含微网电源的智能配电网馈线故障自愈控制方法

王云飞

（国网浙江义乌市供电有限公司，浙江 义乌 322000）

0 引 言

配电网属于电力系统的重要组成部分，直接面向电力用户，其运行的稳定性与可靠性决定了供电质量。配电网由各类配电设备共同组成，如变压器、负荷开关、电容器、馈线等[1]。其中，馈线作为配电网的关键组成设备，其运行质量的好坏直接影响配电网的运行效果，一旦电力系统运行出现故障，则会影响馈线线路上的负荷供电，破坏配电网的正常运行状态，降低供电质量[2]。对此，可以通过馈线自动化技术搜集线路上各个站所的终端、馈线终端的故障信息，进而制定故障定位、故障隔离以及故障自愈恢复的决策，自动将配电网馈线异常运行状态恢复至正常状态。有研究专家提出，基于5G 通信技术的分布式馈线自动化技术通过下沉计算方法对配电终端进行判别，在主供线路不停电的情况下对出现故障的配电端进行就地隔离，实现配网的保护定值优化，并且实现网络重构[3]。此外，有研究学者提出基于对等通信网络的智能分布式自愈控制方法。依据分布式FA 逻辑算法对配电网故障进行监测，并实行故障隔离，基于GOOSE 模型实现对等通信网络报文传输，解决配电网故障问题[4]。但上述馈线自愈控制方法多数采用分层多代理原理设计而成，在实际应用中存在自愈控制时间较长、控制效率较低的不足，无法为智能配电网的稳定可靠运行提供保障，影响电力系统的正常运行。基于此，本文开展含微网电源的智能配电网馈线故障自愈控制方法的研究。

1 智能配电网馈线故障自愈控制方法设计

1.1 配电网馈线故障定位

设计的智能配电网馈线故障自愈控制方法需要对含微网电源的智能配电网馈线故障进行定位，找出馈线故障所在的区间位置，为后续自愈控制奠定良好基础。采用ME-9001 智能配电网电缆故障测试仪，将其与智能终端、数据采集与监视控制系统（Supervisory ControI And Data AcquiSition System，SCADA）相连接，通过专家远程现场操控主机，识别并确定含微网电源的智能配电网馈线故障位置，实现馈线故障高精度定位的目标。一方面，根据含微网电源的智能配电网馈线运行的实际情况与特征，在智能配电网一条总馈线的多条出线中筛选出运行异常的馈线，并采用定量分析与定性分析的方法对异常运行工况作出分析，识别故障[5]。另一方面，使用ME-9001智能配电网电缆故障测试仪检测馈线存在故障点的区间部分，确定故障段。馈线发生故障后，依据其工况变化，从故障段上找出发生故障的具体位置[6]。

1.2 馈线故障隔离

在获取馈线故障位置与故障段区间后，对馈线故障段区间进行隔离处理。本文设计的含微网电源的智能配电网馈线故障隔离流程如下：（1）给每个变电站终端（Substation Terminal Unit，STU）配置单独的网际协议（Internet Protocol，IP）地址，通过接收故障电流数据请求命令，确定STU 位置；（2）选择馈线区间两端的电流数据进行对比，结合馈电故障区间定位结果，进一步确定故障区段；（3）当智能配电网馈线故障区下游STU 接收到上游数据请求时，下游STU 仍然处于未启动状态，此时含微网电流的智能配电网馈线故障属于弱馈电故障；当下游STU传输故障电流数据时，上游还能够向下游弱电STU发送命令，此时应当快速启动跳闸功能，彻底隔离馈线故障区[7]。

