CN102157923A - 配电网自愈的分层递阶控制方法 - Google Patents

Abstract

配电网自愈的分层递阶控制方法采用分层递阶控制方法对馈线层、连通系层、分区层、配电网层的层次配电网结构进行控制，在无人工干预条件下协调保护控制装置、安全自动装置、开关的动作行为，本方案将分层递阶控制方法应用到配电网自愈控制中，可使配电网既能在紧急情况下以最快的速度进行适当的控制，最大限度地将局部问题限制在最小的范围内完成控制，又能协调优化整个配电网的运行，可以减少用户停电次数，缩短停电时间，缩小停电范围，提高供电能力和可靠性，降低电能损耗，提高配电设备利用率。

Description

配电网自愈的分层递阶控制方法

技术领域

本发明涉及一种配电网安全、可靠、优质、经济运行的控制方法，属于电力***控制技术领域。

背景技术

配电网是联系电力负荷与大电网的中间环节，在我国典型的电压等级为10/6/20kV，社会生产生活水平的提高要求配电网具有更高的供电安全性与可靠性。配电网中最基本的组成单元是馈线，每条馈线的分支和级联开关均很多，馈线之间通过联络开关相连，构成多个连通系，连通系之间通过变电站的母联开关相连构成分区，整个配电网由多个分区组成，运行方式灵活，并且配电网的中性点不直接接地、多种能源形势的小容量分布式电源多点接入、负荷和分布式电源出力的不确定程度高、量测点覆盖率低，这些特点使得配电网的控制非常困难，其控制水平远落后于输电网。

目前，配电网中只实现了简单的保护和控制功能，当配电网中发生故障时，通过安装在馈线首端的继电保护装置切除故障，一些馈线中装有负荷开关和馈线终端单元，每个馈线终端单元及时采集流过负荷开关的电流、电压及开关状态等信号，并通过通讯网络上送到主站计算机，主站计算机根据馈线终端单元上传的数据判断出故障发生的区域，然后通过遥控指令，由馈线终端单元执行相应的负荷开关分合闸操作，将故障区隔离、恢复无故障区域的供电，以缩小停电区域，正常时则对配电网的运行状态进行优化。但是，目前实现的配电网控制中，缺乏从绝缘缺陷到发生单相接地故障、以及发展为相间短路过程的预警监测、分析与控制。

由配电网的特点和配电网自愈控制的要求，需要配电网的控制既能对扰动做出快速响应、进行精确控制，又能从馈线、连通系、分区、配电网各个层面进行协调，并依次提高控制的智能化程度。分层递阶控制是一种自上而下呈现精度递增、智能递减的控制方法，将其引入到配电网的自愈控制中，可以将配电网控制目标的模糊程度、控制响应速度、控制精度等分层次区别对待，实现一次***、二次***、网络和自动化的有效集成与协调控制，提高控制效果和控制效率，从而提高供电能力和可靠性，确保电网安全稳定运行，满足社会经济发展及人民生活水平不断提高的要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种配电网自愈的分层递阶控制方法，通过馈线层、连通系层、分区层、配电网层的分层递阶控制，实现配电网始终向着更健康的状态转移，提高供电安全性、可靠性、优质性和经济性，增强应急能力的目标。

技术方案：配电网自愈的分层递阶控制将保护控制装置、安全自动装置、开关、主站计算机的动作行为分为馈线层、连通系层、分区层、配电网层，各层相互配合，其控制功能与控制精度相互协调，形成开关、保护控制装置、安全自动装置等控制设备与配电网主站计算机统一的协调控制***。

本发明的配电网自愈的分层递阶控制方法采用分层递阶控制方法对馈线层、连通系层、分区层、配电网层的层次配电网结构进行控制，在无人工干预条件下协调保护控制装置、安全自动装置、开关的动作行为，具体步骤如下：

1)馈线层：电压电流互感器将电压、电流变换为弱电或光信号传递给保护控制装置，保护控制装置接收到变换后的电压、电流信号后与保护整定值进行比较，大于动作启动值时触发继电器将开关跳开以切除故障，并根据电压电流信号确定单相接地和绝缘下降设备，然后将变换后的电压、电流信号、单相接地信号、绝缘下降信号、保护控制装置动作情况、动作前后开关的状态传送给连通系层和分区层；

2)连通系层：故障处理模块根据接收到馈线层传来的电压电流信号、保护控制装置动作情况、动作前后开关的状态确定失电母线、故障区段和需要锁定的开关，并设置为退出，根据分区层传来的失电母线对应的应急预案触发继电器分合闸相应的开关，接收到单相接地或绝缘下降信号时，故障处理模块设置单相接地和绝缘下降区段退出；馈线重构模块接收到分区层或配电网层传来的重构操作信号时触发继电器分合闸相应的开关，未接收到控制信号时计算连通系内各种馈线组合运行方式和无功补偿方式下的电压分布、电流分布，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围且安全裕度最大的馈线组合运行方式，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，并触发继电器分合闸相应的开关，然后将电压、电流信号、单相接地信号、绝缘下降信号、故障区段、开关的运行状态和锁定状态传送给分区层和配电网层；

