智能配电网自愈控制关键技术研究.pdf

6 8 电气开关 ( 2 0 1 6 N o 1 ) 文章编号 ： 1 0 0 4 2 8 9 X( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 6 8 0 4 智能配电网自愈控制关键技术研究 冉圮泉， 刘建 ( 西南交通大学 电气工程学院， 四川 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘要 ： 首先阐述 了配电网自愈控制的基本概念及重要性 ， 然后分析研 究了 自愈控制的关键技 术， 指 明了 自愈控 制发展的方向和技术依托， 为未来智能配电网的发展和规划提供决策参考。 关键词： 智能配电网； 自 愈 ； 自 愈控制； 关键技术； 供电可靠性 中图分类号 ： T M 7 2 文献标识码 ： B Re s e a r ch o n t h e Ke y Te ch n o l o g ie s o f S ma r t Dis t r ib u t io n Gr id S e l f - h e a l i n g Co n t r o l R A N Q i q u a n ， L I U J i a n ( S ch o o l o f E l e ct r i ca l E n g i n e e r i n g ， S o u t h w e s t J ia o t o n g U n i v e r s i t y ， C h e n g d u C h i n a 6 1 0 0 3 1 ) Ab s t r a ct ： F ir s t l y ， t h e p a p e r e x p o u n d s t h e b a s ic co n ce p t a n d t h e imp o r t a n ce o f d is t r ib u t io n n e t wo r k s e l f - h e a l in g co n t r o 1 Th e n， i t a n a l y z e s t h e k e y t e ch n o l o g y r e s e a r ch o f s e l f - h e a l in g co n t r o l a n d p o i n t s o u t t he d i r e ct io n a nd t e ch ni ca l s u p p o rt o f s e l f - h e a l in g co n t r o l d e v e l o p me n t ， wh ich p r o v id in g d e cis io n ma k in g r e f e r e n ce f o r t h e f u t u r e o f s ma r t d is t r ib u t i o n n e t wo r k d e v e l o p me nt a n d p l a n n in g Ke y wo r d s： s ma r t d is t r ib u t io n g r id； s e l f h e a l in g ； s e 1 f _ h e a l in g co n t r o l ； k e y t e ch n o l o gy ； p o w e r s u p p l y r e l ia b i l it y 1 引言 智能配 电网是智能电网的重要组成部分 ， 建设和 发展智能配电网是建设坚强智能 电网的重要内涵。 自 愈作为智能配电网的“ 免疫系统” ， 是智能配电网最重 要的特征。 自愈控 制技术是智能配 电 网最核 心的技 术 。当然 ， 自愈控制技术实际上是一个完整 的技术体 系， 或者说是一个技术集成。它包含若干具体的技术 ， 涵盖了自动控制、 继电保护和计算机控制等多个领域 的新技术 。