（机械电子工程专业论文）基于供电可靠性的配电网自动化理论与实践研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 配电嘲是电力系统中丽糟户耱联系瓣重要环节，疆接体现整个电力系统对髑户 的供电可靠性水平和服务质量。随着我豳电力体制改革的深化，电力企业正面临着前 所朱有的挑战与压力。一方酾企业内部嚣霹不断加强管理、深化改革；另一方面，用户 对貘毫质量瑟镞魄可靠毪妥浆越来越离，遮锈需要箍离馔窀霉靠瞧与辫户灌意凄。 2 0 0 3 年至2 0 0 4 年，为提高浙江海宁地区中压配电网的整体供电能力和供电w 靠性 水平，海宁供电公司对所管辖的红闸线广福线两条中愿配电线路进行升级改造工作。作 纛菠在载误瑟缀承霆了线鼹熬毫阚塞动鼗工程魏开发弱施工工终。本论文赞对在王摇翘 划和实施过程中重点解决的问题，从配电离动化故障酝段定位和环网开关最优配鬣两方 酾论述了提高系统供电可靠性的方法。 提高配寇嬲供电可靠性最直接有效的方法是在配电潮中安装分段开关署盈联络歼关， 形成“多分段、多联络”豹鼷电格局；采翔配电鸯裁佬中斡敌障区袋定位功麓自动剿錾 弗快速隔离故障区段，从而达到减少停电时间和停电范潮，提高配电网供电可靠蚀的目 的。目前普遍采用的配电自幼化故障区段定位方法中存谯着有通信方式完全依赖通信设 糖，毒靠洼帮经济毪不裹；燹逶售方式鬟繇敌瘴露疑长、对系缓跨赘次数多夔蠲纛。 作者从配电线路故障暂恣信号的产生殿在线路上的分布、常用的黼电设备对鬻态信 号传播的影响铎方面剖析了暂态信号在配电线路上的传播机理，通道理论及仿真试验提 淑基于誓态保护原理熬配电鲻无通售故障嚣段定位方法，著磺利了实验装置。当敖簿发 生时，根据检测刘的边界两侧特定频段警悫电流能量，该装置可依照攀先设定的剿糖垒 点确定分段开关是否跳闸以隔离故障，从黹真正实现了线路保护的绝对选择性和念线速 渤性。实验结聚袭明，该装鬻具有快速可靠的优点，虽誓作性能不受线路结构、故障类 黧等舞部条臀的影啧。 在浙江海宁配电自动化工程实施中，为保证可靠有效地判断并隔离故障区段，防止 强故障初始角为零或过渡电阻很大等极端情况下，由于暂态电流过于微弱而影响系统隔 鬻数簿区毅数瞧能，设诗势实藏了戳纂予誓态缳护兹簸薄区段定豫方法秀魏是鲶建手 段，以基于薰含器分段器的汗关配合方法作为后备的秃通信故障就地智能控带方繁。僳 证了自动化系统动作的准确性和可靠性。 环网开关优化配置也是海宁配电自动优系统工程中嚣要重点解决的阉题。论文结合 海宁地区经济发展水平、彀力蔫户静往痰隘及工程要求，透过分耩配电网供电可靠穗牧 菔同设备投资的关系，提出配电自动化系统中环网开燕配置的最优舰划策略，建立了在 撼千供电可靠性的酉己电网自动化耀论与实践研究 满足供电可靠瞧要求的前掇下使系统投资敷可靠性损爽等综台费用灏低的环网开关最优 化配置数学模趔。弗在算法中针对普通遗传算法不能得到全局最优解的问题，采用迁移 簸略进行多种群进化求解，提高了对全局最优解的搜索速度。 关键词：配漱嘲；可靠疆；配电自葫像；数障定位；嚣态傈护；可雅往评信；遗传算 法：开关；优化配置 大连理工大学媾士学傍论文 t h e o r e t i c a la n de x r i m 咂nr i a lr e s e a r c ho n d l s t 豳潜移譬l o na u t o m a t l o na n ds e r v l c er 戴a l 珏 。i t y a b s t r a c t i nt o d a y sc o m p e t i t i v em a r k e t , p o w e ru t i l i t i e sc o m p a n ya r ee x p e c t e dt o p r o v i d eg o o d q u a l i t ya n dr e l i a b l ep o w e rs u p p l ya tl o w c o s tt ot h e i re o 黜e r s 。d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni s t h ep r i m a r yw a yt oi n c r e a s es e r v i c ew i t hl o ws y s t e mo p e r a t i o n a lc o s t b e t w e e n2 0 0 3a n d2 0 0 4 ，h a i n i n gp o w e rc o m p a n yi m p r o v e da n de n h a n c e dt h ez h e j i a n g h a i n i n ga r e am e d i u mv o l t a g ep o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mb yu p g r a d i n gt h en e t w o r k 。