蔣直良
(國網(wǎng)四川省電力公司達(dá)州供電公司市區(qū)供電中心,四川 達(dá)州 635000)
配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)重要組成部分,由電纜、架空線路以及配電變壓器等多種電氣設(shè)備構(gòu)成,承擔(dān)電能分配的重要職責(zé)。近年來,智能電網(wǎng)高速發(fā)展,對配電網(wǎng)運行安全性與可靠性提出了更高的要求。如何科學(xué)規(guī)劃配電網(wǎng),促進配電網(wǎng)建設(shè)與改造經(jīng)濟效益、社會效益等協(xié)同發(fā)展成為人們關(guān)注的重點問題。智能電網(wǎng)、電力物聯(lián)網(wǎng)以及世界一流等戰(zhàn)略目標(biāo)提出并執(zhí)行以來,配電自動化終端實現(xiàn)了與配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的結(jié)合,保障了配電網(wǎng)的安全和可靠運行。
配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端存在密切關(guān)系,具體表現(xiàn)有以下3點。第一,配電自動化終端的科學(xué)配置與合理運用,完善了配電信息系統(tǒng),能夠?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測配電網(wǎng)設(shè)備運行狀況,準(zhǔn)確識別與判斷配電網(wǎng)故障,從而為配電網(wǎng)設(shè)備安全管控提供依據(jù),保障配電網(wǎng)安全與可靠運行[1]。第二,配電自動化終端的科學(xué)運用,不僅使配電網(wǎng)保護與控制系統(tǒng)具備異常情況分析與故障自動化處理能力,還能夠為用戶提供準(zhǔn)確的配電網(wǎng)電能供應(yīng)信息,從而實現(xiàn)了配電網(wǎng)的主動管控,提升了配電網(wǎng)運行質(zhì)效率和供電企業(yè)供電服務(wù)質(zhì)量。第三,配電自動化終端應(yīng)用后,配電網(wǎng)系統(tǒng)中的元件數(shù)量增多。元件發(fā)生故障時,容易使系統(tǒng)脫離監(jiān)測,降低配電網(wǎng)系統(tǒng)運行可靠性。同時,在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,通信系統(tǒng)容易受多因素干擾,引發(fā)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障。因此,信息安全問題是配電自動化終端配置的重點問題。
隨著智能電網(wǎng)建設(shè)與改造規(guī)模不斷擴大,配電網(wǎng)一二次協(xié)同規(guī)劃已經(jīng)成為必然趨勢。為更好維護與保障配電網(wǎng)安全運行,提升配電網(wǎng)規(guī)劃的綜合效果,應(yīng)加強協(xié)同規(guī)劃方法研究,以更好地指導(dǎo)相關(guān)工作開展,促進智慧基建體系和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的建設(shè)。
配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端協(xié)同規(guī)劃時,需全面了解與掌握配電自動化配置需求,明確配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)建要求。然后,根據(jù)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、配電網(wǎng)供電可靠性要求、配電網(wǎng)負(fù)荷位置、配電自動化終端重要性以及五遙功能需求等指標(biāo),科學(xué)布局配電自動化終端,實現(xiàn)二次配電自動化裝置與配電網(wǎng)保護設(shè)備、控制設(shè)備的互聯(lián)互通,使配電自動化終端信息能夠有效交互。配電自動化終端布局完成后,根據(jù)配電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)構(gòu)建通信體系,并完成配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端的協(xié)調(diào)水平校驗,以獲取高可靠性、高經(jīng)濟性以及高安全性的配電網(wǎng)規(guī)劃方案。
基于如上思路,本文構(gòu)建了一個配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端雙層規(guī)劃模型。上層為配電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃模型,下層是在上層基礎(chǔ)上構(gòu)建的配電自動化終端配置模型。上層以最小化規(guī)劃投資成本(年均值)為目標(biāo)函數(shù),下層以停電損失(年均值)和配電自動化終端投資成本(年均值)為目標(biāo)函數(shù)。上下層相互關(guān)聯(lián),共同決定規(guī)劃方案[2]。
由協(xié)同規(guī)劃思路與框架分析可知,配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)為年最小規(guī)劃投資成本,可表示為:
式中,F(xiàn)1表示配電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)年化投資成本(包括線路投資成本和通信設(shè)備投資成本等);F2表示配電一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)損失成本;F3表示配電網(wǎng)運行維護成本;F4表示配電自動化終端配置模型目標(biāo)函數(shù)。同時,配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)孤島問題,以單聯(lián)絡(luò)接線方式為主,總負(fù)荷需要控制在最大負(fù)荷之內(nèi),線路負(fù)載率不得超過相關(guān)要求。