1.3 馈线故障自愈控制

完成含微网电源的智能配电网馈线故障隔离后，在此基础上对馈线故障进行自愈控制，恢复非故障区段的供电。首先，具备自愈控制功能的智能配电网配电终端应当对部分数据进行初始化处理，如母线电压、开关分合遥控号、相邻开关通信信息、端口号等。其次，读取配电网相邻设备信息，计算邻域馈线负荷，进而综合考虑配电网变电站出口断路器的运行工况，判断馈线上是否存在联络开关。根据判断结果，设定馈线故障启动条件，监听相邻联络开关的故障及开关状态变化。最后，智能配电网馈线向邻近的STU 发送请求，请求获取馈线故障电流数据。根据获取的故障电流数据，设定故障出现后的波数时间为计算初始时间，计算一周波时间内流向该馈线控制的每个开关对应的故障电流数据，其中包括馈线故障电流的实部、虚部及电流振幅。

将馈线故障定位与隔离结果存储到配电网馈线日志信息中，生成馈线分闸遥控，进而自愈控制馈线故障。自愈控制流程如图1 所示。检测智能配电网联络开关接收馈线合闸指令中是否存在分闸指令，若不存在分闸指令，则生成一个新的遥控合闸指令，判断合闸成功与否。若合闸成功，则生成共享自愈控制结束标志，控制配电网联络开关状态，恢复馈线非故障区段供电，实现馈线故障自愈控制目标[8]。

图1 配电网馈线自愈控制流程

2 实验分析

2.1 实验准备

选取某地区含微网电源的智能配电网馈线线路拓扑结构作为此次的研究对象。该智能配电网中总共安装了8 台配电终端，均采用以太网无源光网络实现数据通信，采用光纤接入网实现无源光纤数据传输。智能配电网的配电终端通信参数配置如表1 所示。

表1 智能配电网配电终端通信参数配置

通过IP 地址与媒体访问控制（Media Access Control，MAC）地址配置，共同实现智能配电网配电终端间的通信。根据设计的智能配电网馈线故障自愈控制方法，使用实时数字仿真系统（Real Time Digital System，RTDS）与实际配电终端设备，共同搭建故障自愈控制仿真实验平台。实验准备完毕后，按照提出的馈线故障自愈控制方法流程进行自愈控制，对控制结果作出分析，验证提出方法的有效性，评估方法的控制效果。

2.2 结果分析

在此次实验中，为了增加实验结果的可信度与说服性，特引入对比分析的方法原理。将提出的含微网电源的智能配电网馈线故障自愈控制方法设置为实验组，将文献[3]提出的基于5G 通信的故障自愈控制方法设置为对照组1，将文献[4]提出的基于对等通信网络的故障自愈控制方法设置为对照组2，评价3 种自愈控制方法的应用效果。

随机在智能配电网馈线线路上选取6 个故障点，编号为GZD-01、GZD-02、GZD-03、GZD-04、GZD-05、GZD-06。设置智能配电网馈线故障自愈控制时间作为此次实验的评价指标，其计算表达式为

式中：tc为馈线故障自愈控制策略制定后，自愈控制命令下发并执行完毕所需时间；N为馈线故障自愈控制动作中对应的遥控开关数量。通过计算得出此次实验的评价指标，自愈控制时间越短，说明智能配电网馈线故障自愈控制效率越高，反之则说明效率越低。测定并计算3 种方法应用后馈线故障点自愈控制时间，绘制如图2 所示的故障自愈控制快速性评价指标对比图。

图2 馈线故障自愈控制评价指标对比结果

从图2 的评价指标对比结果可以得知，3 种智能配电网馈线故障自愈控制方法的快速性评价指标存在一定的差异性。其中，按照本文所提方法对馈线故障进行自愈控制，所需自愈控制时间明显较短，均保持在3 s 以内，能够在快速时间内实现馈线故障自愈控制目标。可见，本文所提方法的有效性与可行性较高，能够显著缩短由于馈线故障导致用户故障停电的时长，降低配电网运行的危险性。

3 结 论

为了改善传统配电网馈线故障自愈控制方法在运行过程中自愈控制时间较长、效率较低、控制效果不佳的问题，本文开展了含微网电源的智能配电网馈线故障自愈控制方法的全面研究，通过配电网馈线故障定位与隔离，实现了馈线故障快速自愈控制的目标，有效提高了馈线自愈控制的效率，具有较高的可靠性、灵敏性以及稳定性，对提高配电网运行安全具有重要的研究意义。