强ea u t h o r w a si n v o l v e di nt h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o no ft h eh o n g z h a - o u a n g f ud i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n s y s t e m n l ed i s s e r t a t i o nu s e dp a r to f t h ep r o b l e m se n c o u n t e r e dd u r i n gt h ec 0 1 k r s eo f t h ep r o j e c t t o d i s c u s sw a y st oi m p r o v ea n de n h a n c ep o w e rs e r v i c eq u a l i t ya n dr e l i a b i l i t yf r o mt w o p e m p e c f i v e s ，o n ep r o b l e mi nt h ea r e ao f f a u l tl o c a t i o na n dt h eo t h e ri so p t i n l a ls w i t c h e sl o c a t i o n s c h e m e a u t o m a t i cc i r c u i tb r e a k e r s & r eg e n e r a l l ye m p l o y e di np o w e rd i s t r i b u t i o nl i n e sa n da r e i n s t a l l e di ns e r i e si nt h en e t w o r k ，t os e p a r a t ef e e d e r si n t os e v e r a ls e c t o r s ，貔sm a k e si te a s i e rt o l o c a t ea n da u t o m a t i c a l l yd i s c o n n e c t i n gt h ep a r to ft h es y s t e mi nt r o u b l et op r e v e n te x c e s s i v e d a m a g ea n dt oc o n f i n e t h et r o u b l et ot h es m a l l e s t p o s s i b l ep a r to ft h es y s t e m ，a n d s i m u l t a n e o u s l yr e e s t a b l i s h i n gs e r v i c et oo t h e rs e c t o r su n a f f e c t e db y t h ef a u l tw i t h i nt h es h o r t e s t p o s s i b l et i m e ， t h et r a d i t i o n a lm e t h o do ff a u l tl o c a t i o nh a si n h e r e n ti n e f f i c i e n c y ；t h i sp a p e rp r o p o s e sa n e wm e t h o dt h a t u t i l i z e s f a u l tg e n e r a t e dh i g hf r e q u e n c yc u r r e n ts i g n a l st oa s c e r t a i nf a u l t l o c a t i o n s 羽匝sm e t h o df i r s ta n a l y z e st h eg e n e r a t i o nm e c h a n i s mo ft h ef a u l tt r a n s i e n ts i g r 落0 1 tt h e p o w e rl i n e t h ee f f e c to f t h a tt h ec o m p o n e n t so f p o w e rs u p p l yh a v e o nt r a n s i e n tc u r r e n ti sa l s o d i s c u s s e d t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t sh a v es h o w nt h a tt h ec h a r a c t e r i s t i c sr e s i s t a n c eo fa f e e d e rl i n ec a l lb ec h a n g e db ys h u n tc o u n e c t i r l gt h eb a n df i l t e rc i r c u i t s0 nt h ef e e d e r , t h u s s 仃e n g t h e nt h es p e c t r u me n e r g yd i f f e r e n c eb e t w e e nt h et w os i d e so ft h ef i l t e r t oa c l _ l i e v et h i s ， f i l t e r sa r ei n s t a l l e do na l lt h es e c t o r so ft h ep o w e rb o u n d a r i e sa n dt u n e dt ot h es a m er e s o n a n c e f r e q u e n c y 。 