)勢(shì)不再明顯。針對(duì)這一特點(diǎn)，本文將FA系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)進(jìn)行了分層，包括：饋線層、 分區(qū)層和中心層。

饋線層位于分區(qū)層下一級(jí)，處理對(duì)象為各條饋線，負(fù)責(zé)完成饋線層故障定位、饋線層故障隔離和給出故障點(diǎn)上游區(qū)域故障點(diǎn)和電源點(diǎn)之間的區(qū)域供電恢復(fù)策略?？梢酝瑫r(shí)啟動(dòng)多個(gè)饋線層程序，快速完成故障定位和隔離。如果故障點(diǎn)沒(méi)有備用電源(通過(guò)閉合聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，可以給該點(diǎn)供電的電源)，則故障隔離成功后直接給出故障處理結(jié)果。如果饋線層無(wú)法完成故障處理，則上報(bào)分區(qū)層。

分區(qū)層的處理對(duì)象為整個(gè)監(jiān)控范圍內(nèi)的全部分區(qū)，負(fù)責(zé)完成分區(qū)內(nèi)故障饋線定位、隔離和饋線層故障隔離成功后的故障點(diǎn)下游區(qū)域故障點(diǎn)后的失電區(qū)域供電恢復(fù)。如果相對(duì)獨(dú)立的分區(qū)發(fā)生并發(fā)故障，則可以同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)分區(qū)層程序，進(jìn)行故障處理。若分區(qū)層無(wú)法完成故障處理，則上報(bào)給中心層。

中心層(Center)位于分區(qū)層上一級(jí)，負(fù)責(zé)保存全網(wǎng)設(shè)備連接關(guān)系，更新遙測(cè)、遙信、掛牌等信息，維護(hù)全網(wǎng)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；發(fā)生故障時(shí)，確定故障所在分區(qū)，觸發(fā)對(duì)應(yīng)分區(qū)的故障處理程序；當(dāng)分區(qū)層無(wú)法完成故障處理時(shí)，協(xié)調(diào)相關(guān)區(qū)域，完成分區(qū)間的故障處理。

1.3恢復(fù)方案

傳統(tǒng)FA系統(tǒng)的供電恢復(fù)方案在故障定位、隔離和恢復(fù)程序處理結(jié)束之后統(tǒng)一給出。本文參照文獻(xiàn)[3]中所提到方法，將故障恢復(fù)方案分為2步給出，即：故障點(diǎn)上游區(qū)域供電恢復(fù)和故障點(diǎn)下游區(qū)域供電恢復(fù)。

故障點(diǎn)上游區(qū)域的供電恢復(fù)方案是唯一的，只需要完成故障定位與故障隔離之后，合上饋線出口斷路器即可。故障點(diǎn)下游區(qū)域的恢復(fù)供電比較復(fù)雜，有時(shí)需要考慮負(fù)荷拆分和饋線容量裕度等問(wèn)題。

2 算法流程

分區(qū)分層模式程序各分層之間功能明確、相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)其中某層無(wú)法完成相應(yīng)功能時(shí)，其他層仍可以完成本層的故障處理工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端情況的可靠性，算法流程如圖1所示。

3 算例分析

3.1算法應(yīng)用介紹

實(shí)際配電網(wǎng)系統(tǒng)的連接方式比較復(fù)雜，受篇幅所限，本文構(gòu)建了1個(gè)虛擬的配電網(wǎng)模型，用以分析分區(qū)分層模式的FA系統(tǒng)，算例分析如圖2 所示。在圖2系統(tǒng)中，包括A，B，C，D，E 5個(gè)區(qū)域，分區(qū)間由聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)連接，分區(qū)外圍虛線用于界定范圍，無(wú)實(shí)際意義。圖2中未對(duì)分區(qū)內(nèi)接線方式進(jìn)行詳細(xì)描述，僅簡(jiǎn)要標(biāo)明主要元件，其中圓形代表負(fù)荷開(kāi)關(guān)，長(zhǎng)方形代表斷路器，空心為分位，實(shí)心黑色為合位。

圖1 算法流程

圖2 算例分析

監(jiān)控范圍分區(qū)方法比較靈活，有的分區(qū)可能和其他分區(qū)獨(dú)立，沒(méi)有電氣連接(圖2中的B區(qū))；而區(qū)域之間有連接的情況可以分為2種，即聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)分位(A區(qū)和C區(qū)之間，D區(qū)和E區(qū)之間)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合位(C區(qū)和D區(qū)之間)，這3種連接狀態(tài)可依次定義為分區(qū)獨(dú)立、分區(qū)間接連通和分區(qū)連通。

假設(shè)故障發(fā)生在分區(qū)B內(nèi)，因?yàn)锽區(qū)與其他分區(qū)獨(dú)立，此時(shí)供電恢復(fù)方案只在B區(qū)內(nèi)搜索進(jìn)行，若分區(qū)內(nèi)無(wú)法完成則需上報(bào)故障；若故障發(fā)生在C區(qū)，故障處理首先在C區(qū)內(nèi)進(jìn)行，由于C區(qū)與D區(qū)分區(qū)連通，此時(shí)中心層將C區(qū)和D區(qū)聯(lián)合，組成新的區(qū)域進(jìn)行故障處理；若仍然無(wú)法完成，則將處理區(qū)域繼續(xù)外擴(kuò)，把與C區(qū)間接連通的A區(qū)加入進(jìn)來(lái)，如果還是需要區(qū)域外擴(kuò)，則逐步加入其他可以加入的間接連通分區(qū)E，直到完成故障處理為止；如果中心層無(wú)法協(xié)調(diào)完成故障處理，則將故障上報(bào)給上級(jí)部門。