由于历史上电力工业发展 的各种原因 ， 我国配电网的发展明显滞后于发电、 输电。目前用户 停电 9 5 以上是由配电系统原 因引起 的， 电网有一半 的损耗发生在配 电网 ， 我 国配 电网的自动化 、 智能化程 度 以及 自愈和优化运行 能力远低 于输 电网 j 。进入 2 1 世纪以来 ， 随着世界经济的发展， 节能减排、 绿色能 源、 可持续发展成为各国关注的焦点， 更成为电力行业 实现转型发展的核心驱动力 ， 智 能电网的理念逐渐萌 发形成 ， 成为全球 电力工业应对未来挑战的共同选择。 目前， 中国和世界各国已经达成普遍共识， 建设灵活、 清洁、 安全 、 经济 、 友好 的智能电网， 是未来电网的发展 方 向。智能电网能够实现 电力系统安全稳定 、 优质可 靠、 经济环保， 是实施可持续供电战略的重要保障， 具 有融合、 优化、 分布、 协调、 互动、 自愈等特征 J 。智 能配电网是智能 电网中连接主网和面向用户供电的重 要组成部分。智能配电网有助于提高电网供电可靠 性、 系统运行效率以及终端电能质量； 有助于实现分布 式发电、 储能与微网的并网与优化运行 ， 实现高效互动 的需求侧管理； 有助于结合先进的现代管理理念， 构建 集成与优化的配电资产运行、 维护与管理系统。智能 配电网较传统配电网更加坚强并具有更大的“ 弹性” ， 可以有效抵御自然灾害及外力破坏等突发事件给电力 系统造成的影 响， 并且具有强大的“自愈 ” 功能 ， 自愈 是智能配电网最重要的特征。从本质上讲， 自愈是智 能配电网的“ 免疫系统” _ 6 j 。 2 配电网自愈相关概念 电网的 自愈 ( S e l f - H e a l in g ) 是 指其在无需 或仅需 少量的人为干预的情况下人 ， 利用先进的监控手段对 电气开关 ( 2 0 1 6 N o 1 ) 6 9 电网的运行状态进行连续 的在线 自我评估 ， 并 采取预 防性的控制手段 ， 及时发现、 快速诊断、 快速调整或消 除故障隐患； 在故障发生时能够快速隔离故障、 自我恢 复， 实现快速复电， 而不影响用户的正常供电或将影响 降至最小。就像人体的免疫功能一样， 自愈功能使配 电网能够抵御并缓解 电网内部 和外部的各种危害 ( 故 障) ， 保证电网的安全稳定运行和用户的供电质量【 。 配电网自愈能力是配 电网的 自我预 防、 自我恢复 的能力 ， 这种能力来 源于对 电网重要参数 的监测 和有 效的控制策略。自我预防是系统 正常运行时 ， 通过对 电网进行实时运行评价和持续优化来完成 的。 自我恢 复是电网经受扰动或故障时， 通过自动进行故障检测、 隔离 、 恢复供电来实现的。 配电网 自愈控制( S e l f - He a l in g C o n t r o l ， S H C) 通过 共享和调用一切可用 电网资源， 实时预i贝 4 电网存在 的 各种安全隐患和即将发生的扰动事件 ， 采取配 电网在 正常运行下的优化控制策略和非正常情况下的预防校 正、 紧急恢复、 检修维护等控制策略， 使得电网尽快从 非正常运行状态转化为正常运行状态 ， 应对 电网可能 发生的各种事件及组合 ， 防止或遏制电力供应 的重大 干扰 ， 以减少配电网运行时的人为干预， 降低配 电网经 受扰动或故障时对电网和用户的影响， 在实际运行过 程中具有以下三种能力 ： 一是正常运行时 ， 有选择性 、 有目的地进行优化控制， 改善电网运行性能， 提高电网 稳定裕度和抵御扰动的能力 ； 二是把预防控制作为主 要控制手段 ， 及时发 现、 诊 断和消 除故障隐患 ； 三是在 故障情况下， 维持系统连续运行， 不造成系统运行损 失， 并且通过自治修复功能从故障中恢复的能力 J 。 自 愈是智能配电网的重要特征， 也是其建成的重 要标志 。 3 配 电网 自愈控制关键技术 配电网的智能化要 以配电网高级 自动化技术为基 础 ， 通过应用先进的配电网运行 自动化技术、 配 电网管 理自动化技术、 用户 自动化技术、 分布式电源并网控制 技术 、 定制 电力技术等 ， 使得配电网支持大量的分布式 发电、 可再生能源、 储能装置的接人和微网运行， 增强 电力企业与用户之间的双向互动， 提高配电网的综合 自动化水平 、 管理水平和电力市场化水平 ， 优化配电网 资产利用 ， 从而实现给用户更加安全、 可靠、 经济、 环 保 、 优质供电 j 。 