根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)相關(guān)規(guī)定可知,規(guī)劃配電自動化終端時,應(yīng)以配電網(wǎng)供電可靠性為依據(jù),結(jié)合配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與運行方式,進行二遙終端和三遙終端配置。本文在配置配電自動化終端時,選取分段開關(guān)位置自動化終端為優(yōu)化目標(biāo)。下層規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)為配電自動化終端年化投資成本與停電損失成本,可表示為:
式中,F(xiàn)a表示配電自動化終端年化投資成本;Fb表示自動化終端運行維修成本;Fc表示停電故障損失。配電自動化終端規(guī)劃時,需要考慮可靠性約束。通常,用平均供電可用率評價配電網(wǎng)可靠性。有研究表示,全部配置二遙終端,能夠準(zhǔn)確定位故障區(qū)域,但無法實現(xiàn)故障自動化隔離,因此故障處理時間t1可視為0。在配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分段開關(guān)位置安裝y個二遙終端時,饋線供電可用率為:
式中,t2與t3分別表示人工故障區(qū)域隔離時間與故障修復(fù)時間。如果要求供電可用率超過M,則需要安裝的二遙終端數(shù)量為:
全部配置三遙終端,能夠準(zhǔn)確定位故障區(qū)域并實現(xiàn)故障自動化隔離與處理。因此t2與t3可視為0[3]。假設(shè)用戶在各區(qū)域均勻分布,饋線沿線單位故障率一致,配電網(wǎng)網(wǎng)架中饋線安裝S個配電自動化終端模塊,每個區(qū)域有用戶n/(S+1)個,利用供電可用率可推導(dǎo)出供電可用率超過M時分段開關(guān)位置二遙終端配置個數(shù)為:
建立配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端協(xié)同規(guī)劃評估指標(biāo),對其方法應(yīng)用的有效性評價具有重要影響。指標(biāo)體系構(gòu)建時,需根據(jù)具體情況進行針對性分析。通常,配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端協(xié)同規(guī)劃評價的關(guān)鍵指標(biāo)有供電可靠率、線路故障率以及年均停電時間等。
配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端協(xié)同規(guī)劃時,為提升規(guī)劃協(xié)調(diào)性,應(yīng)遵守設(shè)備通信安全性原則、專用網(wǎng)絡(luò)安全性原則、配電自動化終端配置擴展性原則、配電網(wǎng)設(shè)備一體化監(jiān)管原則以及控制指令安全鑒別原則等[4]。
某10 kV城市配電網(wǎng)所應(yīng)用的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端協(xié)同規(guī)劃方法為本文研究方法,傳統(tǒng)規(guī)劃結(jié)構(gòu)、協(xié)同規(guī)劃結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2所示。配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖中,聯(lián)絡(luò)線路用虛線表示,二遙終端與三遙終端分別用“△”“×”表示。
表1為不同產(chǎn)電比下協(xié)同規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃效益比較。由表1可知,傳統(tǒng)規(guī)劃配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與自動化終端設(shè)備屬于獨立規(guī)劃,以最大化降低一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)成本為目標(biāo),因此傳統(tǒng)規(guī)劃網(wǎng)架投資成本要低于協(xié)同規(guī)劃。但在配電自動化終端設(shè)備配備后,傳統(tǒng)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)綜合費用要高于協(xié)同規(guī)劃,且產(chǎn)電比越高,傳統(tǒng)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)綜合費用越高。與此同時,對于年均停電時間、供電可靠率以及線路故障率等指標(biāo),協(xié)同規(guī)劃均低于傳統(tǒng)規(guī)劃??梢?,協(xié)同規(guī)劃后配電網(wǎng)的運行更加安全和可靠,具有較好綜合效益。
圖1 傳統(tǒng)規(guī)劃后配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)
圖2 協(xié)同規(guī)劃后配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)
表1 不同產(chǎn)電比下協(xié)同規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃效益比較
配電自動化終端應(yīng)用于配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升了配電網(wǎng)運行的安全性和可靠性。配單網(wǎng)一二次協(xié)同規(guī)劃時,本文研究方法能夠滿足配電網(wǎng)工程設(shè)計與建設(shè)的供電可靠性要求。配電網(wǎng)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動化終端協(xié)同規(guī)劃較為復(fù)雜,涉及的內(nèi)容較多,為保證規(guī)劃方法應(yīng)用的科學(xué)與有效,仍需在后續(xù)研究中不斷完善與改進。