3)分区层：备自投装置接收到馈线层传来的电压、电流信号和开关状态后与动作阀值比较，满足动作条件时触发继电器合上分段开关，并将动作开关及状态传递给配电网层；分区网络重构模块计算分区内各种连通系和馈线运行方式以及无功补偿方式下的电压分布、电流分布、以及负荷增长时的临界电压，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的分区运行方式，然后将当前负荷下分区的临界电压与同样运行方式下负荷增长时的临界电压进行比较，选出安全裕度最大的分区运行方式，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，传送给连通系层；应急预案决策模块依次设置各母线退出，计算分区内各种连通系和馈线运行方式以及无功补偿方式下的电压分布、电流分布，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的分区运行方式，传送给连通系层；

4)配电网层：全网协调优化重构模块对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，进一步根据新的运行方式、负荷与分布式电源出力的变化趋势，计算无功潮流和功率因数，改变无功电源出力重新计算，直到配电网的无功潮流减小、功率因数增大且大于功率因数限值、网损减小时确定为无功补偿设备的运行状态，并将开关分合闸操作及顺序传送给连通系层；黑启动预案决策模块根据配电网拓扑结构和负荷的变化趋势，以分布式电源为中心由近及远进行配电网拓扑分析，并计算、比较各种馈线组合运行方式下能获得电力的负荷及有功功率备用容量，选出恢复供电负荷多和备用容量大的运行方式。

有益效果：本方案将分层递阶控制方法应用到配电网自愈控制中，可使配电网既能在紧急情况下以最快的速度进行适当的控制，最大限度地将局部问题限制在最小的范围内完成控制，又能协调优化整个配电网的运行，可以减少用户停电次数，缩短停电时间，缩小停电范围，提高供电能力和可靠性，降低电能损耗，提高配电设备利用率。

附图说明

图1是配电网自愈的分层递阶控制方案结构框图。

图2是配电网自愈的分层递阶控制试验线路示意图。

具体实施方式

配电网自愈的分层递阶控制方案将保护控制装置、安全自动装置、开关、主站计算机的动作行为分为馈线层、连通系层、分区层、配电网层，各层功能与精度相互协调进行控制。具体的控制过程的实例如下：

1)馈线层：电压电流互感器将电压、电流变换为弱电或光信号传递给保护控制装置，保护控制装置接收到变换后的电压、电流信号后与保护整定值进行比较，大于动作启动值如丰富线电流I段定值为3.5A、采集到的K103开关处电流为6.9A时触发继电器将K103跳开以切除故障，重合闸合上跳开的K103开关，此时检测到K103开关处的电流仍为6.9A，重合闸再次跳开刚合上的K103开关，此次重合失败，保护控制装置根据电压电流信号确定单相接地和绝缘下降设备如线路段L1，然后将变换后的电压、电流信号、单相接地信号、绝缘下降信号、保护控制装置动作情况、动作前后开关的状态传送给连通系层和分区层；

2)连通系层：故障处理模块根据接收到馈线层传来的电压电流信号、保护控制装置动作情况、动作前后开关的状态确定失电母线、故障区段和需要锁定的开关如方山10kV I段母线、线路段L1和K111、K112、K115开关，并设置为退出，根据分区层传来的失电母线对应的应急预案触发继电器分合闸相应的开关如K303、K304开关分闸，K113、K223、K313开关合闸，接收到单相接地或绝缘下降信号如线路段L1绝缘下降时，故障处理模块设置单相接地和绝缘下降区段如线路段L1退出；馈线重构模块接收到分区层或配电网层传来的重构操作信号时触发继电器分合闸相应的开关，未接收到控制信号时计算连通系内各种馈线组合运行方式和无功补偿方式下的电压分布、电流分布，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围且安全裕度最大的馈线组合运行方式如线路段L2负荷由东山10kV I段母线供电，并投入电容器C1，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，并触发继电器分合闸相应的开关，如K112开关分闸、K212开关合闸、K213开关合闸，然后将电压、电流信号、单相接地信号、绝缘下降信号、故障区段、开关的运行状态和锁定状态传送给分区层和配电网层；