3 1 高级配电 自动化技术 高级配电 自动化技术( A d v a n ce d D is t r ib u t io n A u t o m a t io n ， A D A) 是配电网革命性 的管理与控 制方法 ， 是 电能进行智能化分配 的技术核心 ， 是智能配电网中的 配电自 动化， 其功能如图 1 所示。A D A是一个庞大复 杂的、 综合性很高的系统性工程 ， 包含 电力企业与配电 系统有关 的全部功能数据流和控制 ， 旨在建立未来配 电系统所需要 的技术和功能 ， 它是实现配电网 自愈 的 关键技术 。 与 D A相比， A D A具有以下特点： 支持 D E R接 人并与配电网有机集成； 实现柔性配电设备的协调 控制； 满足有源配电网的监控需要； 提供实时仿真 分析与辅助决策， 有效支持高级应用软件； 支持分布 智能控制技术； 具有良好的开放性与可扩展性； 各 种 自动化系统之间无缝集成， 信息高度共享， 功能深度 融合 m 。 从保证对用户的供电质量、 提高服务水平、 减少运 行费用的观点来看， A D A是一个统一的整体。有助于 A D A监测和控制的开放式通讯体系与柔性电力体系 和保护系统是 A D A在配 电 自动化系统 中两个相互关 联 的组件 ， 共同支持智能配 电网的实现。通过柔性 电 力体系和开放式通信系统， 并结合 A D A的功能， 组成 未来的智能配电系统。 3 2智能微网技术 微 网技术 是 新 型 电力 电子技 术 和分 布式 发 电 ( D i s t r ib u t e d G e n e r a t io n ， D G) 、 可再 生能源发电技术和 储能技术的综合 ， 集成多个分布式发电单元和负荷作 为一个单独的系统， 为用户提供电能和热能。在合理 的控制方式下 ， 微网可以并网运行 ， 也可以脱离主电网 孤立运行 ， 并可实现两种运行模式 的无缝转换。 智能微网即微 网的智能化 ， 通过采用先进 的电力 技术 、 通信技术 、 计算机技术和控制技术在实现微网现 有功能的基础上， 能够有效地解决以上技术问题， 满足 电网对未来电力、 能源、 环境和经济的更高发展需求。 智能微网是一个微型的、 智能化信息系统， 其信息交互 关系如图 2所示 。 7 0 电气开关 ( 2 0 1 6 N o 1 ) AD A 功能 馈 线 自 动 化 I l S C A D A l IV l I 停 寨 墓 理I I 黼I 1 分 源 l l 与 吾 统 故障定位 故障隔离 故障恢复 异 常分 析 馈线重 构 智能报表 数据采集 处 理 报表与打印 GPS对 时 权限管理 保护协调 历史数据 管 理 电能质 量 分 析 电压控制 无功补 偿 计划停电 管理 故障停电 管理 拓扑分析 线损分 析 潮流计算 运行 条件 分 析 广域 测控 图 1 A D A系统功能框图 图 2 智 能微 网信 息交互关系 智能微 网不管是在 电网正常运行时 ， 还是在 电网 发生异常时， 都高度支持配电网实现自愈， 是实施智能 配电网自愈控制的重要手段， 具备以下优点： 真正实 现自治； 提供高可靠性电能； 满足用户多样化的需 求； 更有效利用分布式能源尤其是可再生能源； 实 现经济效益最大化； 实现环境效益最大化。 无论从结构、 技术上来讲， 还是从需求、 效益上来 讲 ， 智能微网与智能配电网都密不可分 ， 智能化的微网 能够充分利用 自身特 色帮助推动配 电网智能化 的实 现 ， 它是未来智能配电网新的组织形式 J 。 