毯 基于供电可靠性的配电网自动化理论与实践研究 f u r t h e rr e s e a r c hw o r ks h o w st h a tt h eb o u n d a r yo ft h ef a u l t e da r e ah a st h em o s td i s t i n c t d i f f e r e n c ei nc u r r e n te n e r g y ，w h i l eo no t h e rl o c a t i o n st h ee n e r g ya p p e a r sc o m p a r a t i v e l yw e a k b a s e do nt h i saf a u l tl o c a t o ri sd e s i g n e d , t h ek i n do fc o n t r o lu n i ti sp r o p o s e dt or e d u c et h e b u r d e ni n v o l v e di nc a l c u l a t i n gt h et r a n s i e n tc u r r e n te n e r g y ，a n dh e l p st oi m p r o v et h es p e e d ， r e l i a b i l 时o f t h ec a l c u l a t i o na n dt h eo v e r a l lp e r f o r m a n c e d u r i n gt h ec o n s t r u c t i o no ft h ef a u l tl o c a t o rf o rm es y s t e m , am u l t i p l e sp r o t e c t i o ns c h e m e v c a sd e s i g n e da n du s e di nt h ep r o j c at op r e v e n tt h ep o s s i b i l i t yo fn o ti s o l a t i n gt h ef a u l t ys e c t o r d u et om i c r oc u r r e n t ss i g n a l s 。t h es c h e m ea d o p t sat r a n s i e n ts i g r 注b a s e da sap r i m a r ym e a s u r e , ar c c l o s e rb a s e dm e t h o da si t ss t a n d b y ah i g hl e v e lo fa c c u r a c yw a sa c h i e v e di ni s o l a t i n gt h e f a u l t e ds e c t o r f i n a l l yc o n s i d e r i n gt h el o c a le c o n o m i cl e v e l ，t h es c a l eo f c u s t o m e ri n v e s t m e n ta u i l i t y , t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep o w e rs e r v i c e sc o m p a n ya n dt h ei n v e s t o r s ，t h i sp a p e rp r o p o s e sa l l o v d m i z a l i o nm e t h o do fp l a n n i n ga d e q u a t en u m b e ro fl o c a t i o n o ff e e d e rs w i t c h e so nt h e d i s 打- i b u f i o na n da u t o m a t i o ns y s t e m , t h eo b j e c t i v ei st om i n i m i z et h et o t a lr e l i a b i l i t yc o s ta sa p r e c o n d i t i o nf o rt h er e q u i r e dl e v e lo f s e r v i c er e l i a b i l i t y ，t h eg e n e r i ca l g o r i t h m ( o a ) i s u s e