在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)中，同一故障可能會(huì)有多種恢復(fù)方案，不同F(xiàn)A應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)可能需要不同的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。按照本文思路將監(jiān)控范圍分區(qū)后，不同分區(qū)可以根據(jù)實(shí)際需要執(zhí)行不同的恢復(fù)方案評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，增加系統(tǒng)靈活性。

3.2分區(qū)故障處理實(shí)例

如圖3所示，將監(jiān)控范圍分為2個(gè)分區(qū)。假定在短時(shí)間內(nèi)先后在分區(qū)1內(nèi)發(fā)生故障1、分區(qū)2內(nèi)發(fā)生故障2(間隔時(shí)間已滿足并發(fā)故障條件)，現(xiàn)分別按照傳統(tǒng)算法與本文算法進(jìn)行故障處理，并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行分析比較。

圖3 故障處理實(shí)例

由于傳統(tǒng)算法沒(méi)有對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，當(dāng)發(fā)生2處故障時(shí)，無(wú)法確定故障的隔離策略和恢復(fù)策略是否對(duì)另1處故障的處理產(chǎn)生影響，因此需要先處理第1次故障之后，再處理第2次故障。圖3所示為系統(tǒng)構(gòu)架和故障情況，傳統(tǒng)算法需要先將故障1進(jìn)行定位、隔離和恢復(fù)之后，再進(jìn)行故障2的處理。如果在處理過(guò)程中遇到遙控拒動(dòng)的情況，則處理時(shí)間可能會(huì)增加，因而導(dǎo)致處理故障2的等待時(shí)間很長(zhǎng)。

如采用本文算法，將整個(gè)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行分區(qū)后，收到故障1的信息后，對(duì)故障1進(jìn)行處理，若處理過(guò)程中收到故障2信息，由于2個(gè)故障所在分區(qū)彼此獨(dú)立，因此可以立刻啟動(dòng)另一個(gè)分區(qū)的故障處理程序進(jìn)行故障2的處理，不必等待故障1的處理過(guò)程結(jié)束。

3.3分層故障處理實(shí)例

如圖3的分區(qū)1所示，先后發(fā)生故障1和故障3。傳統(tǒng)算法處理時(shí)，先對(duì)故障1進(jìn)行故障處理，再對(duì)故障3進(jìn)行故障處理，即故障3的隔離操作要等待故障1的故障處理結(jié)束之后方可進(jìn)行。

按照本文算法，將分區(qū)1進(jìn)行劃分：饋線1、饋線2、饋線3[5]。劃分后，在處理故障1的過(guò)程中，接到故障3的信息，因?yàn)?故障在不同饋線，可以立即啟動(dòng)另1個(gè)饋線層程序進(jìn)行故障3的故障定位和故障隔離，達(dá)到并發(fā)故障時(shí)，故障快速定位、快速隔離的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著配電網(wǎng)絡(luò)的日益復(fù)雜，傳統(tǒng)FA程序的處理方式不再高效。經(jīng)過(guò)將監(jiān)控范圍分區(qū)和邏輯架構(gòu)分層之后，程序的靈活性和可靠性都得到了顯著提升，這種分區(qū)分層模式在處理范圍廣、容量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)故障時(shí)，優(yōu)勢(shì)明顯。

[1]高厚磊，龐清樂(lè)，李尚振，等.基于Multi-agent的智能饋線自動(dòng)化自愈控制[J].高電壓技術(shù),2013,39(5)：1218-1224.

[2]劉健，趙樹(shù)仁，張小慶，等.配電網(wǎng)故障處理關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010,34(24)：87-93.

[3]王其玉，靳付魁，韓立奎，等.配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位、隔離與恢復(fù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù)，2004(7)：38-41.

[4]劉健，石曉軍，程紅麗，等.配電網(wǎng)大面積斷電供電恢復(fù)及開(kāi)關(guān)操作順序生成[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(2)：76-79.

[5]江南，謝聿琳，侯俊平，等.電纜架空線混合線路重合閘投切方式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34(3)：112-115.

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

如何使用平面角單位符號(hào)“°”“′”“″”

平面角的非SI單位度、[角]分、[角]秒是我國(guó)的法定計(jì)量單位，其符號(hào)“°”“′”“″”是法定符號(hào)。由于它們的特殊性，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾條。(1)不是字母符號(hào)，須置于右上標(biāo)，表示量值時(shí)數(shù)值與符號(hào)間不留間隙，如30°。(2)表示一個(gè)平面角的量值時(shí)，可同時(shí)使用2或3個(gè)單位，例如α=25°20′，β=18°15′30″。(3)與其他單位構(gòu)成組合單位時(shí)，符號(hào)上需加圓括號(hào)，如10 (°)/min。(4)書(shū)寫(xiě)平面角的量值范圍時(shí)，第1個(gè)量的單位符號(hào)不應(yīng)省略，如10°～15°不應(yīng)寫(xiě)為10～15°。(5)不應(yīng)將“′”“″”用于表示時(shí)間，如35 min 28 s不得寫(xiě)為35′28″。(6) GB/T 1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)》建議：“平面角宜用單位(°)表示，例如，寫(xiě)作17.25°不寫(xiě)作17°15′?！奔础岸取弊詈冒词M(jìn)制細(xì)分。

2016-07-26；

：2017-05-08

TP 29

：A

：1674-1951(2017)06-0020-03

王偉(1983—)，男，吉林吉林人，工程師，工學(xué)碩士，從事配網(wǎng)自動(dòng)化方面的研究工作(E-mail:tom-wei.wang@sac-china.com)。