3 3 配电网快速仿真与模拟技术 配 电 网快 速 仿 真 与模 拟 技 术 ( D is t rib u t io n F a s t S im u l a t io n a n d M o d e l i n g ， D F S M) 是实现 配电网 自愈的 重要工具 ， 它能够实现的主要功能包括 自适应保护 、 故 障自动定位和排除、 网络重构、 自动电压和无功控制 等， 仿真工具包括配电网状态评估、 电网潮流优化、 电 网动态安全评估、 负荷预测等， 建模工具包括网络拓扑 分析、 设备模型、 负荷模型和发电模型。D F S M在实时 软件平台基础上 ， 应用数学分析工具 和先进 的预测技 术 ， 根据配 电网物理结构 、 电网运行状态 ， 实现配 电网 的精确状态估计和实时优化运行 ， 预测 配电网潜在事 件 ， 并为系统运行人员提供辅助决策建议 和最优决策 微 网 虚拟 电厂 调度 自动化 系统接 口 信 息管理 系统接 口 高级量 测 体系接 口 服务 ， 从而实现配电网自愈 。 3 4 广域测控技术 对于大规模 、 分布式广域配 电网络 ， 需要建立一个 基于广域同步信息的保护和控制一体化理论与技术， 来协调电网元件保护、 区域优化控制、 预防校正控制、 紧急恢复控制等具有多道安全防线的电网自愈控制体 系。基于广域测量和信息交换的配电网自愈控制体系 是实现配电网 自愈的关键技术 ， 能够很好地解决全局 与局部 、 分散与集 中的功能协调和速度协调问题 ， 实现 广域控制与分布保护控制的协调性 。配电网广域测控 体系( D i s t r i b u t i o n Wi d e A r e a M o n i t o rin g a n d C o n t r o l I n f r a s t r u ct u r e ， D WA MC I ) 是智能配 电网实现 自愈 的关键 技术之一 ， 是智能配 电网实现全局监视 、 全局控制 、 优 化运行 、 自愈控制的重要解决方法 ， 主要应用于以下领 域： 运行监视与控制， 即传统的 S C A D A应用； 故 障测距与定位， 故障自动隔离号恢复； 电压无功优化 控制； 电能质量监测与调节； D F A C T S 控制； 分 布式电源孤岛保护与控制； 分布式电源调度 。 3 5 高级量测技术 高级测量技 术 ( A d v a n ce d Me t e ri n g I n f r a s t r u ct u r e ， A M I ) 是自动抄表技术的高级发展， 除了实现电能自动 采集 、 分析和计费功能之外 ， 还有能实现带时标的测量 数据双向通信， 具有停电报告在线读取和其他功能； 出 现网络通信问题后， 相应的网络能自动重构， 以恢复正 常通信能力。A M I 的通信结构有两种， 一种是广域通 信结构， 另一种是本地局域网。A M I 典型系统如图3 所示。 典型的 A M I 系统由智能表计、 数据收集单元、 回 程传输 单 元 、 通 信 网络 和量 测 数据 管 理 系 统组 成。 A MI 和配电管 理系统是实现智能 电网蓝 图的重要一 电气开关 ( 2 0 1 6 N o 1 ) 7 l 步。将两者有机地结合起来， 可以提高电网运行效率 和实现资源的优化配置。随着 A MI 技术 的进步 ， 其在 配电网通信中的重要作用将有很大的应用价值 。 量测数 据管理 系统( MD MS ) 分时电价 ( 送 到用户) 需求响应 负 荷控制 远程开合 高级量测系统 ( A MI ) 智能表计 ( 双向通信、电量计量、 电能质量监测、停电检测、 窃电检测、远方控制) 局域 网 ( L AN ) 家域网 ( HAN) 图 3 A MI 系统构成 图 3 6 需求侧管理技术 需求侧管理( D e m a n d S i d e M a n a g e m e n t ， D S M) 是 指在行政或诱导措施下， 通过提高终端用户用电效率 和优化用电方式 ， 引导用户长期或短期改变用 电模式 ， 进而达到节约能源 、 优化资源配置和保证 电网安全性 的用电管理活动。需求侧管理的2个基本 目标是： 通过推行高效设备改造或节能建筑减少总能源的使 用； 通过改变用电方式进行负荷削峰填谷。