dt o o v e r c o m et h i so b j e c t i v e ，d u et ot h es h o r tc o m i n g si nt h es i m p l eg - c n e t i ca l g o r i t h m ，t h ei m p r o v e d m u l t i p l ep o p u l a t i o ng e n e t i ca l g o r i t h m s ( m p g a ) i si n t r o d u c e dt o e n h a n c et h es e a r c h i n g e f f i c i e n c y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；r e l i a b i l i t y ；p o w e rd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ；f a u l t l o c a t i o n ；t r a n s i e n tb a s e dp r o t e c t i o n ；s e r v i c er e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n ；g e n e t i ca l g o r i t h m ； s w i t c h ；o p t i m a ll o c a t i o ns c h e m e 。r v 独创性说鬻 作者郑重声稠：本耩学霞论文是我个人在导爨搔导下进行静磷究 工作及取襻研究成聚。尽我所知，除了文中特辩翻以糠连帮致霭| 豹地方 夕 ，论文中不包含其健入已经发表或撰写的磺究残果，也不包含为获季导 大连理工大学藏其毽单位的学缀或 菠书质使鼹过戆材料。与我一潮工捧 的同志对本研究所馓的爨献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 乍者繁名：嚣麓： 基于供电可靠性的配电网自动化理论与实践研究 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 储繇邀星岳 导师签名： a2 翌左年土月立日 1 1 8 大连理工大学博士学位论文 1 绪论 1 1 引言 电力是人类社会活动中应用范围最广、对人们生灞质量影响最大的能源。随着我国 国民经济的持续发展，高媵的社会信息化和生产自动化都在不断加深人们对电力的依赖 熬，这氇诞壤终舞公共事鼗瓣毫力牙韭熬大怼毫力系统霹靠淫翦警臻力度，力求为雳户 掇供更加充裕、持续、安全可靠的电力供应。 电力系统怒由发电、变电、输电、供电、配电、用电等设备和技术组成的将一次能 源设冬转变为魄戆蒡送达终耀月户豹统一系统。逶棠将电力系统中二次降压变电搿低压 侧直接或降雁厝向雳户供嚷的网络称为黼电网( d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 【l 】，它由絮空线 溅电缆配电线路、配电所或柱上降压变膳器直接接入用户构成。近年来，随着电力供应 的旦趋充足期嫒济技术的不断发展，配墩系统在整个魄力系统中的地位越来越重骚，配 魄系统可靠瞧东平也逐渐冀入襄】所重程，囊要蒙蠢在予翻： ( 1 ) 配电系统处于电力系统末端，是整个电力系统与用户联系、向用户供_ 陂电能 和分配电能的重要环节。配电系统的可靠性水平是整个电力系统结构及运行特性的集中 爱浃。 ( 2 ) 传统的配电系统多采用放射式的网状结构，对故障比较敏感。据不完全统 计，用户停电敞障中约8 0 以上是由配氓系统的故障引起的，对用户供电可靠性的影响 缀丈【3 1 。 ( 3 ) 觚为数众多的酝电黼络对社会经济产生瓣效益和配毫黼匿大静累计投资来 潜，配电网可靠性的研究工作在整个电力系统可靠性中都占有较大的比重。 2 0 0 3 年黧2 0 0 4 年，为改变整体供漱水平落后予缀济发展水平的现状，达到加强用 魏管瑾，提麓怒区配电网整体供窀笼力移珙毫可靠淫零乎，终低损耗瓣嚣懿，激茳海宁 供电局对所属的中压配电网进行了全面的升级改造工作。作者所在的课题组承担了其中 的重点项目红闸线广榻线两条供电线路配电自动化系统的开发和施工工作。熬个工 遐涵盖了电瘸溪翅、配电爨凌纯故障处纛模式豹选择、嚣题开关豹逡垄、逶售系绫嚣建 立等多方面。本论文针对强王程规划和宓施过程中重点解决的问题，从配电自动化故障 区段定位技术和分段开关觳优规划两方两论述了提高配电自动化整体性能的方法，对通 过采用配电囊凌化技术，鸯效提高酝电圈鹃供电可靠憾水平进行了溅论和实践搽索。 基于供电可靠性的酉己电网自动化理论与实践研究 1 2 市场运营模式下的配电网供电可靠性 1 2 1 我国配电网供电可靠性发展状况 我国豹惫力王翌多年采凌诗鬟经济豹模式下运行，供毫企翌怒受誊竣纛怼龟力学盟 管理的职能，由于电力供需矛盾突出，扩大再生产的投资大部分用于电厂和输电网建 设，对城市配泡网的建设茅口发展难以顾及，造成城市配电网建设改邋资金短缺、网络薄 弱、公曩供醚魄设蕤严重不足、设备技术瞧藐落后、运行营理不掇藏，事故频繁，严重 影响了人民凳活和经济建设的发展即j 。