基于主站与就地协同度的配电主站自愈方法设计

佘伊伦，汪文达

(深圳供电局有限公司，广东 深圳518000)

自愈技术是一种电网修复方式，在实际运行过程中，能够自动消除电网中存在的故障，保证配电网的正常运行[1-2]。从配电网自愈阶段来看，自愈技术可对配电主站实现事前、事中以及事后三个阶段的控制[3]。

文献[4]在研究关联子图计算方法的基础上，将配电网控制系统的故障辨识区域、故障动作区域的自适应动态调整转化为不同类型关联子图，然后通过保护故障辨识完成自愈决策。文献[5]应用了自抗扰技术，简化了配电设备的运行参数，构建了一种混合整数线性的函数关系。但上述两种自愈方法内数值关系形成的计算量较大，实际抗干扰的能力较弱，导致实际自愈方法的自愈能力较差。

协同度是协同效应中的衍生概念，可划分为外部协同以及内部协同，外部协同是在一个集群当中相互协同共享资源的过程。内部协同则是在不同环节或是不同阶段共用资源而产生的整体效应。为此，本文在主站与就地协同度指标的控制下，设计了一种新的配电主站自愈方法。

1.1 划分配电主站孤岛

以配电网内的电压及频率指标作为组合处理对象，在设定容量约束后，综合主站在整体配电网中的位置，形成一个约束数值关系，可表示为：

(1)

式中：L为约束数值关系；
p(i)为主站电荷负荷数值；
V为产生电压参数的节点；
C为电压数值产生的优先权重。在启发处理过程中，以实际产生最大收益的电网节点作为孤岛顶点[6]，计算孤岛区域内节点产生的负荷总量。

(2)

式中：Pt为负荷总量；
p(j)为电负荷收益；
T为节点周期；
Z为电网顶点的临域。在负荷总量数值控制下，划定配电主站孤岛比例：

图1 电力孤岛范围

(3)

式中：w为比例参数；
N(i)、N(j)为配网主站的临域函数；
B为优先级参数。对应计算得到的孤岛比例数值，形成的孤岛范围如图1所示。

图1中：控制配电主站的电流与并网方向相反时，控制馈线50内形成一个动作修改量[7]，在维持一个数值不变的幅值比数值后，计算配电主站与就地协同度。

1.2 计算配电主站与就地协同度

在计算配电主站与就地协同度时，转换配电站的控制过程，形成一个变换矩阵：

(4)

式中：a、b为基波初相角；
Xa、Xb为孤岛范围参数；
γ为基波初相角a的转换参数；
i为基波初相角b的转换参数。对应上述变化矩阵中产生的电压相角，计算式(4)中的基波初相角,可表示为：

(5)

式中：ig为电压节点的动态变化参数；
ug为电网内产生的功率参数；
u为静差参数。对应初相角的数值变化，计算电站在不同就地条件内实际产生的灵敏度。数值关系可表示为：

(6)

式中：It为不同就地条件下电站内实际产生的电流数值；
kb为就地环境产生的制动量。此时配电主站与就地环境的协同度可用式(7)计算得到。

(7)

式中：β为制动角度；
θ为馈线变换角度；
Ka为分量相位差。在上述协同度数值的控制下，降维处理电网重构过程[8]。

1.3 实现配电自愈

在计算得到的协同度数值下，构建配电网重构约束条件，任意选定一个指标作为处理对象，采用多目标函数定量处理为一个配电重构过程，数值关系可表示为：

(8)

式中：ki为i个时间段配电网产生的损耗；
U1、U2为不同时刻产生的配电电压；
Qi为配电支路产生的功率需求。为了控制重构过程产生的较大计算量，采用分段处理的方式，标记形成的区段如图2所示。

图2 标记形成的区段

标记区段范围内对应衍生出的区段范围，采用时间重合变换的方式，计算控制区段内实际产生的增损，如式(9)所示。

(9)

式中：ft为重合标定函数；
f(t)为区段切换函数；
A为重构优化参数；
XM为增损参数。以该数值作为自愈过程的评定参数，当实际得到的增损数值恒小于该参数时，则表示配电主站完成了一次自愈。

设计试验验证上述自愈方法的有效性。

表1 准备的配电站数据集

划定10个配电站主站的区域，在配电区域内设定索引组后，定义区域负荷的性质为普通负荷，形成的配电站数据集如表1所示。

选定额定电压为110 kV的高压电缆，在联络线路设置后，连接一个数值为16 Ω的过渡电阻，形成的试验线路如图3所示。

准备文献[4]方法、文献[5]方法与本文方法进行试验，对比三种自愈方法的性能。

图3 准备的试验线路方案

当配电站中过渡电阻的电流数值为最小时，表示该故障实现了隔离。不断测量试验电路中的电压，对应电路中的电阻数值，统计最小电流所使用的时间。三种自愈方法的故障隔离时间结果如表2所示。

表2 三种自愈方法的故障隔离时间结果 单位：ms

分析表2可知:文献[4]方法所需的隔离时间为57 ms左右;文献[5]方法所需的隔离时间为40 ms左右;而本文方法所需的隔离时间为12 ms左右。与两种传统自愈方法相比，本文设计的自愈方法故障隔离所需的时间最短。

在上述试验环境下，对应试验数据集中的索引标记，不断迭代索引标记中重构配电网算法，固定配电网中动作开关为10次。对应自愈方法下配电网中的损耗数值关系可表示为：

(10)

式中：S为损耗数值；
κ为迭代参数；
b为配电电站区域负荷；
C为迭代次数；
R为开关次数。在上述损耗数值关系控制下，三种自愈方法产生的损耗结果如表3所示。

表3 三种自愈方法产生的损耗结果 单位:kW

根据表3所示的试验结果可知：文献[4]方法在线路中产生的损耗为65 kW左右；
文献[5]方法实际产生的损耗为37 kW左右;而本文设计的自愈方法产生的损耗为12 kW左右。与两种传统自愈方法相比，本文设计的自愈方法产生的损耗更少。

保持上述试验环境不变，控制图3所示的电路中产生三相短路，假设T2时间段出现故障，定义当电流重新出现波动时则表示配电站故障自愈。三种自愈方法的自愈结果如图4所示。

图4 三种自愈方法的自愈结果

根据图4所示的试验结果可知：三种方法产生的电流波动幅值数值相等，但文献[4]方法在设定的故障时间范围内电流波动区间最大；
文献[5]方法在设定的故障时间内实际电流波动的区间较小;而本文方法电流波动的区间最小，使得主站的自愈能力更强，证明本文方法更适合在配电主站自愈过程中运用。

作为智能化控制配电主站的一种，有效设计科学化的自愈方法成为了当下的研究热点。本文以配电主站与就地协同度作为约束，设计了一种配电主站自愈方法，其能够改善传统自愈方法自愈持续时间较长的问题，并为今后研究配电主站自愈方法提供了理论支持。