基于供电可靠性的配电网馈线自动化配置改造

引言

馈线自动化(FeederAutomation,FA）是实现配电网自动化的基础与关键。近几年,许多网省电力公司开展了配电网馈线自动化建设工程,虽然取得了部分成果,但经济效益并不理想。馈线自动化应按照实施区域的实际情况,合理选择不同的馈线自动化配置方式,不仅可以满足地区需求,同时还能兼顾电网建设的经济性。

1馈线自动化基本理论

馈线自动化主要指变电站出线到用户用电设备间的馈电线路自动化,是提升供电可靠性的重要手段。实现馈线自动化的意义在于降低故障发生率,缩短故障恢复时间,提高电能质量。馈线自动化系统通常是整个配电自动化系统的子系统,同时也能作为一个独立的子系统存在,其主要功能可分为4个方面:(1）对运行状态进行监测:(2）对线路故障进行定位、隔离以及自动恢复供电:(3）对数据进行采集、处理及统计分析:(4）实现线路中无功补偿电容器组的自动投切控制。馈线自动化的实现可以分为集中型和就地型两种,其中集中型又分为全自动与半自动两种,需要大量投资,适用于负荷稳定区域:就地型又分为重合型和智能分布两种,与集中型相比,其投资量小,主要适用于城镇等配电线路中。

供电分区:在配电自动化差异配置中,供电分区是一个重要的前提保障,其作用在于能够最大程度缩小停电范围及缩短故障处理时间,同时还可根据不同地区需求,选择不同的故障处理方法。根据我国制定的相关标准,将供电区域划分为6类,这6类供电区域的可靠性目标都不得低于相应社会承诺指标。

可靠性:可靠性衡量指标一般采取平均供电可用度时间(AsAI）公式来计算:

配电网可靠性水平是根据停电次数、停电时间、停电用户数来体现的,因此若想要提升配电网可靠性水平,则需要努力降低以上因素的影响。

经济性:10kV馈线自动化设备分为4种,分别为重合器式(H）、半自动式(J）、全自动式(K）、智能分布式(I）。重合器式的投资成本主要有重合器、分段器两部分,无需主站控制:半自动式的投资成本主要为配电系统主站、后台分析软件等:全自动式对于配电网通信依赖性较强,投资成本主要为配电系统主站、通信网络、断路器:智能分布式通过安装在断路器和FTU的对等式通信网络,收集故障信息,完成故障隔离,投资成本主要为断路器和FTU。10kV配电网馈线自动化设备总投资计算公式如下:

2优化配置方式

2.1目标函数

综合考虑10kV配电网不同影响因素,以单位投资缩减停电时间s为目标函数的参数指标,将总投资成本设置为Y,供

电区域目标可靠性平均供电可用度时间为ASAs,公式如下:

2.2不等式约束

节点电压上限为Vmax,节点电压下限为Vmin,节点电压为Vi,st,电压约束公式如下:

2.3等式约束

Pi代表节点有功功率,Oi代表节点无功功率,PG,j代表有功功率输入,OG,j代表无功功率输入,PD,k代表有功功率负荷,OD,k代表无功功率负荷,其潮流约束公式如下:

2.4计算步骤

10kl馈线自动化配置优化不仅需要满足区域供电可靠性要求,还需要考虑实际经济效益。首先明确区域,调研收资,对配电网进行可靠性及经济性分析,对供电分区设置可靠性目标,确定单位投资减少停电时间:其次按照目标函数以及等式约束和不等式约束计算,对4种馈线自动化方式进行差异化配置:最后对方案的可靠性予以评估,若达到可靠性设定目标,则配置方案生成。此外,值得注意的是,有部分国家在综合考虑投资风险因素后,一般会将可靠性指标作为其他确定因素的补充,设置平衡点,在该平衡点让投资成本和未供电成本之和最小。不过就我国现阶段来说,并没有考虑投资风险,只是通过单位投资缩减停电时间,来降低投资风险。

3案例分析

3.1基本概况

某示范区配电自动化工程基本情况:区域面积为23km2,10kl配电站1120座,馈线145条,电缆长度685.23km,电缆化率为95.6o%,供电可靠率为99.96o%。其结构示意图如图1所示。

3.2差异化配置

将该区域供电可靠率提高至99.999%是本次馈线自动化优化目标,在此基础上,综合考虑该区域实际情况,选择集中型馈线自动化方式。首先配置配电自动化主站,对配电线路、站点进行设备优化:其次进行配电自动化改造,对0.4kl侧进行智能改造:最后将配用电通信网建设与配用点信息整合。因为该区域主要为地下电缆供电,因此在优化过程中并未考虑重合器方式。以单位投资停电时间最大为改造对象,对该区域所有馈线进行计算,得出如表1所示的配置结论,总投资35000万元,减少停电时间投资为0.41h/亿元。

3.3全自动式配置

在可靠性目标基础上,根据上述优化步骤,对该区域o45条馈线均采取全自动式改造,结果表明,总投资共计80000万元,减少停电时间投资平均为0.48h/亿元。

4结语

随着我国经济快速发展,人们对电力的需求量越来越大,在配电网中馈线自动化技术是保障供电可靠性的重要手段,相应的投资也是巨大的。因此,馈线自动化改造在满足可靠性前提下,能够确保其经济效益具有重要意义。目前,国家电网公司的配电自动化建设已经逐渐覆盖全国,特别是以城市核心区域的优化改造,在配电自动化全面实施期间,可以按照当地实际情况,将减少停电时间投资作为项目规划因素,运用科学的优化方法,达到可靠性与经济性统一的最终目的。本文结合案例分析,验证了o0kl配电网馈线自动化改造差异化配置的可行性。馈线自动化改造工程投入资金越大,其供电可靠性越高。但是,当可靠性达到一定程度时,其投资敏感性会变小,我国配电网建设应该同时考虑多方面因素,尽最大程度减少资金浪费,达到利益最大化。