郭大鑫

（廣東電網(wǎng)公司汕頭潮陽供電局和平供電所）

0 引言

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電力傳輸中發(fā)揮重要作用[1-2]。同時，由于配電網(wǎng)存在運行環(huán)境復雜、線路多、架構不合理、設備陳舊等問題，是整個電力系統(tǒng)中可靠性最差的環(huán)節(jié)[3]。對配電網(wǎng)展開配電自動化升級改造是提高其可靠性、安全性、穩(wěn)定性的重要手段；另一方面，更多的負荷和新設備不斷接入到配電網(wǎng)，也給配電網(wǎng)的運行和維護帶來了挑戰(zhàn)[4-5]。因此，必須對配電網(wǎng)的運行維護模式進行變革，為用戶提供高質量的電力供應[6]。

1 配電自動化技術

1.1 配電自動化概念

配電自動化是指利用網(wǎng)絡通信技術、計算機控制技術等對配電網(wǎng)中的設備進行智能化管理，自動完成配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測、采集、分析、存儲，由計算機發(fā)出指令控制配電網(wǎng)中的執(zhí)行部件，完成故障隔離、線路轉換等操作，配電自動化系統(tǒng)的層級結構如下圖所示[7-8]。

圖 配電自動化系統(tǒng)層級結構

1.2 配電自動化功能

配電自動化從功能上描述來看，可以分為如下幾個方面。

1）配電網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集功能：通過網(wǎng)絡通信技術將配電自動化設備采集到的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)[9]，設備狀態(tài)、故障狀態(tài)，以及對配電自動化設備的控制指令等上傳到控制中心，由控制中心完成數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲，將最終結果顯示在上位機界面上[10]。配電自動化系統(tǒng)與能量關系系統(tǒng)和負荷管理系統(tǒng)之間能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

2）配電網(wǎng)故障診斷、配電網(wǎng)重構功能：實現(xiàn)故障的自動化處理，先通過配電自動化主站和線路保護裝置進行故障診斷，再通過線路分段和聯(lián)絡開關將故障區(qū)段與非故障區(qū)段隔離開，保證非故障區(qū)段不受影響，然后完成負荷轉移和配電網(wǎng)絡重構[11]。

3）配電網(wǎng)電壓管理功能：電力系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，實時監(jiān)控系統(tǒng)電壓狀態(tài)，通過電容器的投切和變壓器調壓線圈的調節(jié)配合完成電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定控制[12]。

4）配電網(wǎng)工作管理功能：配電網(wǎng)中設備數(shù)量和種類繁多，不便進行人工管理。通過該項功能，能夠在一定的輸入條件下，自動輸出設備屬性、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等信息報表。

5）配電網(wǎng)停電管理功能：能夠通過計算機對停電數(shù)據(jù)進行科學、合理的統(tǒng)計，直接生成數(shù)據(jù)報表與相關系統(tǒng)對接，并及時將停電信息告知用戶，提高供電服務質量。

1.3 配電自動化主站

配電自動化主站是配電自動化系統(tǒng)的核心，負責對整個配電網(wǎng)供電區(qū)域內全部變電站的監(jiān)測和控制，其主要功能包括：

1）平臺服務：配電自動化主站為配電自動化系統(tǒng)中的各個應用提供一個統(tǒng)一化的平臺，各個應用全部接入到這個平臺中，在這個平臺上互相配合完成各自的功能。

2）SCADA功能：配電自動化主站能夠實時采集配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、檔位等模擬量，開關狀態(tài)、設備狀態(tài)等數(shù)字量，并且對采集到的模擬量和數(shù)字量進行處理，完成數(shù)據(jù)存儲功能。

3）信息發(fā)布功能：配電自動化主站會配置Web服務器，能夠將SCADA數(shù)據(jù)實時發(fā)布，并且能夠將數(shù)據(jù)報表提供給運維人員。

4）故障診斷：能夠對配電自動化從站或配電終端傳來的故障信息進行診斷，完成故障區(qū)段的隔離，然后自主完成故障恢復，最大程度上縮短停電時間。

2 配電網(wǎng)一體化運維模式

配電網(wǎng)一體化運維模式下，運維設備共分為兩層，即控制中心和運維操作站，一個配電網(wǎng)配置有一個控制中心，運維操作站的數(shù)量根據(jù)變電站的數(shù)量來配置?？刂浦行暮瓦\維操作站都采用全天候無人值守模式，控制中心負責完成電網(wǎng)調度，系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控，以及其他一些遠程操作任務；運維操作站接收來自控制中心的指令，直接執(zhí)行設備的現(xiàn)場操作，變電站的日常巡檢和維護工作，一般情況下，一個運維操作站可以承擔多個變電站的運維任務。

配電網(wǎng)運維一體化模式下，控制中心能夠實時采集配電網(wǎng)的設備狀態(tài)信息，并且能夠直接對現(xiàn)場配電設備進行遠程操控，具有很強的操控能力。一體化運維模式的架構簡單，信息傳輸便捷，提高了故障反應速度；管理流程便捷，優(yōu)化了人力資源的配置。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的擴大，僅僅需要增加運維操作站數(shù)量即可，不需要額外增加運維人員。

