國網龍巖供電公司 葉 杰 鐘秋添 盧曉明 程華新

電網調控運行人員值班期間在電網監(jiān)控、工作許可、指令下達、廠站及用戶的檢修申請審批和傳達、報表統(tǒng)計、值班日志記錄等重復性工作上耗費超80%的精力，導致其在應對電網緊急故障等突發(fā)事件時無法保持清醒頭腦，反映出現(xiàn)行調控業(yè)務的痛點。因此人工智能、數(shù)據融合、電網自動化等多項技術都已成為電網實現(xiàn)全面感知、全程在線和全要素互聯(lián)的重點攻關領域，電網的安全穩(wěn)定運行和高效事故處理也在其研究范疇。此外，2021年福建省調度控制中心致力于依托人工智能技術，促使電力調度由人工調度逐漸向自動化、智能化調度升級，智能化事故處理是其研究重點之一。

目前國內外對電網停電事故智能處理的研究，仍停留在電網暫態(tài)數(shù)據推理的機器學習階段，與智能替代實用化還有一定距離。事故處理仍然沿用傳統(tǒng)的“調控員人工處置”模式。傳統(tǒng)電網風險管控模式主要為預警發(fā)布、預案編制、預案學習、措施落實和預警解除4個環(huán)節(jié)，單一開關遙控操作需要經下令、復誦、記錄、設備選擇、遙控確認、遙控操作、復令等8個工序，操作至少一分鐘，費時費力且存在誤遙控風險。當前，基于書面預案人工處理區(qū)域變電站全停故障主要存在三方面弊端：一是既定預案靈活性差、覆蓋范圍不完整；二是線下預案內容繁雜、執(zhí)行效果不理想；三是常規(guī)預案過程冗長、操作效率不夠高。

1 秒級復電技術體系架構及技術路線

秒級復電技術體系架構主要分為數(shù)據信息層、物聯(lián)設備層和功能過程層。數(shù)據信息層：底層故障判斷分析服務實現(xiàn)基于Petri網的多源信息故障設備定位及故障后恢復供電的路徑輔助決策功能[1]。秒級復電數(shù)據服務將復電路徑解析為操作序列并提供讀寫操作序列歷史數(shù)據的功能。展示界面實現(xiàn)推送、展示和查詢故障設備定位信息以及輔助決策信息數(shù)據。維護工具編輯和維護Petri網規(guī)則，定義支持的保護信號子類型；物聯(lián)設備層：該技術以電網事故處理全流程智能替代為出發(fā)點，物聯(lián)變電站一、二次設備、EMS系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、保信系統(tǒng)和故障錄波系統(tǒng)等，針對正常、檢修或臨時運行方式開展電網事故處理智能替代研究。

功能過程層：故障定位即根據開關變位信息、設備保護信號、遙測變化數(shù)據等判斷源頭失壓站和被迫失壓站，生成失壓站和負荷損失報表；故障分析時把拓撲分析后的節(jié)點支路模型轉換為“圖”，使用廣度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索算法找到所有可能的恢復供電路徑[2]；預案生成界面包含經過送電自檢和路徑轉換得到的事故預案列表、待復壓設備列表、轉供線路列表和待自動遙控操作設備列表；程序控制起動后，系統(tǒng)在無異常和人工干預的情況下順序操作預案界面待自動遙控操作的設備。

圖1 秒級復電技術線路

2 基于秒級復電技術的主網快速自愈系統(tǒng)功能模塊

2.1 故障定位

根據事故暫態(tài)過程告警、錄波、開關變位信息、設備保護信號、遙測變化數(shù)據等信息，開展故障定位智能替代研究，確定源頭失壓站和被迫失壓站，如圖2和公式1～2所示：

