（国网福建省电力有限公司三明供电公司 福建三明 365000）
摘要：城市智能配电网35kV电源故障自愈控制分析与建模。分析了城市配电网的特征，在研究配电网图论基础上建立了城市35kV配电网图论模型及配电网络拓扑结构改进分层模型分析方法，结合城市35kV配电网特点研究了配电网前推回代潮流计算法，研究并提出配电网35kV电源故障自愈控制目标和约束模型、自愈控制方案的效益型和经济型指标模型。
关键词：智能配电网 城市35kV配电网 电源故障 自愈控制
前言
近年来智能配电网的迅速推广，已使单向供电、供方主导、依靠人工管理的传统配电运行方式向双向潮流、用户互动、高度自动化运行的方式转变。自愈能力是确保电网安全可靠运行、提供优质电能、减少供电中断、保证经济效率的关键，更是智能配电网重要特征和建设重点。智能配电网自愈功能包括两层非常重要的含义，即智能配电网周期性进行的自我评估可有效预测电网潜在威胁并发出预警信息，潜在的故障可立即采取相应措施加以纠正或控制；当发生故障时，具备通信功能的电网智能终端设备、测量传感器将故障信息上传至系统侧，进而确定故障位置，系统通过具有远程执行功能的开关设备将故障及时自动隔离；故障被检测和隔离后，系统通过计算机算法处理给出故障停电区域负荷转移方案并执行相应的开关操作，以减小供电中断时间。
1 配电网络拓扑结构改进分层模型分析
配电网拓扑搜索过程主要是利用搜索算法对配电网中的所有节点、支路进行遍历进而得到节点信息及支路间的连通关系，为进一步分析网络状态和配电区域划分提供依据。由于深度优先遍历在搜索过程中会出现某些节点被二次搜索的情况（即回溯搜索），被多次访问的节点可增加不必要的搜索时间，而宽度优先搜索法可遍历所有节点且一次性完成。
无论是辐射状，网格状还是环状配电网正常运行时，都可视为以电源点为根、以支路为边、以线路末梢点和联络开关为末端点构成的树状拓扑结构。根据首尾节点的编号可以确定每条支路的连接节点以及不同支路的连接关系，从而形成整个配电网的树状关系结构[17,19,20]。从电源点出发，按照广度优先原则，经过多次按层的遍历搜索就能形成节点和支路的层次关系，进而确定前推回代法的潮流计算的顺序以及划分供电区域。
宽度优先搜索过程示例如图所示，在图中箭头所指的是访问方向，而数字所指的是搜索的先后顺序，起始顶点为A。访问序列顺序：A-B-E-D-C-G-F-H-I。
图3-7 宽度优先搜索
本文在拓扑结构分层模型的基础上，结合配电网35kV电源故障的特点，作了如下改进：
（1）当35kV进线失电时将35kV母线定义为根节点；当发生35kV母线故障或变压器故障时将相应的10kV母线定义为根节点；当发生10kV母线故障时将与故障区域相连的备用电源点定义为根节点。这样在不考虑根节点安全容量的前提下，可以保证任一连通区域内至少有一个电源点可供恢复；
（2）将因优先恢复重要负荷切除的负荷节点定义为末端点；
（3）记录不同根节点下的层次关系所形成的不同供电区域，不同供电区域内的负荷等级等信息。
2 配电网35kV电源故障自愈控制模型及方案指标
城市配电网35kV电源故障无论发生变电站进线失电故障还是站内故障，往往影响范围较大、故障修复时间较长，加之其配电网结构的复杂性及不同用户的供电要求，需针对智能配电网35kV电源故障的特点并考虑到电力调度规范及实际生产经验，本文设定的恢复目标和约束条件分别如下：
（1）35kV电压等级操作恢复优先恢复
（2-1）
式中，n为该35kV变电站内变压器数量；wi为第i台变压器故障恢复后所带负荷量；Wi为第i台变压器故障前所带负荷量。即，通过故障后变电站内变压器是否由35kV进线供电运行及运行状态来反映故障是否通过35kV电压等级或操作恢复的水平。
（2）重要用户优先恢复
（2-2）
式中，m为用户等级数，本文将用户等级分为一级、二级、三级共3种；gj为第j类用户的权重，取2、1、0分别描述高压负荷点或低压负荷点的重要等级的一级、二级和三级；qj为故障恢复后第j类用户负荷量；Qj为故障前第j类用户负荷量。即，通过不同重要等级用户恢复量的加权处理反映重要用户综合恢复状态。
（3）甩负荷最小恢复
（2-3）
式中，N为配电网模型中的支路（边）数；Gl为第l条支路的尾节点类型判别值，若该支路尾节点类型为高压负荷点或低压负荷点则取值为1，否则为0；fl为故障恢复后第l条支路尾节点失电负荷量；Fl为故障前第l条支路的负荷量。即，通过统计实际失电的高压或低压负荷量可反映故障恢复后切除负荷量。
