基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法及系统与流程

本发明属于智能配电网技术领域，具体涉及一种基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法及系统。

背景技术：

智能配电网的一个重要特征是故障后能够进行主动自愈控制，完成故障隔离与非故障区的供电恢复。分布式馈线自动化，由具备分布式馈线自动化功能的配电终端及相应的通信设备组成，可以不依赖配电主站，通过配电终端间相互通信自动实现馈线的故障定位、隔离和非故障区域恢复供电功能，并将处理过程及结果上报配电自动化主站。分布式馈线自动化是配电网智能化的重要实现手段，是提高供电可靠性的有效途径。当前的分布式馈线自动化，未区分瞬时性故障与永久性故障，对于断路器、负荷开关混联的复杂配电网网架结构适应性差，在多电源转供选择、转供过负荷预判、转供过负荷处理、非故障区域供电恢复等方面没有完善的解决方案。集中式、代理式馈线自动化，在非故障区供电恢复方面虽然较有优势，但存在信息交互量大、涉及通信终端多，故障自愈控制时间长等缺点。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法及系统，具有信息交互量小、涉及通信终端少，故障自愈控制时间短等优点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法，接收配电网中各邻节点发送的节点信息并结合当前节点的节点信息进行处理，再将处理后的节点信息向各邻节点传递；根据各节点间传递的节点信息确定故障区；对故障区进行区域故障隔离，建立故障隔离区；对故障隔离区上游区域恢复供电；对故障隔离区下游区域恢复供电。

进一步地，所述节点信息包含节点的状态信息、节点两侧的电源连接状态、节点两侧的电源的可增载能力、故障隔离区下游区域待转供负荷和在传输路径上经历的站点数。

进一步地，所述对故障区进行区域故障隔离，建立故障隔离区，具体包括：投入瞬时性故障检测，判断故障区是瞬时性故障还是永久性故障；对永久性故障进行区域故障隔离，建立故障隔离区。

进一步地，所述瞬时性故障检测包括：若故障区内保护动作开关为断路器，则由断路器先出口跳闸，然后延时重合，重合成功则为瞬时性故障，故障自愈完成，恢复供电；重合失败，则为永久性故障；若故障区内保护动作开关为负荷开关，则故障区供电回路上的断路器先跳闸，然后延时重合，重合成功则为瞬时性故障，故障自愈完成，恢复供电；重合失败，则为永久性故障。

进一步地，故障区供电回路上的断路器跳闸基于故障区内节点开关将故障信号向其供电电源方向逐级代理传递实现远程跳闸或基于时间极差配合实现跳闸。

进一步地，所述对故障隔离区上游区域恢复供电，具体为：若故障区内保护动作开关为断路器，则故障隔离区上游区域不失电，不用恢复；若故障区内保护动作开关为负荷开关，则将合闸信号沿供电路径向供电电源方向传递，直至分闸断路器，分闸断路器收到合闸信号后合闸，完成故障上游区域供电恢复。

进一步地，所述对故障隔离区下游区域恢复供电，具体为：

确定故障隔离区下游区域的转供路径，即转供电源，也即是确定故障隔离区内与下游区域直接连接的节点的转供电源；

从故障隔离区内与下游区域直接连接的节点，标识为下游区域故障首开关起，向邻节点逐级传递待切除容量pcutt与所选转供电源标识；

每抵达一个节点，若该节点连接所选转供电源，则进行切除容量判断与处理：

pcutr≤0，不进行站点负荷切除；

pcutr＞0，则筛选切除该站点非重要负荷，同时计算向下一邻节点传递的待切除容量pcutt；

pcutt＝pcutr–pscut(1)

其中，pcutr表示该站点接收到的待切除容量，也即是上一邻节点传递的待切除容量pcutt，pscut表示该站点的切除容量；

将待切除容量与转供电源标识等信息继续向邻节点传递；当传递至与所选转供电源连接的联络开关时，再次进行切除容量判断：

1)pcutr≤0，则合闸联络开关完成转供，恢复下游区域供电；

2)pcutr＞0且pcutr≤pscut，则联络站点先切负荷再合闸完成转供，恢复下游区域供电；

3)否则，不允许合闸联络开关，转供失败；

此外，若不允许转供过程中进行切负荷处理，则直接下游区域故障首开关处进行处理，pcutt＞0，则不进行转供，否则，进行转供恢复下游非故障区供电。

下游区域故障首开关传递的待切除容量pcutt，其计算公式如下：

pcutt＝ptra–pcap(2)