圖2 源頭失壓站和被迫失壓站判別邏輯

式中：Y1、Y2、Y3為源頭失壓站三個判斷環(huán)節(jié)，滿足條件則Y=1，判為源頭失壓站（否則Y=0）；PY為判斷條件集合，a為必要條件，其中a1為保護動作信號（關鍵字庫：差動、高頻、距離、零序、母差、瓦斯、過流、電流、間隙、后加速、縱差等），a2為開關合轉分變位信號，B為母聯(lián)（分）或進線備自投動作信號（偶發(fā)條件，開關未變位），C為重合閘后加速動作信號（偶發(fā)條件，開關合轉分、分轉合、合轉分）；?t為判斷時延；?UX為母線電壓，UX0為母線額定電壓值，?UL為母線線電壓。

式中：B1和B2為被迫失壓站兩個個判斷環(huán)節(jié)，滿足條件則B=1，判為被迫失壓站（否則B=0）；PB0為基本判斷條件，根據源頭失壓站拓撲關聯(lián)相關線路；PB為判斷條件集合，其中d為母線事故前有壓、事故后無流無壓狀態(tài)改變（必要條件：-20～10秒），e為線路事故前有潮流、事故后無流狀態(tài)改變（必要條件：-20～10秒）。

2.2 故障分析

故障分析主要任務是檢索轉電路徑并進行安全檢索，控制路徑中主變、線路不過載，并選取最優(yōu)復電路徑，完成送電自檢：轉電路徑檢索。首先確定送電電源，再以潮流框圖連接線為路徑，開展逐級延伸檢索至220kV主變中壓側的路徑檢索，生成若干條復電路徑；轉電路徑安全檢索。滿足4個條件：路徑中主變、線路不過載，路徑變電站所有設備在熱備用狀態(tài)，路徑接地刀閘均在斷開位置（且無檢修牌），路徑一二次設備無異常信號。其中，為確保路徑中主變、線路不過載，需滿足以下條件：PT≤0.8PTmax、PL≤PLmax、Pn+Pm≤0.7PY，式中：PT為路徑中變壓器實時負荷，PTmax為其額定值；PL為路徑中線路實時電流值，PLmax為相應線路在溫度k下的載流量限值；Pn為失壓負荷，Pm為實時路徑各節(jié)點負荷，pY為設備允許功率限值。

按照過載和不過載兩種情形處置，其中負荷按梯級計算方法，從電源側開始逐級遞減。首先根據主變負荷監(jiān)視表和設備長期、短期允許載流量表監(jiān)視主變負荷和設備載流量，若發(fā)生過載，首先按超供電能力序位表決定不送電線路，仍然過載再根據重要用戶清單和低周減載序位表采用低周按輪次決定不復電線路，如公式PJ≥PZ，式中：PC為超供電能力限電目標值，PX為實際限電總量PXd為第d個限電目標限電值，D為滿足限電總量的最后一個限電對象序號；PZ為低周減載目標值，PJ為實際減載總量，PJe為第e個減載目標限電值，E為滿足減載總量的最后一個減載對象序號。

最優(yōu)路徑選擇應滿足4個條件：整體潮流最?。凰碗娐窂阶疃?；操作開關最少；電壓質量合格。依據上述原則并根據公式3選取最優(yōu)路徑.式中：Ochoose為選取的路徑編號，H為生成路徑總數(shù)；Oi為路徑選擇因子，r1～r4分別為路徑i長度Llengthi、整體潮流Pflowi、電壓偏差?Ui和開關操作總數(shù)Cti的權值。

送電自檢。送電路徑的安全自檢應遵循“六個防止”原則：防止非同期；防止操作過電壓；防止主設備二次故障沖擊；防止進取故障沖擊；防止帶地線送電；防止遙控通道異常。

2.3 預案生成

結合前述故障分析結果，由開關變位信號、設備保護信號、遙測變化數(shù)據等，共同構成程序啟動的輸入源。當輸入源發(fā)生時觸發(fā)啟動推理過程，根據預先設定的專家知識庫判斷、分析得到故障的設備，使用廣度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索，以系統(tǒng)中的所有熱備用開關為可選動作開關，找到所有可能的恢復供電路徑。針對所有可能的供電路徑分別進行轉供容量、開關操作次數(shù)、網損、甩負荷等校驗，同時比較失壓前電網運行方式，分析得出最優(yōu)送電路徑方案，并由秒級復電數(shù)據服務解析并生成遙控序列。

