新一代配电自动化系统单元制配电网运行控制功能设计
DOI: 10.7500/AEPS20180428011
葛文林，苏光，赵家庆，田江，孙世明，吴博文
一、研究背景
在单元制配电网规划设计和管理背景下，目前国内配电自动化系统没有面向单元制配电网的运行控制功能，无法满足单元制配电网调控管理、日常运维管理和抢修管理需求。主要表现在如下几个方面：①基础建模方面，传统配电自动化系统多采用基于馈线的全网一体化建模，基于全网一体化模型进行网络拓扑分析时，系统资源消耗大、分析效率低，缺乏局部单元化的拓扑模型，难以适应单元制配电网应用分析的需求；②自动成图和展示方面，传统配电自动化系统仅以馈线为单位、以全网一体化模型为拓扑模型，自动生成配网线路单线图、联络图及区域环网图，缺乏按照单元制模型的拓扑抽取、对象识别、图元布局及智能布线等自动成图技术手段，不能满足单元制配电网的调控运行、日常管理等方面的灵活高效展示需求;③故障处理方面，面对配电网的各类接线方式，传统配电自动化故障处理不具备局部单元化故障快速定位、恢复方案单元化生成等精细化应对策略，适应性不强且效率不高，无法发挥单元制配电网标准化接线方式的优势；④风险预警方面，基于传统配电网以馈线单位的风险指标及风险因素，所提出的风险分析方法以及在线风险预警机制，存在着风险分析对象信息庞杂且针对性、实用性较差，缺乏局部单元化的信息整合机制和综合风险预警方法等问题，无法满足单元制配电网风险监视与预警需求。因此，亟需实现以配电网单元制为特征的运行控制，满足调度员对运行控制、日常管理等方面的需求，提高配电网的供电可靠性。
二 、总体功能结构
本文提出了基于新一代配电自动化系统单元制配电网运行控制功能总体设计结构，如图1所示。
图1 新一代配电自动化系统平台总体功能架构
总体功能结构是基于新一代配电自动化系统平台，在现有SCADA数据采集、数据处理、公式计算等基本功能模块的基础上，搭建了单元制自动建模功能、单元制自动成图功能、单元制故障处理功能以及单元制风险预警功能。
二 、单元制自动建模
单元制自动建模功能为新一代配电自动化系统单元制配电网提供单元制模型，是后续单元制配网运行控制分析应用功能的基础。
单元制自动建模功能首先通过单元制模型校核服务对由地理信息系统或生产管理系统导入的初始全网设备模型进行校验和清洗，剔除不合理及无效的模型，形成规范的全网设备模型。然后，将清洗后的全网设备通过单元模型转换服务转换成全网图模型，利用拓扑搜索算法，以10 kV站内出线开关以及人工指定的站外开关（在区域配网未彻底完成单元制改造前，未改造的部分需人工指定供电单元之间的断开点）为边界，自动对全网图模型进行单元模型切割，形成的子图。最后，将馈线模型“装入”供电单元模型内，形成单元制模型库。单元制自动建模具体过程，如图2所示。
图2 单元制自动建模流程图
四、单元制自动成图
单元制自动成图功能在现有配电自动化系统自动成图功能的基础上，加入单元制模型抽取以及人工干预迭代修改机制，实现了高效、美观的面向单元制配电网的单元图形自动生成功能。
单元制自动成图功能，在收到模型变化信息后，从单元制自动建模功能已建立的单元制模型中抽取发生变化的单元制模型，通过对象识别、图元布局、图形布线等功能，形成单元制配电网图形，此时自动生成的单元制配电网图形在布局上可能不够美观或不符合调度运行人员习惯，可由人工进行微调，调整后的布局布线信息记录在数据库中，当本图的模型再次发生变化时，图元布局和图形布线算法会参考人工调整的布局布线信息，形成最终的单元制配电网图形。
五、单元制故障处理
单元制故障处理在发生故障时，只需加载发生故障时的供电单元模型，仅关注本供电单元内的线路、负荷等信息，无需过多关注该供电单元之外的信息，从而形成清晰明确的单元故障处理策略，提高了故障处理效率和正确率。
单元制故障处理功能首先监听开关故障跳闸信号，一旦捕捉到信号，则判断信号发生设备所属的供电单元，并将该供电单元的所有模型加载到内存中，形成故障供电单元拓扑模型；结合单元故障模式库，分析该单元故障的类型并定位故障发生的范围；然后形成单元故障隔离方案，以及在供电单元内形成负荷转移的方案；最后根据本供电单元配置的故障处理方式，推出单元故障处理方案执行界面，由用户进行单元故障隔离及恢复操作，或者全自动执行，执行过程中的信息均实时推送给用户，帮助用户及时了解单元故障处理的中间过程和结果。
六、单元制风险预警
单元制风险预警以单元配网模型为监视单位，对供电单元内的风险信息进行识别和预警，具有更强的针对性，同时显著提高了单元制风险监视和预警的效率。
单元制配电网的风险预警功能以供电单元为监视单位，对供电单元内的风险进行识别、分析和预警。它整体上是有四部分组成：单元配网模型和运行方式采集模块、单元风险分析模块、单元风险处理模块和单元风险结果展示模块。
单元制模型及运行方式采集模块是以供电单元为最小逻辑单位，获取配电网各供电单元模型及运行方式。
单元风险分析模块是基于风险值矩阵定量地评估多种风险因素的发生概率和严重程度，构建单元配电网运行风险分析指标体系，对各风险因素对单元配电网的影响进行分级评价。
单元风险处理模块，用于针对不同类型的单元配电网风险，分析单元配电网风险处理策略，得到不同的单元配电网风险处理策略。
单元风险结果展示模块，用于对配电网风险分析结果（主要描述电网有哪些问题）及配电网风险解决策略分析结果（主要描述如何处理这些问题）进行展示，帮助用户定位（定位采用风险线路着色，其他线路变灰的方式进行凸显，然后在重点设备上辅助以文字提示）和分析故障。
七、结论
本文提出了新一代配电自动化系统单元制配电网运行控制功能设计，并利用新一代配电自动化系统平台的支撑，综合考虑调度员所关心的配电网安全稳定运行相关的因素，开发了以配电网供电单元为单位的运行控制功能。目前，系统已经在苏州、镇江等地区调度中心投入了运行，运行结果表明系统能够满足单元制配电网的运行监控需求，切实地提高了配电网调度运行管理水平，实现了配网故障研判快速准确，极大的提升了配电网对于运行、用户感知的适应性，保证了电力系统高供电可靠性，从而带来了更大的经济和社会效益。后续工作中，将继续在以下领域开展深化研究：①研究单元综合智能告警展示。结合配电网供电单元内的告警信息，综合分析给出供电单元内发生的事件，明确且直观的通知调度人员；②研究组合负荷预测方法用于供电分区规划。通过分析已完成改造的供电单元内负荷密度、供电能力等指标，采用组合负荷预测方法开展各供电分区规划内电量负荷预测，提出推荐方案，并开展负荷预测方案上下协同校验，为配电网单元制的规划和改造提供参考；③研究基于空间聚类的单元格优化划分算法。在构建单元划分综合评价指标体系的基础上，研究基于空间聚类算法的单元优化划分数学模型及其求解方法，为进一步推进单元制配配电网规划的工程应用奠定基础。
注：文章转自电力系统自动化