为使配电网符合现代经济建设发展酶鬻要， 1 9 9 8 年在国务院、国家发腥计划委员会和国家电力公司的领导下，在全国范围内开展 了大规模的城市和农村电嘲嬲建设改造王程，至2 0 0 2 年第一期工瑕结束，共投入资金 2 0 0 0 多亿元，傻我霹酝奄瓣霹靠往浚凌褥爨了骧显改蛰。 袭1 11 9 9 9 2 0 0 4 年我国1 0 k v 配电网供电可靠性数据 垡：! ：! 塑! 鎏i ! 堑型i 竺2 ：! 蝼查垫麴麴翌迦垫! ? ! 丝坐 年份 1 9 9 92 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 黼电变压器总容量m v a 1 9 73 4 62 1 7 4 0 32 4 52 2 3 2 6 71 5 1 2 9 54 2 73 3 53 3 8 注：1 ) 表孛r s 3 为去除嚣电源不足限酝瓣平均供电可靠率 表1 1 所示为1 9 9 7 年叠2 0 0 4 年历年可靠性指标的比秘”，从中可以看出，配电 网设备豹规模和可靠性水平都基本保持逡年增长的趋势。图1 1 给出了近几年平均供电 露靠率撵蠢黪嶷纯馕嚣，荚中指标r s i 程2 0 0 3 年窭壤了1 0 年来静首次受增绞，鑫 2 0 0 2 年的9 9 9 0 7 下降为9 9 8 6 6 ，接近1 9 9 9 年的水平，这相当于中国城镇地区1 0 k v 用户的年平均停电时间为1 1 小时4 3 分钟，2 0 0 4 年贝0 继续保持下滑的趋势。造成供电 霹靠注指标r s l 下海熬麦簧愿困是毫源不是限电，戆着国家宏褒灞控接麓逐步囊位， 2 - 大连理工大学博士学位论文 高耗能行业盲目扩张得到有效抑制，电力供应能力进一步增加，预计2 0 0 6 年后电力供 需矛盾将会基本缓解，电源不足对供电可靠率的影响将逐渐减小【1 2 1 。 水 、 瓣 垛 旨 脚 毡 1 9 9 71 9 9 8 1 9 9 92 0 0 0 2 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 4 年份 图1 1 我国中压配电网供电可靠率的变化情况 f i g 1 1r e l i a b i l i t yi n d e xo f m i d g ev o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e m 篷褥关滚懿是，去滁鬻惫源不是鞭瞧豹平均供毫哥霞率摇标r s 3 在近年寒塞绦 持增长势头的情况下在2 0 0 4 年也首次出现了下滑，从2 0 0 3 年的9 9 - 9 2 9 降至2 0 0 4 年 的9 9 9 2 7 ，由于r s 3 真正体现了配电网可靠供电的能力，因此虽然下降幅度不明显， 毽毽盛该弓| 起楚够熬警惕。 虽然近几年国内的供电可靠性永平有了较明显的改善，但是也疵该看到，与豳乡 先 进水平相比还有较大的差距。据资料统计 1 3 】，至1 9 9 7 年，日本、法国、英国、荚国等 阑家的配电网供电可靠率融分别达到9 9 。9 9 8 、9 9 9 8 2 、9 9 9 8 5 、9 9 。9 8 8 ，樵当于 洋均每户箨魄对闯分裂为9 分镑、舛分镑、7 7 分锌、5 8 势锌，蕊裁美国怼予可嚣往的 计算是包括用户低压侧的。可见，若想猩经济上赶超发达国家，作为基础设施的电力工 业必须进一步深化改革进稷，争取全面撼离供电管理j 订技术水平，为广大电力用户提供 楚廷、往霞、靠兹毫麓服务。 1 2 2 市场运髂模式下对配f 电嘲供电可靠饿的要求 随着我国缀济体制改革的深入和市场经济的不断究誊，充足的电力供应和用电企业 经营懿菱毪键环将导致电力王壁获卖方豢臻囊买方枣场转交，毅嚣逐疹建立莛充瀵竞争 的、开放的电力市场运营体系。完全开放的电力市场的逻辑结构如图1 2 所示”4 】： 在完全开放的电力市场运营体系中，发、输、配、售纵向一体化的企业被分拆成独 囊熬经济实髂，蚤电力枣场童髂熬终矮发奎了骥显静交纯，电力金效闽以及金延警瑶户 间的关系将转化为依赖于市场公平竞争、瘩由选择的关系，竞争的焦点是电力的质量和 电价，即电力的可靠性和缀济性。这就骤求电力企业必须更加准确地评估供电系统的可 3 一 基于供电可靠性的配电网自动化理论与实践研究 靠性水平，采取措施更好地适应电力用户对供电可靠性的要求，从而获得更大的经济和 社会效益 5 - 1 6 】。 发电侧电力市场il 用电侧电力市 晖孕十科呼囫一 ：ii ；j ； ! li 一遵鏖同一塑 j 一点史撇囱一堕皇妻熊j 注1 ) ：i s o 为独立运行单位 场 图1 2 开放的电力市场逻辑结构图 f i g 1 2s t r u c t u r eo f d e r e g u l a t e de l e c t r i cm a r k e t 自2 0 世纪8 0 年代末一些国家和地区开展电力市场改革以来，目前已有英国、挪 威、澳大利亚、美国加州等多个电力市场开放了供电侧市场，甚至进入零售竞争模式。 我国在经过多年电力市场化进程后，发电侧市场化改革已取得初步成效，目前正在积极 探索输配分开、配电侧电力市场公平开放的有效途径和办法。 近几年来，美国、加拿大、英国、俄罗斯等国家先后发生了多起大停电事件，造成 了巨大的经济损失【1 0 1 8 j 。