實時預案界面主要包含4個模塊：事故預案列表。只有一起故障時直接顯示當前故障的事故預案，若同一時段有多起故障，通過雙擊對應事故預案名稱進入相應的待復壓設備列表、轉供線路列表和待自動遙控操作設備列表；待復壓設備列表。即根據預案需恢復供電的失壓設備列表；轉供線路列表。展示復電路徑經過的線路名稱；待自動遙控操作設備列表。根據轉供路徑，自動檢索需要操作的設備序列，按照既定事故處理邏輯順序排列，即生成待自動遙控操作設備列表。

2.4 程序執(zhí)行

秒級復電程序自動解析調度處置流程規(guī)定，編譯事故處置算法，運用程序控制技術實現(xiàn)故障后預案線上無縫銜接執(zhí)行與控制，單擊“一鍵執(zhí)行”按鈕后程序操作順序執(zhí)行（圖3）。具體執(zhí)行步驟如下：斷開源失壓站和失壓站所有電源出線開關和中性點不接地變各側開關，默認開關1在合位，否則先用開關1對線路充電運行；斷開開關4；開關2投檢同期；合上開關2；開關1投檢無壓；開關3投檢無壓；開關4投檢同期；合上開關4。單站按上述步驟串行操作，不同站采用并行操作。

圖3 秒級復電程序操作步驟

3 秒級復電技術應用成效

3.1 案例分析

抽取4起典型秒級復電技術成功處置變電站事故全停事件，均能在1分鐘內自動完成對失壓變電站的復電操作，以小池變失壓為例，采用秒級復電程序進行建壓操作過程中共遙控7個開關和1個測控檢無壓壓板、總用時24秒，單次遙控平均用時僅3秒。通過查閱調控運行值班日志可知，2017年7月14日小池變全站失壓事故的復電用時為10分鐘，效率顯著提升。

以和平變110kVⅠ段母線失壓事故處置為例，細分化分析各處置環(huán)節(jié)用時，并將其與秒級復電技術應用前各環(huán)節(jié)耗時（單位s）對比可知，人工進行故障定位時調閱EMS故障信號耗時120秒，調圖判斷失壓范圍耗時60秒，討論故障原因和處置方案總耗時240秒，該復電路徑需人工操作10個開關，至少用時600秒，總耗時1020秒；運用秒級復電技術后，故障定位、故障分析和實時方案自動生成都能在3秒內完成，點擊“一鍵執(zhí)行”按鈕后只需要27秒就能完成所有復電操作，停電總時長相比人工處置縮短984秒，效率提升96.47%，按事故前負荷14MW計算，共增供電量3.83萬度。

以上秒級復電案例累計增供電量10.30萬度，假設每度電均價0.5元、每度電GDP貢獻值18.55元，増供電量為企業(yè)增收5.15萬元、GDP總貢獻值達203萬元，全面推廣后每年創(chuàng)造的價值可達千萬級。

3 結語

本文所述基于秒級復電技術的主網快速自愈系統(tǒng)進一步提升電網調度自動化、智能化水準，極大提升事故處理效率，降低誤操作風險，產生的増供電量創(chuàng)造出更大的社會價值。該技術的先進性可歸納為4個方面：實現(xiàn)電網事故處置預案在線化管控，并輔以程序控制策略實現(xiàn)快速復電的目標，是目前國內首次應用；該技術屬國內首創(chuàng)運用圖論算法編譯電網事故處理預案，確保預案不遺漏、不疏忽，安全邊界控制更全面；該技術是物聯(lián)技術在電網事故處置的首例實用化案例；技術實現(xiàn)事故處理復電“快、準、穩(wěn)的批量操作，向全面實現(xiàn)電網調控運行自動化、智能化和信息化水準邁出一大步。