郭大鑫

（廣東電網(wǎng)公司汕頭潮陽(yáng)供電局和平供電所）

0 引言

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電力傳輸中發(fā)揮重要作用[1-2]。同時(shí)，由于配電網(wǎng)存在運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、線路多、架構(gòu)不合理、設(shè)備陳舊等問(wèn)題，是整個(gè)電力系統(tǒng)中可靠性最差的環(huán)節(jié)[3]。對(duì)配電網(wǎng)展開(kāi)配電自動(dòng)化升級(jí)改造是提高其可靠性、安全性、穩(wěn)定性的重要手段；另一方面，更多的負(fù)荷和新設(shè)備不斷接入到配電網(wǎng)，也給配電網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)[4-5]。因此，必須對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)模式進(jìn)行變革，為用戶提供高質(zhì)量的電力供應(yīng)[6]。

1 配電自動(dòng)化技術(shù)

1.1 配電自動(dòng)化概念

配電自動(dòng)化是指利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等對(duì)配電網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行智能化管理，自動(dòng)完成配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、采集、分析、存儲(chǔ)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令控制配電網(wǎng)中的執(zhí)行部件，完成故障隔離、線路轉(zhuǎn)換等操作，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖所示[7-8]。

圖 配電自動(dòng)化系統(tǒng)層級(jí)結(jié)構(gòu)

1.2 配電自動(dòng)化功能

配電自動(dòng)化從功能上描述來(lái)看，可以分為如下幾個(gè)方面。

1）配電網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集功能：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將配電自動(dòng)化設(shè)備采集到的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)[9]，設(shè)備狀態(tài)、故障狀態(tài)，以及對(duì)配電自動(dòng)化設(shè)備的控制指令等上傳到控制中心，由控制中心完成數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲(chǔ)，將最終結(jié)果顯示在上位機(jī)界面上[10]。配電自動(dòng)化系統(tǒng)與能量關(guān)系系統(tǒng)和負(fù)荷管理系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

2）配電網(wǎng)故障診斷、配電網(wǎng)重構(gòu)功能：實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)化處理，先通過(guò)配電自動(dòng)化主站和線路保護(hù)裝置進(jìn)行故障診斷，再通過(guò)線路分段和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)將故障區(qū)段與非故障區(qū)段隔離開(kāi)，保證非故障區(qū)段不受影響，然后完成負(fù)荷轉(zhuǎn)移和配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)[11]。

3）配電網(wǎng)電壓管理功能：電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)電壓狀態(tài)，通過(guò)電容器的投切和變壓器調(diào)壓線圈的調(diào)節(jié)配合完成電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定控制[12]。

4）配電網(wǎng)工作管理功能：配電網(wǎng)中設(shè)備數(shù)量和種類繁多，不便進(jìn)行人工管理。通過(guò)該項(xiàng)功能，能夠在一定的輸入條件下，自動(dòng)輸出設(shè)備屬性、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等信息報(bào)表。

5）配電網(wǎng)停電管理功能：能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)停電數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、合理的統(tǒng)計(jì)，直接生成數(shù)據(jù)報(bào)表與相關(guān)系統(tǒng)對(duì)接，并及時(shí)將停電信息告知用戶，提高供電服務(wù)質(zhì)量。

1.3 配電自動(dòng)化主站

配電自動(dòng)化主站是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)供電區(qū)域內(nèi)全部變電站的監(jiān)測(cè)和控制，其主要功能包括：

1）平臺(tái)服務(wù)：配電自動(dòng)化主站為配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的各個(gè)應(yīng)用提供一個(gè)統(tǒng)一化的平臺(tái)，各個(gè)應(yīng)用全部接入到這個(gè)平臺(tái)中，在這個(gè)平臺(tái)上互相配合完成各自的功能。

2）SCADA功能：配電自動(dòng)化主站能夠?qū)崟r(shí)采集配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、檔位等模擬量，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)字量，并且對(duì)采集到的模擬量和數(shù)字量進(jìn)行處理，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。

3）信息發(fā)布功能：配電自動(dòng)化主站會(huì)配置Web服務(wù)器，能夠?qū)CADA數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布，并且能夠?qū)?shù)據(jù)報(bào)表提供給運(yùn)維人員。