其中，ptra表示待转供负荷，即此开关故障前功率，pcap表示所选转供电源可增载容量。

进一步地，所述确定故障隔离区下游区域的转供路径，具体包括：综合考虑下游连接的转供电源状况、转供电源可增载容量、下游区域待转供负荷和设定的电源优先级，选择转供路径；无特定优先级要求时，选择可增载能力最大的转供电源进行转供处理。

一种基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制系统，包括多个智能配电终端设备，每个节点配置一个智能配电终端设备，所述智能配电终端设备实时接收配电网中各邻节点发送的节点信息并结合当前节点的节点信息进行处理，再将处理后的节点信息向各邻节点传递；所述节点信息包含节点的状态信息、节点两侧的电源连接状态、节点两侧的电源的可增载能力、故障隔离区下游区域待转供负荷和在传输路径上经历的站点数；所述智能配电终端设备安装在配电网中各配电站点，相邻所述智能配电终端设备采用goose对等通信方式进行信息交互(也可采用其它快速通信技术，比如无线5g通信及其它通信规约等)，用于完成前述的基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法。

进一步地，所述配电站点包括柱上开关、环网柜、配电站、开闭所和箱变。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明提出的配电网故障自愈控制方法，通过相邻设备间的信息交互，即可实现复杂配电网故障的快速定位隔离与供电恢复，具有信息交互量小、涉及通信终端少，故障自愈控制时间短等优点；

(2)本发明提供的配电网故障自愈控制系统，通过识别开关两侧连接电源，并区分连接电源类型(供电电源、转供电源)，可实现联络开关自动识别、开环与闭环运行方式的自动感知，再结合故障区域内开关电源连接状况、开关负荷状况、转供电源可增载容量等，可实现多电源、不同运行方式下配电网故障的快速自愈控制，同时，可处理瞬时性故障与永久性故障，适用于不同类型开关混联的复杂配电网网架结构。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法的控制流程示意图；

图2是多电源城市配电网网络架构及其运行方式一；

图3是多电源城市配电网网络架构及其运行方式二；

图4是多电源城市配电网网络架构及其运行方式三；

图5是多电源城市配电网网络架构及其运行方式四。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1～图5所示，一种基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法，包括：接收配电网中各邻节点发送的节点信息并结合当前节点的节点信息进行处理，再将处理后的节点信息向各邻节点传递；根据各节点间传递的节点信息确定故障区；投入瞬时性故障检测，判断故障区是瞬时性故障还是永久性故障；对永久性故障进行区域故障隔离，建立故障隔离区；对故障隔离区上游区域恢复供电；对故障隔离区下游区域恢复供电。

配电网中各配电站点(柱上开关、环网柜、配电站、开闭所、箱变等)配置智能配电终端设备，每个开关为一个节点，所述智能配电终端设备实时接收配电网中各邻节点发送的节点信息并结合当前节点的节点信息进行处理，再将处理后的节点信息向各邻节点传递；所述节点信息包含节点的状态信息、节点两侧的电源连接状态、节点两侧的电源的可增载能力、故障隔离区下游区域待转供负荷和在传输路径上经历的站点数。智能配电终端设备实现本文提出的配电网故障自愈控制方法，其控制逻辑如图1所示；相邻终端间进行信息交互，可采用goose对等通信方式也可采用其它快速通信技术，比如无线5g通信及其它通信规约等。

基于邻节点的代理传输机制，即将节点信息向其相邻节点传递，相邻节点结合自身信息(如开关位置状态等)对其接收到的信息进行综合处理，然后将处理后的信息再向其相邻节点传递。终端设备采用此方法进行信息交互与共享，网络中的节点仅需与相邻节点通信，可减轻网络负载，降低通信复杂度。以图2中的s2-k1开关为例，s2-k1开关与s2站内的k2～k6开关交互信息，与相邻的s1-k2开关交互信息。

开关感知两侧电源连接状态：从电源点起，将电源连接状态向邻节点传递，邻节点结合自身的当前开关位置状态等信息对接收信息进行处理，然后再将处理后的信息向其相邻节点传递。传输过程中，可统计传输路径上经历的站点数，利用站点数进行距离的初略估计。针对网络中的任一节点：若电源仅穿越一个分位开关抵达此节点开关，则将该电源定义为此节点开关的联络电源；若电源未穿越分位开关抵达(即传输路径上所有开关为合位)，则将该电源定义为此节点开关的供电电源。由此，网络中任意节点开关都可动态感知其两侧电源连接情况。