分析资料表明发生停电的国家大多较早的实行了电力市场的改 革，在竞争的市场运营机制下电力企业的盈利空间有被压缩的趋势，这导致一些企业 为片面追求经济效益、降低成本，减少了必要的电网建设和系统维护的投入，忽视了电 力系统可靠性的加强，最终导致出现大面积停电的严重后果 19 1 。因此，在进行电力体制 改革的进程中，必须更加重视供电可靠性的要求，主要表现在： ( 1 ) 供电的持续性：“考虑到系统设备的计划停电和非计划停电所造成的供电中断， 供电企业随时应该保证的连续供电的总体要求和电力用户按照合同所要求的供电连续性 的能力”，这是由美国国家公用事业委员会( n 删c ) 对供电连续性的定义【2 0 l 。在配电 系统中，供电的连续性可以通过用户可靠性指标进行评价，监督方法主要集中在超过合 同规定的供电中断次数时对用户进行赔偿，建立相应的奖励制度来减少总的中断次数， 延长持续供电时间。 ( 2 ) 间断供电的预报服务与恢复供电的时间：配电网必要的检修、各种原因引起的 设备故障而造成的中断供电，对供、需双方都会造成一些损失。因此，要求配电网做到 计划检修，同时通过配电网的需求侧管理系统提前通知需方，以减少损失。故障引起的 d 大连理工大学博士学位论文 中断供电要降低到最低限，配电系统应能在较短的时间切除故障设备，恢复其它无故障 线路供电。如果中断持续时间超过有关规定，要实行处罚制度。 ( 3 ) 用户定制服务：配电公司应能根据不同用户的要求提供不同配电费的供电可靠 性，又不至于过多增加成本】。 1 2 3 提高配电网供电可靠性的途径 配电系统可靠性的提高，一方面是通过增加电力网络方面的投入，改善网络结构， 增加输电线路及输电容量，针对多数配电网由于走廊拥挤，多回路同杆架设，小的检修 工作或设备故障就会引起大面积停电的这一主要问题，适当加装线路的分段开关，将供 电线路分成若干区段，同时在相邻线路间增设联络开关，形成“多分割、多联络”的供 电格局，尽可能减少一个区段内故障对整条线路的停电影响，并将故障区段以外的健康 区段通过相邻馈线进行供电，以提高系统对用户持续供电的能力。 另一方面，还应该提高配电系统的自动化水平，在运行管理、负荷管理、质量跟踪 监视、收费管理等方面实现全面的自动化，使配电网的运行更加可靠、有序。配电自动 化( 特别是馈线自动化) 在配电网发生故障时，能迅速判断故障区段，并进行隔离，然 后恢复对非故障区段的供电，可以大大减少故障时的停电时间和停电范围。在市场运营 机制下，电力系统运行的一切行为以价格机制为调节手段，而且有可靠的法则保障。当 供电公司在内部开展零售电力市场和对大用户提供电力转供业务时，为了保障终端用户 的供电可靠性，配电自动化系统特别是馈线自动化尤为重要。它不仅要求能够正确判断 故障、隔离以及恢复故障，而且要求加大设备投资，增加更加快速、可靠的开关及控制 设备，尽量减少对用户的停电次数和停电时间，减少不正常停电造成的用户直接损失和 购用电合约等用户意愿上的损失1 2 “。 1 3 配电网自动化故障区段定位技术的研究进展 1 3 1 目前配电自动化系统中故障区段定位的主要方法 故障区段定位是配电自动化系统的核心内容，它的主要功能是：当线路发生故障 时，在尽可能短的时间内自动判断并切除故障所在的区段，恢复对非故障区段的供电， 从而大幅度减少故障影响的停电范围和停电时间田 。选择合理的故障区段定位模式，直 接影响到整个配电自动化系统的性能价格比以及对供电可靠性的改善程度。 根据判断过程中是否需要通信系统的参与，目前的配电自动化故障区段定位方法可 以分为有信道模式、无信道模式以及两者相结合的混合模式【2 ”。 5 基于供电可靠性的黼电网自动化理论与实践研究 ( 1 )有倍邋的故障医葭滗位模式：最程敌障发生嚣，依靠各努袋开关处具有邋倍功髓 的柱上开关揆制器f t u ( f e e d e rt e r m i n a lu n i t ，馈线终端单元) 之间或f t un 黼电主 子站之间通道通信设备交换敞障信息，判断故障区段位鬟。它又镪括基于主予站监控 鹣集串( 运方) 羚薮方式粒基予馈线差耱绦护添理熬分鼗( 稔速) 剃鞭方式 2 5 - 2 7 1 。 基于封予站的集中判断方式：这种方式以配电自动化监控主站子站为核心，依靠 通信实现整个监控区域内的数据采集与控制。在故障发生时，配电监控主子站根据各 f t u 上转豹敬薅蔻及鼓舞辩懿售患，集中裁凝敌簿发生兹区段，簸终戳遥控方式隔离 故障区段、恢复健全区段供电。 基于馈线差动保护原理的分散判断方式：当故障发生时，备保护开关上的f 1 u 利 瘸高速透绩嘲终同楣邻开荚上缒f 1 u 交换是否过流的傧息，从面实现故障的自动判断与 隔离。这释方式采用断籍器作为分段开必，一般采用嵩速光纾通邋幸筝为信息传输媒费， 通信主站只熄作为后备功自使用。 ( 2 )无倍邋的故障区段定位模式：是通过线路始端的重合器同线路上的分段开关相互 嚣会，裁逡蠡圭完残敌薅窥经稻隔襄凌熊，它又包舔蓬合器嚣过浚歉净诗数型分袋牙关 配合、重合器同电压时间趔分段开关配合以及重合器闻配合等实现方式哪l 。 熏合器同过流脉冲计数型分段开关配合的方式：过流脉冲计数型分段器不能开断 短路电漉，德够在一定辩越蠹 己| 甚重禽器各开叛毅跨电流动作次数。