图1 35kV变电站算例接线图
（4）开关操作次数最少
（2-4）
式中，Ｎ为配电网模型中的支路（边）数；Hj为支路j故障恢复的开关状态，hj为故障前的开关状态，当支路闭合时其值为1，当支路断开时其状态为0。
（5）网络拓扑辐射状约束
式中，St为故障恢复后含有若干相互连通的节点形成的供电分区t的负荷量，k为供电分区的总个数；Stmax为供电分区t的电源安全容量。
（7）节点电压和支路电流约束
（2-7）
式中，Ijmax为支路j的最大电流值，Ij支路j的电流值；Uimin是节点i的电压下限值，Uimax是节点i的电压上限值，Ui是节点i的电压实际值。
3 算例分析
本文选取某市智能配电网试点工程35kV变电站及其供电区域进行算例分析，试点区域已基本实现架空、电缆线路故障信息采集、馈线（含分支线）及公用配变负荷监测、部分配网干线开关的馈线自动化等功能，可为城市智能配电网35kV电源故障自愈控制的研究提供技术和数据支持。为便于分析和研究，将该变电站的网络拓扑做简化处理，形成处理后的友谊路35kV变电站算例接线图如1所示：
35kV进线电源的来源一般有两种情况：（1）直接由上一级电源供电；（2）通过其它变电站母线由上一级电源供电。35kV进线失电供电恢复主要通过两种途径恢复供电（1）备用电源恢复供电；（2）上一级供电电源相连电源恢复供电。
变压器故障时，会引起连接该低压侧母线的所有10kV馈线失电并造成区域大面积停电。若变压器T-1故障，可引起二级重要用户Load1-2和Load1-7失电，此时优先通过10kV母联开关将失电负荷转带至另一变压器T-2，但需要考虑变压器T-2的负载率，若此时变压器T-2的安全余量（即T-2变压器的额定容量减去T-2本身负荷量和失电负荷量）仍然满足，则可通过闭合10kV母联开关实现全部负荷的恢复
在安全余量不能满足则需要切除低等级的负荷，优先恢复重要用户，被切除的等级较低的负荷可通过转至与其他电源点存在手拉手关系的10kV馈线恢复。此时，重要用户已经恢复供电，应尽可能多的恢复被切除的负荷，此时可考虑通过电源点10-1-1、10-1-2、10-2-1、10-4-1、10-4-2、10-5-1、10-5-2、10-6-1和10-6-2恢复供电，具体的如下表1所示。
4 总结
本文从配电网物理基础和智能配电网技术支持两个方面分析了城市35kV配电网的特点，着重研究了城市配电网35kV电源故障的特点并在此基础上分析了其相应的处理原则，在所建模型的基础上研究并提出了城市智能配电网35kV电源故障自愈控制策略，通过某工程算例进行了仿真实验，通过对结果的分析可验证所建模型及自愈控制策略的准确性、有效性。
参考文献
[1]吴国沛,刘育权. 智能配电网技术支持系统的研究与应用[J]. 电力系统保护与控制,2010,21:162-166+172.
[2]张巍,孙云莲,胡雯. 智能配电网自愈相关技术及其框架研究[J]. 电网与清洁能源,2013,04:17-22+28.
[3]胡雯,孙云莲,王定美. 基于运行状态评估的智能配电网自愈控制方案研究[J]. 陕西电力,2013,06:35-38+42.
[4]贾东梨,孟晓丽,宋晓辉. 智能配电网自愈控制技术体系框架研究[J]. 电网与清洁能源,2011,02:14-18.
[5]聂耸. 含分布式电源的智能配电网分析与重构[D].天津大学,2012.
[6]鲁云云.智能配电网的自愈控制技术研究[D].兰州理工大学,2013.
[7]郑小帆,焦峰. 基于电力免疫系统的智能电网自愈控制[J]. 中国电业(技术版),2012,01:26-28.
[8]周萌. 基于混成控制理论的智能配电网自愈控制研究[D].华北电力大学,2013.
作者简介
张智敏（1978年8月—），男，汉族，工程师，本科学历，主要从事：电网规划、电力市场分析预测。工作单位：国网福建省电力有限公司三明供电公司，发展策划部
论文作者:张智敏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：故障论文; 配电网论文; 支路论文; 节点论文; 负荷量论文; 电源论文; 智能论文; 《电力设备》2016年第10期论文;