3)分区层：备自投装置接收到馈线层传来的电压、电流信号和开关状态后与动作阀值比较，满足动作条件如岔路10kV I段母线电压为0.0kV、岔路10kVII段母线电压为10.37kV、岔路10kV母联开关K110的运行状态为断开时触发继电器合上分段开关，即K110，并将动作开关及状态传递给配电网层；分区网络重构模块计算分区内各种连通系和馈线运行方式以及无功补偿方式下的电压分布、电流分布、以及负荷增长如将高新线总负荷从5.4MW按0.1MW的步长逐步增大到20MW时的临界电压，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的分区运行方式，然后将当前负荷下分区的临界电压如东山10kV I段母线电压为10.07kV与同样运行方式下负荷增长时的临界电压如东山10kV I段母线电压为6.9kV、电压和电流的正常运行范围如10kV母线电压为9.5～10.7kV进行比较，选出安全裕度最大的分区运行方式如线路段L2的负荷由方山10kV I段母线供电的方式，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，如K112开关分闸、K313开关合闸，传送给连通系层；应急预案决策模块依次设置各母线如方山10kV I段母线退出，计算分区内各种连通系和馈线运行方式以及无功补偿方式下的电压分布、电流分布，与电压和电流的正常运行范围进行比较如10kV母线电压为9.5～10.7kV，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的分区运行方式如学苑线的负荷由岔路10kV I段母线供电，路北线的负荷由东山10kV I段母线供电，并投入电容器C2，传送给连通系层；

4)配电网层：全网协调优化重构模块对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，如合上K313开关、断开K312开关，进一步根据新的运行方式、负荷与分布式电源出力的变化趋势，计算无功潮流和功率因数，改变无功电源出力重新计算，直到配电网的无功潮流减小、功率因数增大且大于功率因数限值、网损减小时确定为无功补偿设备的运行状态，如退出电容器C2，并将开关分合闸操作及顺序传送给连通系层；黑启动预案决策模块根据配电网拓扑结构和负荷的变化趋势，以分布式电源为中心由近及远进行配电网拓扑分析，并计算、比较各种馈线组合运行方式下能获得电力的负荷及有功功率备用容量，选出恢复供电负荷多且备用容量大的运行方式如由分布式电源DG1为学苑线、线路段L1和L2的负荷供电。

Claims (1)

1.一种配电网自愈的分层递阶控制方法，其特征在于采用分层递阶控制方法对馈线层、连通系层、分区层、配电网层的层次配电网结构进行控制，在无人工干预条件下协调保护控制装置、安全自动装置、开关的动作行为，具体步骤如下：

1)馈线层：电压电流互感器将电压、电流变换为弱电或光信号传递给保护控制装置，保护控制装置接收到变换后的电压、电流信号后与保护整定值进行比较，大于动作启动值时触发继电器将开关跳开以切除故障，并根据电压电流信号确定单相接地和绝缘下降设备，然后将变换后的电压、电流信号、单相接地信号、绝缘下降信号、保护控制装置动作情况、动作前后开关的状态传送给连通系层和分区层；

2)连通系层：故障处理模块根据接收到馈线层传来的电压电流信号、保护控制装置动作情况、动作前后开关的状态确定失电母线、故障区段和需要锁定的开关，并设置为退出，根据分区层传来的失电母线对应的应急预案触发继电器分合闸相应的开关，接收到单相接地或绝缘下降信号时，故障处理模块设置单相接地和绝缘下降区段退出；馈线重构模块接收到分区层或配电网层传来的重构操作信号时触发继电器分合闸相应的开关，未接收到控制信号时计算连通系内各种馈线组合运行方式和无功补偿方式下的电压分布、电流分布，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围且安全裕度最大的馈线组合运行方式，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，并触发继电器分合闸相应的开关，然后将电压、电流信号、单相接地信号、绝缘下降信号、故障区段、开关的运行状态和锁定状态传送给分区层和配电网层；

3)分区层：备自投装置接收到馈线层传来的电压、电流信号和开关状态后与动作阀值比较，满足动作条件时触发继电器合上分段开关，并将动作开关及状态传递给配电网层；分区网络重构模块计算分区内各种连通系和馈线运行方式以及无功补偿方式下的电压分布、电流分布、以及负荷增长时的临界电压，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的分区运行方式，然后将当前负荷下分区的临界电压与同样运行方式下负荷增长时的临界电压进行比较，选出安全裕度最大的分区运行方式，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，传送给连通系层；应急预案决策模块依次设置各母线退出，计算分区内各种连通系和馈线运行方式以及无功补偿方式下的电压分布、电流分布，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的分区运行方式，传送给连通系层；

4)配电网层：全网协调优化重构模块对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，进一步根据新的运行方式、负荷与分布式电源出力的变化趋势，计算无功潮流和功率因数，改变无功电源出力重新计算，直到配电网的无功潮流减小、功率因数增大且大于功率因数限值、网损减小时确定为无功补偿设备的运行状态，并将开关分合闸操作及顺序传送给连通系层；黑启动预案决策模块根据配电网拓扑结构和负荷的变化趋势，以分布式电源为中心由近及远进行配电网拓扑分析，并计算、比较各种馈线组合运行方式下能获得电力的负荷及有功功率备用容量，选出恢复供电负荷多和备用容量大的运行方式。

Images