开关感知两侧连接电源可增载能力：电源点实时计算当前可增载能力(当前可增载能力＝允许带载容量－当前实际带载；可采用电流或功率进行)，与电源连接状态传递类似，从电源点起，将该电源可增载能力向其邻节点逐级传递。针对网络中的任一节点：若电源可增载能力仅穿越一个分位开关抵达，则对应电源为此节点开关的联络电源，也即获得了此节点开关连接的联络电源可增载能力；若穿越开关都为合位抵达，则此电源为此节点开关供电电源；若穿越2个及以上分位开关时，清零处理。由此，网络中任意节点开关都可动态获知其两侧连接电源的可增载能力，以及两侧连接电源类型(供电电源or联络电源or无)。

联络开关自动识别：

方式1，开关分位，且开关两侧有压；采用此方式，主干线上分段开关两侧需配置pt；

方式2，将电源连接情况向邻节点逐级传递，开关动态感知其两侧电源连接情况；开关分位，且开关两侧连接供电电源。

闭环运行自动识别：开关合位，且开关两侧都连接有供电电源，则此开关处于闭环运行网络中。

故障定位：区域定义，由两两相邻开关作为边界而围成的范围；分支线末端也视为区域。将配电网网络按区域定义进行划分，区域内某节点保护动作(包括相间短路故障、接地故障等)，通过区域内共享的节点信息(邻节点传输获取)进行判断，若为穿越性故障，则该区域为非故障区，否则为故障区。

故障隔离：故障区域内保护动作开关(区域内外侧连接有供电电源的开关)为断路器时，由其先出口跳闸，然后延时重合：重合成功，则为瞬时性故障，故障自愈完成；重合失败，则为永久性故障，启动区域故障隔离，建立故障隔离区。

故障区域内保护动作开关为负荷开关时，其故障供电回路上的断路器先跳闸，然后由其延时重合：重合成功，则为瞬时性故障，故障自愈完成；重合失败，则为永久性故障，启动区域故障隔离，建立故障隔离区。故障供电回路上断路器跳闸可基于故障区域内节点开关将故障信号向其供电电源方向逐级代理传递实现远程跳闸，也可基于时间极差配合实现。

对于闭环运行或分布式电源接入网络，全局假定一个潮流正方向，如图5所示，让故障区内潮流正向断路器跳闸重合(故障区内开关为负荷开关时，由其正向供电路径上的断路器跳闸重合)，然后进行瞬时性故障处理，合闸时进行检同期或检无压操作。

故障区域内节点通过故障计数或失压计数来判断重合是否失败，从而确定是否为永久性故障。(对于开环运行网络，可采用失压计数或故障计数；对于闭环运行、分布式电源接入网络可采用故障计数；设定时间内计数为2，则为永久性故障)

可将瞬时性故障当做永久性故障来处理，确定故障区域后，直接启动区域故障隔离，建立故障隔离区，然后恢复非故障区(故障隔离区上游区域和故障隔离区下游区域)供电。

开关拒动故障隔离失败，则将信号向相邻开关传递，进行扩大故障隔离区处理，邻开关接收到信号后进行分闸操作，若仍拒动，可选择继续向相邻开关传递信号，再次进行扩大故障隔离区处理。

非故障区分类：(本实施例中不考虑开关拒动故障隔离失败的情况，即故障隔离区等效于故障区)故障隔离区内开关外侧与供电电源连通的区域称为此开关的故障隔离区上游区域，即故障上游区域；故障隔离区内开关外侧未与供电电源连通的区域称为此开关的故障隔离区下游区域，即故障下游区域。图2开环运行网络中，f1点故障，s1-k2开关故障上游区域为s1-k2至电源1间的连通区域，s2-k1开关故障下游区域为s2-k1至s4-k1、s8-k2间的连通区域。f3点故障，s2-k3开关故障上游区域为s2-k3至电源1间的连通区域；图3开环运行网络中，f1点故障，s1-k2开关故障下游区域为s1-k2至s1-k1间的连通区域，s2-k1开关故障上游区域为s2-k1至电源3间的连通区域；图4开环运行网络中，f1点故障，s3-k1开关故障上游区域为s3-k1至电源1间的连通区域，s3-k2开关故障下游区域为s3-k2至s4-k2间的连通区域，s3-k5开关故障下游区域为s3-k5至s7-k2间的连通区域；图5闭环运行网络中，f1点故障，s1-k2开关故障上游区域为s1-k2至电源1间的连通区域，s2-k1开关故障上游区域为s2-k1至电源2、电源3间的连通区域。