4）故障診斷：能夠?qū)ε潆娮詣?dòng)化從站或配電終端傳來(lái)的故障信息進(jìn)行診斷，完成故障區(qū)段的隔離，然后自主完成故障恢復(fù)，最大程度上縮短停電時(shí)間。

2 配電網(wǎng)一體化運(yùn)維模式

配電網(wǎng)一體化運(yùn)維模式下，運(yùn)維設(shè)備共分為兩層，即控制中心和運(yùn)維操作站，一個(gè)配電網(wǎng)配置有一個(gè)控制中心，運(yùn)維操作站的數(shù)量根據(jù)變電站的數(shù)量來(lái)配置?？刂浦行暮瓦\(yùn)維操作站都采用全天候無(wú)人值守模式，控制中心負(fù)責(zé)完成電網(wǎng)調(diào)度，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，以及其他一些遠(yuǎn)程操作任務(wù)；運(yùn)維操作站接收來(lái)自控制中心的指令，直接執(zhí)行設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)操作，變電站的日常巡檢和維護(hù)工作，一般情況下，一個(gè)運(yùn)維操作站可以承擔(dān)多個(gè)變電站的運(yùn)維任務(wù)。

配電網(wǎng)運(yùn)維一體化模式下，控制中心能夠?qū)崟r(shí)采集配電網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)信息，并且能夠直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，具有很強(qiáng)的操控能力。一體化運(yùn)維模式的架構(gòu)簡(jiǎn)單，信息傳輸便捷，提高了故障反應(yīng)速度；管理流程便捷，優(yōu)化了人力資源的配置。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，僅僅需要增加運(yùn)維操作站數(shù)量即可，不需要額外增加運(yùn)維人員。

配電網(wǎng)運(yùn)維一體化模式下，一個(gè)運(yùn)維操作站需要負(fù)責(zé)多個(gè)變電站的運(yùn)維，運(yùn)維操作站的選址直接關(guān)系到故障處理的效率。另外，原有的電能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)都是獨(dú)立開(kāi)發(fā)的，控制中心需要重新進(jìn)行功能整合，在多種系統(tǒng)的配合下，完成一體化運(yùn)維。

3 一體化運(yùn)維操作站選址方法

3.1 選址求解算法

一體化運(yùn)維操作站的選址可以在配電網(wǎng)供電區(qū)域內(nèi)的任意一點(diǎn)。

進(jìn)行選址前，假設(shè)一體化運(yùn)維操作站的當(dāng)前位置為（M,N）∈R×R，則要保證實(shí)際需求位置到一體化運(yùn)維操作站當(dāng)前位置（αk,βk）（k∈K）的加權(quán)距離λk Lk（m , n）的和為最小，則數(shù)學(xué)模型可以表示為：

式中，K為需求節(jié)點(diǎn)的集合；為與節(jié)點(diǎn)k相關(guān)距離的權(quán)重參數(shù)，非加權(quán)距離為：

采用遺傳算法來(lái)對(duì)尋址問(wèn)題進(jìn)行求解，遺傳算法是一種源自于生物進(jìn)化論的隨機(jī)搜索方法，對(duì)于多目標(biāo)、非線性問(wèn)題求解效果良好。遺傳算法的實(shí)現(xiàn)原理是：首先構(gòu)造一個(gè)包含有若干個(gè)體的初始種群，種群中的每一個(gè)個(gè)體都需要進(jìn)行編碼，并且需要根據(jù)實(shí)際問(wèn)題確定匹配度函數(shù)用來(lái)對(duì)個(gè)體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)；在進(jìn)行運(yùn)算的時(shí)候，需要依據(jù)匹配度函數(shù)評(píng)價(jià)個(gè)體的狀態(tài)，優(yōu)勝劣汰，保留匹配度高的個(gè)體，并通過(guò)遺傳產(chǎn)生下一代個(gè)體，這樣逐代遺傳下去，個(gè)體匹配度越來(lái)越高，越來(lái)越接近最優(yōu)解，直到滿足終止條件，完成最優(yōu)解的尋解。