配電網(wǎng)運維一體化模式下，一個運維操作站需要負責多個變電站的運維，運維操作站的選址直接關系到故障處理的效率。另外，原有的電能調度自動化系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)都是獨立開發(fā)的，控制中心需要重新進行功能整合，在多種系統(tǒng)的配合下，完成一體化運維。

3 一體化運維操作站選址方法

3.1 選址求解算法

一體化運維操作站的選址可以在配電網(wǎng)供電區(qū)域內的任意一點。

進行選址前，假設一體化運維操作站的當前位置為（M,N）∈R×R，則要保證實際需求位置到一體化運維操作站當前位置（αk,βk）（k∈K）的加權距離λk Lk（m , n）的和為最小，則數(shù)學模型可以表示為：

式中，K為需求節(jié)點的集合；為與節(jié)點k相關距離的權重參數(shù)，非加權距離為：

采用遺傳算法來對尋址問題進行求解，遺傳算法是一種源自于生物進化論的隨機搜索方法，對于多目標、非線性問題求解效果良好。遺傳算法的實現(xiàn)原理是：首先構造一個包含有若干個體的初始種群，種群中的每一個個體都需要進行編碼，并且需要根據(jù)實際問題確定匹配度函數(shù)用來對個體質量進行評價；在進行運算的時候，需要依據(jù)匹配度函數(shù)評價個體的狀態(tài)，優(yōu)勝劣汰，保留匹配度高的個體，并通過遺傳產(chǎn)生下一代個體，這樣逐代遺傳下去，個體匹配度越來越高，越來越接近最優(yōu)解，直到滿足終止條件，完成最優(yōu)解的尋解。

遺傳算法的基本步驟：

1）種群個體編碼：采用二進制型式對與尋址問題相關的種群特征進行編碼；

2）初始種群生成：普遍情況下通過隨機方式生成；

3）匹配度函數(shù)確定：對當前種群Q中的個體qi，確定其匹配度函數(shù)f(qi)；

4）選擇計算：通過選擇算子產(chǎn)生過渡遺傳種群Qj；

5）產(chǎn)生遺傳下一代：對于上一個步驟產(chǎn)生的過渡遺傳種群Qj，通過交叉算子和變異算子的作用產(chǎn)生下一代種群Qj+1；

6）進行條件判斷，如果滿足終止條件則完成運算，如果不滿終止條件則返回到步驟3繼續(xù)執(zhí)行運算。

3.2 選址模型

理論情況下，一體化運維操作站的選址可以在配電網(wǎng)供電區(qū)域內的任意一點。但是在配電網(wǎng)一體化運維改造中，運維操作站通常都會配置在原址或者變電站內部。對于該問題構建通用數(shù)學模型。

目標函數(shù)：保證實際需求位置到一體化運維操作站當前位置的加權距離最小，則：

約束條件：

式中，K為配電網(wǎng)供電區(qū)域內變電站的數(shù)量；I為運維操作站的被選址數(shù)量；λkLki為變電站k與運維操作站i之間的加權參數(shù)距離；ρki為路徑曲折參數(shù)；σmax和σmin為每個運維操作站所負責運維的變電站數(shù)目的上下限；mki表示變電站k與運維操作站i之間運維情況（取值為1的情況下進行運維，取值為0的情況下不進行運維）；σ為運維操作站的數(shù)量；ni表示變電站i的候選情況（取值為1的情況下被選作，取值為0的情況下不被選作）。約束條件①中保證了每個變電站都要配置運維操作站，約束條件②中保證了每個運維操作站負責的變電站數(shù)量是受限的，約束條件③保證了只能是運維操作站負責運維變電站，約束條件④則限定了運維操作站的數(shù)量。

4 實例分析

選取某省某市的市中心區(qū)域配電網(wǎng)進行研究，將原有的配電網(wǎng)運維方案按照本文所提出的策略進行優(yōu)化升級，得到新的配電網(wǎng)接入信息，如下表所示。

5 結束語

一體化運維是電力系統(tǒng)運營維護的必然趨勢，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運維模式已經(jīng)不能夠與配電網(wǎng)的發(fā)展相匹配。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電力供應中發(fā)揮重要作用，因此構建配電網(wǎng)一體化運維是保證配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行的必然要求。在構建智能電網(wǎng)的大背景下，配電網(wǎng)也必須要逐步推進一體化運維。

本文從配電自動化的概念入手，詳細論述配電自動化的技術架構以及所需要實現(xiàn)的各項基本功能，配電自動化主站作為配電自動化系統(tǒng)的核心，在配電網(wǎng)一體化運維中承擔了重要的作用，并且專門針對運行維護操作站的問題進行深入研究，通過遺傳算法進行選址運算，給出運行維護操作站的選址模型。根據(jù)本文所給出的方案對某城市中心區(qū)的配電網(wǎng)一體化運維方案進行研究，給出配電自動化信息接入表。經(jīng)過本文的研究，基于智能控制的配電網(wǎng)一體化運維對于配電網(wǎng)的高效運行具有重要意義。

表 配電自動化接入信息表