对故障隔离区上游区域恢复供电：若故障区内保护动作开关为断路器，则故障隔离区上游区域不失电，不用恢复；若故障区内保护动作开关为负荷开关，则上游区域会由于供电回路上的断路器分闸而失电，此时将合闸信号沿供电路径向供电电源方向传递，直至分闸断路器，分闸断路器收到合闸信号后合闸(可检同期)，完成故障上游区域供电恢复。对于图2中，f3点故障，s2-k3开关同时连接有供电电源(电源1)和转供电源(电源2、3)，若s2-k3为负荷开关，故障隔离后，向供电电源(电源1)方向传递合闸信号进行上游断路器合闸操作，完成非故障区供电恢复。

对故障隔离区下游区域恢复供电：

确定故障隔离区下游区域的转供路径(即转供电源)，也即是确定故障隔离区内与下游区域直接连接的节点的转供电源；

从故障隔离区内与下游区域直接连接的节点(标识为下游区域故障首开关)起，向邻节点逐级传递待切除容量pcutt与所选转供电源标识；

每抵达一个节点，若该节点连接所选转供电源，则进行切除容量判断与处理：

pcutr≤0，不进行站点负荷切除；

pcutr＞0，则筛选切除该站点非重要负荷，同时计算向下一邻节点传递的待切除容量pcutt。

pcutt＝pcutr–pscut(1)

其中，pcutr表示该站点接收到的待切除容量(也即是上一邻节点传递的待切除容量pcutt)，pscut表示该站点的切除容量；

将待切除容量与转供电源标识等信息继续向邻节点传递。当传递至与所选转供电源连接的联络开关时，再次进行切除容量判断：

1)pcutr≤0，则合闸联络开关完成转供，恢复下游区域供电；

2)pcutr＞0且pcutr≤pscut(联络站点可切除容量)，则联络站点先切负荷再合闸完成转供，恢复下游区域供电；

3)否则，不允许合闸联络开关，转供失败。

此外，若不允许转供过程中进行切负荷处理，则直接在下游区域故障首开关处进行处理，pcutt＞0，则不进行转供，否则，进行转供恢复下游非故障区供电。

下游区域故障首开关传递的待切除容量pcutt，其计算公式如下：

pcutt＝ptra–pcap(2)

其中，ptra表示待转供负荷(即此开关故障前功率)，pcap表示所选转供电源可增载容量。

在图2运行方式下，若f1点故障，通过s1-k2与s2-k1间的信息交互，可确定此区域为故障区：

(1)s1-k2为断路器，直接出口跳闸，切除故障。若投入瞬时性故障检测，s1-k2断开后重合，瞬时性故障，则重合成功，故障自愈完成；永久性故障，重合失败，进行故障区域隔离，s1-k2重合失败跳闸后，其上游区域不会失电；由于区域永久性故障，s2-k1跳开后，其下游区域失电，启动故障自愈控制；

(2)s1-k2为负荷开关，不能切断故障电流(小电流接地故障，可配置为动作出口，此时处理流程与断路器类似，即将负荷开关视为断路器，当故障电流小于负荷开关切断能力时，可分闸)，等待其上游断路器(如p1)跳闸。若投入瞬时性故障检测，上游断路器重合，瞬时性故障，则重合成功，故障自愈完成。永久性故障，上游断路器重合失败，启动故障区域隔离，s1-k2跳开后，由于上游断路器已断开，其上游区域失电；s2-k1跳开后，其下游区域失电；此时都需进行非故障区恢复供电；

(3)s1-k2上游非故障区域自愈控制：故障区域隔离，s1-k2分闸成功后，向供电电源点方向逐级传递信号，直至上游分位断路器，上游断路器收到信号后合闸，恢复上游区域供电；