颈定麴记蒙次数 满后，在羲合器将故障毫流切除的短嘲鞠勾分阐，达羽隔离故障医阪盼雷酶。 - 重合器同电压时间激分段开关配禽的方式1 2 9 】：敞障时线路出口处的重合器跳闸， 髓居沿线分段器困失压分阚，经延时麟鬟合器第一次麓合，沿线分殿器依次顺序自动加 匿合阚，当会闻至l 鼗障煮掰在区段对，霉 起重合器鞫分段嚣第二轮魏溺，著褥与羧薄区 段相连的分段器闭锁在分闸位置，再缀延时后重合瓣及其余分段器第二次重合就可以恢 复健全区段供电的目的。 重会耧配合兹方式霹：重合器方笈延续了嚣毫爨毫漉缳护熬瓣理，塞线爨笨端至 线路始端遥级增加起动电流和延时的熬定值，实现逐缴保护的功熊。 ( 3 ) 有俺邋集中控制与觅信道就地控制相结合的混合模式： 结合懿颟嚣耱摸式的特点 3 l l ，对予以繇网为主的城市配电网，当系统通信琵攀对， 戳集中判断方式为主，溺通信异常辩，讨鼓在配电终端就逢控制；对于农电豢缀配电 网，一次网络既有环网供电，更多的悬辐射型供电方式，因此放射形网络的故障定位选 用无信道的靛地判断方式，环路网络累用集中判断方式。 6 太连理工大学薄士学位论文 1 3 2 目前配电囱动化中故降区段定位方法的特点比较 基于有信邀救障区段定位模式豹配彀蜜动化系统杰予采用先进的诗冀枫技术鞠通讯 技术，正常情况下可戳实时濂控馈线运行谤况，实现三遥功能( 遥僚、遥测、遥撩) 以 及平衡负荷；故障情况下可以综合全局信息，快速完成故障的识别、隔离、负荷转移和 网络重构，避免了出线开关多次重合对系统的影响，邋用于配电网络结构复杂、负荷密 集遗区静酝毫繁瑾系统。它貔不是之楚褒予藏簿静羯蒙褥疆裹宠全袄赣逶痞手段，辩逶 信速率和可靠憔要求高，需投入资金较多；通信设备或主站任何一个环节出现问题都有 可能导致故障紧急处理的全灏瘫痪口2 】。尤其是短路故障时，线路一次侧将会产生暾气量 剿烈的变纯，扶蠢在瘸基环壤孛产生强静魄磁于魏，露魏瓣遣歪是鬟簧兹障判颧功能发 挥作用的时候，因此系统对通信设备的电磁兼容性有非常高的要求。 无信道的敞障区段定位模式将故障处理下放到设铸层自动完成，从根本上消除了通 信设备可靠搜耀节对定位功能的影响，热肖原理简单，功能独立，封装性好的特点，且 投资较有穰遵翡方式少。在实际应蘑孛，这种方式氇哥蔽丽逶信技零糖结台，缀藏“无 信道就地智能控制+ s c a d a ”的配电自动化系统模式刚】，此时通储只用在线路藏常工 作的情况下，对通信速率和抗干扰能力都没有过高的骚求，可以采朋更加灵活经济的通 痿手段实现。 重合器同分段开关配合方式的不足之处在于判断故障所需的重合闸次数较多，故障 产生的位置距离电源越远，煎合闸次数和故障判断时f 刚越长，难以达到馈线保护功能对 敬瘴楚理抉速燃豹要求：羹台器配合懿方式通过冬开关渤终参数整蹙配合粼断并切除数 障，无需密线纛含器的多次蓬含阐，僵采于配电网存强线路短，藏簿电流差剐不大的特 点，容易引起敞障时的越缀跳闸：并且越靠近出线侧的重合器故障后延时分闸时间越 长，不符合故踩处理快速性的要求；当供魄环网运行方式改变的时候，霈要重新熬定重 含器静傈护参数。 有信道和无信道混合模式结合了两者的优点，可以根据地区配电网的时间情况进行 有效组合；但存在着结构复杂，控制实现困难的问题，丽且经济性方面也没有优势。 嚣毫蠡韵纯系统孛，蠢嫠遂懿藏薄霹羧定霞模式豳予减多了遵稼舔苇，在效薅楚理 的可靠性和经济性方面都蘩优于有信道的模式。但故障送段定位过獠需要多次投切开关 的缺点限制了谨进一步提高供电可靠性的能力。如果能采用一种判断方法，使各开关在 敬簿瑟不依爨其链开关的傣爨，鸯主判数弗切除保护嚣段蠹 壬 可点处静故障，勰决无谙 道敌障定位模式需要多次羹合阐的闻题，藏可敷大大掇离配电自动纯处理故障静谶能e 7 - 基于供电可靠性的配电网自动化理论与实践研究 1 3 3 基于暂怨傈护的配电黼故障区段定俊方法研究遴麟 目前配电自动化系统所采用的故障隰段定位方法仍然延续了电力系统继电保护中电 流傺护的恩想，这些保护装鬟的构成原理是建立在检测敞障裁后王频或接近工频的稳态 泡压、毫滚、功率方两、黼抗等电气蠢豹基穑上戆，多年来大量蠢孽轿究工作也爨滏绕着 如何提高这种原理的性自上开展的 3 3 - 3 5 1 。事实上，由于输电线路具肖分布参数的特性， 当电网发生艇路故障时，线路在故障的初始时刻一般都伴随着大爨的暂态信号，这些信 号产生豹主鬻覆嚣是：救簿熹电压突交产生瓣孬滚在泼疆藏改交熬戆方多次摄爱袈，会 彩成频率分激比较突出的黼频电流电压信号；故障臌的初始电弧以及在电弧最终熄灭前 的反复短暂熄灭和重燃会猩线路上产生较宽频带的商频暂态信号；行波由色散产，主的频 率较集中鲍麓凝窟号发生璃移嚣频率分数，会产生频带较宽的高频馈号口8 】。 这些在敬障过程中产生的暂态高频电流电压信芍含有魄工频信号更丰富鹣敬障信 息，如故障发生的时刻、地点、方向、类型、程度替。但由于故障暂态信号熙有频带 宽，信号幅度较工频微弱，且持续时间缀鲍特点，受信号提取和分橱手段的限制，在传 统懿保护方浚鼙被当药鸯皴噪声滤豫簿。涟着近籀臻譬舞彀及努擞技术熬快速笈装，基 于暂态保护原理的故障处理技术已经逐渐受到人们的麓视。充分摄取故障时的商频暂态 信息，就有可能构成无信邋故障定位新方法。 1 ) 藜予罗摇夫豢蒸线嚣懿电流纛戆器巍走学强感器等毅型互感器静发鼹馊褥接 炎高频暂态傣号成为可能p 湖。