遺傳算法的基本步驟：

1）種群個(gè)體編碼：采用二進(jìn)制型式對(duì)與尋址問(wèn)題相關(guān)的種群特征進(jìn)行編碼；

2）初始種群生成：普遍情況下通過(guò)隨機(jī)方式生成；

3）匹配度函數(shù)確定：對(duì)當(dāng)前種群Q中的個(gè)體qi，確定其匹配度函數(shù)f(qi)；

4）選擇計(jì)算：通過(guò)選擇算子產(chǎn)生過(guò)渡遺傳種群Qj；

5）產(chǎn)生遺傳下一代：對(duì)于上一個(gè)步驟產(chǎn)生的過(guò)渡遺傳種群Qj，通過(guò)交叉算子和變異算子的作用產(chǎn)生下一代種群Qj+1；

6）進(jìn)行條件判斷，如果滿足終止條件則完成運(yùn)算，如果不滿終止條件則返回到步驟3繼續(xù)執(zhí)行運(yùn)算。

3.2 選址模型

理論情況下，一體化運(yùn)維操作站的選址可以在配電網(wǎng)供電區(qū)域內(nèi)的任意一點(diǎn)。但是在配電網(wǎng)一體化運(yùn)維改造中，運(yùn)維操作站通常都會(huì)配置在原址或者變電站內(nèi)部。對(duì)于該問(wèn)題構(gòu)建通用數(shù)學(xué)模型。

目標(biāo)函數(shù)：保證實(shí)際需求位置到一體化運(yùn)維操作站當(dāng)前位置的加權(quán)距離最小，則：

約束條件：

式中，K為配電網(wǎng)供電區(qū)域內(nèi)變電站的數(shù)量；I為運(yùn)維操作站的被選址數(shù)量；λkLki為變電站k與運(yùn)維操作站i之間的加權(quán)參數(shù)距離；ρki為路徑曲折參數(shù)；σmax和σmin為每個(gè)運(yùn)維操作站所負(fù)責(zé)運(yùn)維的變電站數(shù)目的上下限；mki表示變電站k與運(yùn)維操作站i之間運(yùn)維情況（取值為1的情況下進(jìn)行運(yùn)維，取值為0的情況下不進(jìn)行運(yùn)維）；σ為運(yùn)維操作站的數(shù)量；ni表示變電站i的候選情況（取值為1的情況下被選作，取值為0的情況下不被選作）。約束條件①中保證了每個(gè)變電站都要配置運(yùn)維操作站，約束條件②中保證了每個(gè)運(yùn)維操作站負(fù)責(zé)的變電站數(shù)量是受限的，約束條件③保證了只能是運(yùn)維操作站負(fù)責(zé)運(yùn)維變電站，約束條件④則限定了運(yùn)維操作站的數(shù)量。

4 實(shí)例分析

選取某省某市的市中心區(qū)域配電網(wǎng)進(jìn)行研究，將原有的配電網(wǎng)運(yùn)維方案按照本文所提出的策略進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，得到新的配電網(wǎng)接入信息，如下表所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

一體化運(yùn)維是電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的必然趨勢(shì)，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運(yùn)維模式已經(jīng)不能夠與配電網(wǎng)的發(fā)展相匹配。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電力供應(yīng)中發(fā)揮重要作用，因此構(gòu)建配電網(wǎng)一體化運(yùn)維是保證配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的必然要求。在構(gòu)建智能電網(wǎng)的大背景下，配電網(wǎng)也必須要逐步推進(jìn)一體化運(yùn)維。

本文從配電自動(dòng)化的概念入手，詳細(xì)論述配電自動(dòng)化的技術(shù)架構(gòu)以及所需要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)基本功能，配電自動(dòng)化主站作為配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，在配電網(wǎng)一體化運(yùn)維中承擔(dān)了重要的作用，并且專門針對(duì)運(yùn)行維護(hù)操作站的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，通過(guò)遺傳算法進(jìn)行選址運(yùn)算，給出運(yùn)行維護(hù)操作站的選址模型。根據(jù)本文所給出的方案對(duì)某城市中心區(qū)的配電網(wǎng)一體化運(yùn)維方案進(jìn)行研究，給出配電自動(dòng)化信息接入表。經(jīng)過(guò)本文的研究，基于智能控制的配電網(wǎng)一體化運(yùn)維對(duì)于配電網(wǎng)的高效運(yùn)行具有重要意義。

表 配電自動(dòng)化接入信息表