(4)s2-k1下游非故障区域自愈控制：s2-k1根据其故障前负荷(即待转供负荷ptra)、下游转供电源连接状况、转供电源可增载能力、电源优先级等进行判断，确定转供路径；其有两个转供电源(电源2、电源3)，假设电源2当前可增载能力最大，可选择转供电源为电源2，计算切除容量；并沿其下游区域传递,中间经历站点s2、s3，每经历一个站点进行切除负荷判断，判断是否需切除站点负荷；抵达s8-k2联络开关时，再次进行切除容量判断，确定是否需切除联络站点负荷，是否能够转供合闸，若满足合闸条件，则合闸完成转供，否则禁止合闸，转供失败；

(5)下游故障区有多个转供电源时，可选择转供能力最大的电源进行转供；同时有多个转供电源可增载容量都大于待转供负荷，也可按指定电源优先级进行转供。

在图3运行方式下，若f1点故障，处理与图2运行方式类似，区别在于故障潮流供电路径方向变化，即s2-k1供电电源为电源3，故障隔离开关分闸后，向供电电源3传递；s1-k2转供电源为电源1，故障隔离开关分闸后，向转供电源1传递。

在图4运行方式下，若f1点故障，处理与图2运行方式类似，故障区域隔离，s3-k5开关分闸后其下游区域与s3-k2开关分闸后其下游区域都要进行转供，s3-k2转供电源为电源3，s3-k5转供电源为电源2。

在图5闭环运行方式下，若f1点故障，处理与图2运行方式类似，主要区别在于瞬时性故障处理。瞬时性故障处理时，故障区内潮流正向断路器跳闸重合(故障区内开关为负荷开关时，由其正向供电路径上的断路器跳闸重合)，然后进行瞬时性故障处理，重合时进行检同期或检无压操作。若故障区域内连接供电电源的开关都为断路器，则故障隔离后，非故障区域不会失电；若为负荷开关，开关分闸隔离故障后，则向故障电源供电方向传递信号，故障供电路径上的分位断路器接收信号进行合闸操作，完成供电恢复。

本实施例提出的配电网故障自愈控制方法，仅通过相邻设备间的信息交互，即可实现复杂配电网故障的快速定位隔离与供电恢复。通过开关两侧连接电源识别，并区分连接电源类型(供电电源、转供电源)，可实现联络开关自动识别、开环与闭环运行方式的自动感知，再结合故障区域内开关电源连接状况、开关负荷状况、转供电源可增载容量等，可实现多电源、不同运行方式下配电网故障的快速自愈控制。同时，可处理瞬时性故障与永久性故障，适用于不同类型开关混联的复杂配电网网架结构。

利用goose对等通信方式进行相邻设备间信息交互(通信延时≤20ms)，若配电网开环运行且将故障统一视为永久性故障处理，假设故障区域内开关到电源点(供电电源或转供电源)经历站点数都≤10，开关分闸时间40ms，合闸时间60ms，则：1)故障区域内开关为断路器时，能在400ms内实现故障自愈(故障隔离时间：故障检测20ms+信息交互20ms+继电器出口20ms+开关分闸40ms＝100ms；故障隔离完成到下游故障区供电恢复时间：信息传递10*20ms+继电器出口20ms+开关合闸60ms＝280ms；总体故障自愈时间：100ms+280ms＝380ms≤400ms)；2)故障区域内开关为负荷开关时，与1)断路器模式相比，仅在故障隔离时，多了等待上游断路器分闸时间，而上下游非故障区域供电恢复时间与1)类似，假设上游断路器在100ms内切除故障，则故障自愈全过程可控制在500ms内。

实施例二：

基于实施例一提出的基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法，本实施例提供一种基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制系统，包括多个智能配电终端设备，所述智能配电终端设备实时接收配电网中各邻节点发送的节点信息并结合当前节点的节点信息进行处理，再将处理后的节点信息向各邻节点传递；所述节点信息包含节点的状态信息、节点两侧的电源连接状态、节点两侧的电源的可增载能力、故障隔离区下游区域待转供负荷和在传输路径上经历的站点数；智能配电终端设备安装在配电网中各配电站点(包括柱上开关、环网柜、配电站、开闭所和箱变等)，相邻智能配电终端设备采用goose对等通信方式进行信息交互，也可采用其它快速通信技术，比如无线5g通信及其它通信规约等，用于完成实施例一的基于分布式的复杂配电网故障快速自愈控制方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。