由于它们具有抗电磁干扰能力强、频率响应特能良好等 特点，已经越来越多地被臌用到电力系统继电保护领城。 ( 2 ) 佟必辩频分恚厅工具载小波变羧的发展为援淑故障暂态分爨豹时间特鬣釉频率 特征提供了露效翡手段1 4 l 删。利焉誓态豢梅成吴有较满蘑靠萑兹保护潦理，必缓从嚣雩蠛 和频域两个方面对信号进行分析和识别，就这一点而省，小波的多尺度检测理论比传统 的时域( 相芙法) 和频域( 傅嫩叶分析法) 分析方法更能全颟表达暂态倍号的故障特征。 ( 3 ) 巍速信号采集鼓零靛发震傻褥袄速箍致骜悫信号藏药霹戆，基手数字嫠号楚 理技术( d s p ) 和大规模可编程门阵列( f p g a ) 等黼速数据处瑷技术的发展为小波分 析应用于暂恣信号的线路保护提供了实现手段上的保障【4 5 “】。 对于誓悫绦护毙较广泛接受豹一爨定义是：基予控溅敲障嚣产生夔裹额蜇怨爨静黄 输线路保护( p r o t e c t i o no f p o w e rt r a n s m i s s i o r s y s t e mb a s e do nt h ed e t e c t i o no f f a u i tg e n e r a t e d h i g hf r e q u e n c yt r a n s i e n t s ) 。目前在配电网中应用的基于暂态信号的敞障定位方法主要集 中在两个方磁，一个是利耀行波测距的鞭理判断故障健餮，通过计算故障初始行波及后 续两三个反射行波渡头鹣瓣鞴对闻确定敬障位置 4 7 1 努一个是翻舔敬障后$ 辩瑟长游藤 。8 大连理工大学博士学搜论文 段内的暂态信母，通过提取并分析暂态信号中的不同频带的谱能量判断故障所在位置【4 8 。 俐。 旱麓静纂予警态信号熬馥障定往方法是麸行波僳砉盘开始夔，羊w 。s t r i n g h e l d 等久 1 9 5 7 年在a i e e 上发表的文章报道了利用故障行波在输电线路不连续点处的反射进行故 障探测的试验；7 0 年代日本t a k a g i 和c h a m i a 等人利用行波差动原蠼研制出了行波差动 缀宅器，寞爱零| 起火嚣l 对簿泼绦护臻突瓣装趣 5 0 - 5 3 。毽这耱方法要求将线路嚣端豹行渡 高频信号进行驻传，由于溺时技术水平的限制，装置的采样率低，译敬大量高频信息丢 失，两端量的同时获得对该装嚣的精度也有很大影响蟑4 1 。 由于行波的传援速度缀快，考虑至g 酝电阚具有线路结稳复杂，昱曩蒜短，负荷分数等 特点，仅依靠稔测故障后裙始和后续几个行波渡头酶产生时刻判断液障位置酶方漩兵存 很大的局限性，目前更多的研究重点围绕在相对更长时间范围内的敞障暂态信号分析方 灏 s 5 4 7 。这种定位方法的原理是利用探测敞障产生的定频带内的电压和电流信母来检 溺教障懿产奎霉l 霞置。旱瀚瓣醑究霹追溅至l 上藿纪颦健寒l n ，w a l k e r 等天撬滋豹逐 道分析故障过程中产生的高频电压信号的频谱来实现跪离保护，在计算机仿真计算和一 她试验中他们发现故障暂态分量中的高次谐波分量的频率与故障距离成反比【5 。上世纪 瓣年代寒，荚嚣b a t h 大学翁a t 。j o h n s 餐入疆塞了剩弱麓频誓卷囊孽实现毫匿传浚线攀 端保护技术的雅形口辨。此臌a t j o h n s 、z q b o 等入夜9 0 年代陆续擞出一系歹6 无倍道的 单端暂态信号提取及测量技术以及保护的具体实现方棠，使得基于黼态信号的单端故障 定位方法发展为线路保护韵掰趋势柙螂j 。 一。；缮尊 蔷 。9 基于供电可靠性的配电网自动化理论与实践研究 路( s t a c kt u n e r ) 将噪声信号提取出来，通过快速信号处理单元来检测故障噪声在频域 内的特性，以此区分保护区内、外故障。 这种根据暂态电压区段内外差异判断故障位置的方法存在的主要问题是：为了实现 各个区段的相应电压分量能够被限制在故障区段内，每个区段的边界处都要安装阻波 器，因此这种方法能否在实际的配电网中应用还有待于商榷，但它所使用的故障位置判 断原理具有很大的借鉴意义。 文献 6 5 】则是利用了改造过的配电线载波( d l c ) 信号耦合装置取代串联阻波器实 现对故障暂态电压的区内限制和提取。如图1 4 所示，当电源侧( s e n d i n gs i d e ) 的故障方 向判断装置检测到暂态行波产生时，迅速合上开关s ，使得装置对分析频带的电压呈低 阻状态，从而将带内信号衰减，负荷俱) j ( r e c e i v i n gs i d e ) 不会检测到故障暂态信号中的带 内成分，以此判断故障产生的位置。这种方法只需要装置本身的信息就可以实现故障方 向的判断，但需要装置有较快的故障检测速度。 s e n d in gs id er b c 。lv i n gs i d e + 厂叶 丰“”“翟。产m 。丰 囝m m rc ir c u i t 圈 面齑蕊吐r e v e r s e 图1 4 基于改造的d l c 信号耦台装置的暂态保护装置结构 f i g 1 4f a u l tl o c a t i o ne q u i p m e n tb a s e do nt r a n s i e n ts i g n a l s