需求侧 是智能配电网建设的重点环节 ， 而需求侧管理对于智 能配电网建设 目标 的实现具有举足 轻重 的作用 。同 时， 无论配电网在正常运行方式下的优化控制， 还是在 非正常运行方式下的预防校正控制、 紧急恢复控制、 检 修维护控制等， 需求侧管理都是在考虑和支持用户参 与电网互动、 支持实现配 电网 自愈 的最关键技术 ， 是配 电网自愈控制采取的重要手段。智能配电网和需求侧 管理二者关系密切 、 相辅相成 。 4 结束语 智能配 电网是建设有 中国特色坚强智能电网实现 的重要组成部分 ， 是应对我国未来能源 、 环境、 气候、 经 济、 社会等挑战的战略武器， 是解决配电网架构薄弱、 自动化水平低、 分布式发电大量接人对电网负面影响、 用户与电网之间的互动能力和电网运行控制水平有限 等问题的有效手段。 自愈控制技术是配电网实现智能化极为关键 的技 术， 它随着配电网的信息、 通信等各项技术不断完善和 发展而发展。通过开展 配电网 自愈控制技术、 分布式 发电与智能微网技术 、 A MI 技术、 配电网快速仿真与模 拟技术等相关技术的研究， 可快速而有力地推进我国 智能电网的建设。智能配电网最突出特点就是主动自 愈控制， 而未来智能配电网发展的最高 目标是无缝 自 愈控制。智能配 电网自愈控制技术 已成为提高配 电网 供电可靠性和安全性， 抵御连锁故障与大面积停电事 故发生 ， 解决大量 D G接人的主要技术手段 ， 具有广阔 的市场前景 。 本文对智能配电网 自愈控制技术的特点和类型进 行了理论研究， 分析了如何运用各种先进的支撑技术 实现具有准确率高、 自 适应强、 经济性好、 安全可靠和 智能化程度高等的智能配电网自愈控制技术。应用智 能配电网自 愈控制技术将使电网的供电可靠性明显提 高 ， 停电时间显著减少 。 参考文献 1 于士斌， 徐兵， 张玉侠， 等 智能配电网自 愈控制技术综述 J 电 力系统及其自动化学报 ， 2 0 1 3 ， 2 5 ( 5 ) ： 6 5 6 9 2 马其燕， 秦立军 智能配电网关键技术 J 现代电力， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 2 ) ： 3 9 4 4 3 李乃湖， 倪以信， 孙舒捷， 等 智能电网及其关键技术综述 J 南 方 电网技 术 ， 2 0 1 0 ， 4 ( 3 )： 1 7 4 谢开， 刘永奇， 朱治中， 等 面向未来的智能电网 J 中国电力， 2 0 0 8 ， 4 1 ( 6 ) ： 1 92 2 5 陆一鸣， 刘东， 柳劲松， 等 智能配电网信息集成需求及模型分析 J 电力 系统 自动化 ， 2 0 1 0， 3 4 ( 8 ) ： 1 4 6 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， 2 0 1 1 ， 2 7 ( 2 ) ： 1 4 1 8 7 李天友， 徐丙垠 智能配电网自 愈功能与评价指标 J 电力系统 保 护与控 制， 2 0 1 0， 3 8 ( 2 2 ) ： 1 0 51 0 8 8 葛树国 智能配电网自愈技术及其评价体系构建 J 产业与科技 论 坛， 2 0 1 1 ， 1 0 ( 2 3 ) ： 6 0 6 1 9 李兴源， 魏巍， 王渝红， 等 坚强智能电网发展技术的研究 J 电 力 系统保 护与控 制， 2 0 0 9， 3 7 ( 1 7 ) ： 1 7 1 O T e ch n i ca l a n d S y s t e m R e q u i r e m e n t s f o r A d v a n ce d D i s t rib u t i o n A u t o - ma t io n， EP RI ， P a l o Al t o， CA： 2 0 0 4 1 01 0 91 5 1 1 G u i d e l i n e s for P l a n n i n g I n t e r o p e r a b l e D is t rib u t i o n Au t o