配电网供电优化恢复策略

文/张衡

1 配电网的特点及供电恢复的目的

1.1 配电网的特点

配电网是电力网中不可或缺的重要组成部分之一，主要承担着电能分配的任务。由发电厂生产出来的电能会传给配电网，通过配电网中的相关设施，可对这部分电能进行就地分配，或是按照电压等级进行逐级分配，供给各类电力用户。我国的配电网基本上采用的都是闭环设计，开环运行的模式，其结构呈辐射状。配电网具有如下特点：电压等级多、设备类型多、结构复杂、作业面广、安全环境较差等等。正因如此，使得配电网的故障发生率相对较高。大体上可将配电网的故障分为以下两种类型：一种是瞬时故障，另一种是永久故障，配电网在正常运行时，如果出现瞬时故障，那么线路中的自动重合闸装置会自行启动，完成对故障的处理。由于自动重合闸无法消除永久故障，所以当配电网出现永久故障时，需要根据故障情况，采取相应的措施进行解决处理，从而使配电网在最短的时间内恢复正常供电。

1.2 供电恢复的目的

配电网中的永久故障必须及时进行处理，否则会对配电网的安全、稳定运行造成影响。因此，当检测系统发现配电网中出现永久故障后，需要对故障区段进行快速、准确定位，并将故障附近的开关关闭，将故障区段从配电线路中隔离出去，随后对开关关断引起的非故障停电区域进行搜索，依据失电区域最小、网络结构参数最优的原则，找出开关动作方案，据此完成供电恢复，确保非故障区域的供电可靠性。对于配电网而言，重构是提高供电可靠性、降低线路损耗、改善供电质量的有效技术措施之一，可将重构分为两种情况，一种是优化重构，另一种是恢复重构，前者是优化网架结构，提高配电网的运行可靠性，后者则是通过网络重构的方法，获得配电网故障后，非故障失电区域的供电恢复方案。在配电网中通常会设置支路分段和联络开关，一旦配电网发生故障，通过对以上两个开关的关断，可以使网络结构发生改变，从而快速将故障点从配电线路中隔离出去，达到恢复非故障区域供电的目的，确保配电网作用的发挥。

2 配电网供电优化恢复策略

在整个电力网中，配电网的作用和重要性不言而喻，其运行稳定与否直接关系到供电可靠性。然而，由于受到人为因素和自然灾害的影响，使得配电网故障率呈现出上升的趋势，给电力企业带来巨大的损失，随着供电可靠性的降低，电力用户的正常用电也随之受到影响。同时，配电网中大量分布式电源的接入，使供电恢复难度进一步增大，为提高配电网的运行稳定性，必须采取合理可行的供电恢复策略，在供电恢复策略制定的过程中，应当对分布式电源的影响进行充分考虑。

图1：配电网中骨干通道的恢复流程示意图

2.1 分布式电源对配电网供电恢复的影响

分布式电源简称DG，是一种与环境兼容性非常高的独立式电源，能够为负荷进行可靠供电，安装地点多为用户侧，输出功率在50MW以下。当DG接入主网后，可与主网一起为电力用户提供所需的电能。配电网发生故障后，在供电恢复的过程中，由于DG的接入，会对供电恢复产生一些影响，具体体现在如下几个方面：

（1）随着DG的接入，配电网的结构随之变得复杂化，潮流方向也发生改变，在这一前提下，使配电网故障的约束条件出现变化。

（2）在对配电网供电恢复模型进行构建的过程中，需要综合考虑DG的具体类型、容量大小以及接入的位置等情况，并且还要考虑DG自身缺陷对供电恢复的影响，如发电间歇性对供电恢复的影响，发电波动性对供电恢复的影响等。

（3）DG能够对电压及频率进行调节，当DG接入配电网后，以并网的方式运行时，会呈现出孤岛运行的状态。因此，在配电网出现故障问题后，通过对DG的利用，可以形成孤岛，借此为停电负荷进行供电，能够达到降低故障停电损失的目的。

2.2 构建供电恢复优化模型

2.2.1 划分恢复阶段

配电网是电力网中的一个系统，如果配电系统出现故障，会对整个电网的运行造成不利影响，所以快速排除故障，使供电恢复正常显得尤为重要。对于配电网而言，供电恢复实质上是一个优化问题，前提是满足相关的约束条件，据此对目标函数进行实时优化。当配电网中的某条线路发生故障后，通过故障定位的方法，能够对故障点进行快速准确定位，并将故障点从线路中有效隔离出去，然后进行第一阶段的供电恢复，即以确保线路中重要负荷的供电可靠性为前提条件，对重要负荷进行供电恢复，随后进行第二阶段的供电恢复，即对重要负荷以外的其余负荷进行供电恢复。

（1）第一阶段的供电恢复策略。在第一阶段，需要对重要负荷进行供电恢复，即对配电网中的骨干通道进行恢复。在该阶段，可以借助广度优先算法，对接入配电网中具有黑启动能力的分布式分电源进行搜索，并以此为重要负荷进行供电。若是配电网中并未接入分布式电源，或是通过分布式电源无法实现重要负荷供电，则可借助馈线的转供能力，为重要负荷进行供电。

（2）第二阶段的供电恢复策略。当配电网中的重要负荷恢复供电之后，需要对其余的负荷进行供电恢复，在该阶段，可借助相关算法找出配电网拓扑结构中，能够进行自动闭合的联络开关和分段开关，尽可能多地恢复剩余负荷的供电，从而最大限度降低配电网的功率损失。

2.2.2 供电恢复模型

根据上文分析可知，对于配电网故障的供电恢复问题，需要重点考虑的目标函数有三个，即重要负荷的优先恢复、剩余负荷的快速恢复以及降低配电网的功率损失。与这三个目标函数相关的数学模型如下：

（1）重要负荷优先恢复的数学模型如下：

在上式当中，C1和C2代表配电网中故障引起断电区域内重要负荷的节点集合；Li和Lj代表两个节点的负荷量。

（2）剩余负荷恢复的数学模型如下：

在上式当中，N1和N2代表配电网故障引起失电区域的集合；Si和Sj代表两个节点对应的电荷状态（在带电的前提条件下，取值为0；在不带电的情况下，取值为1）。

（3）降低配电网功率损失的数学模型如下：

在上式当中，n代表配电网故障后系统中闭合的支路数量；k代表支路的编号；Ik代表从支路k中流过的总电流；Rk代表支路k的电阻。

最终形成的配电网供电恢复优化方案，需要满足如下约束条件：

（1）不含分布式电源的辐射状网络约束；

（2）线路容量约束；

（3）节点电压约束。

2.3 供电恢复优化策略的实现

2.3.1 骨干通道供电恢复策略的实现

目前，国内大部分配电网采用的都是辐射状网络或是树状网络，由于广度优先算法能够对树状图进行遍历，整个过程不但全面而且准确。所以，在配电网供电恢复优化策略的实现中，可以采用广度优先算法，借此来搜索配电网故障后引起的停电区域、重要负荷及其附近具有黑启动能力的分布式电源和与该电源相连接的馈线余量。据此，对配电网中重要的电力用户进行快速供电恢复。具体的恢复流程如图1所示。

由于广度优先算法能够对配电网中故障点至网络中所有节点进行全面遍历，进而搜索到其中重要的负荷节点，所以能够使整个分析过程得以简化。不仅如此，还能计算出潮流节点的分布顺序，这样可以使骨干通道恢复的时效性得到保障。

2.3.2 剩余负荷供电恢复策略的实现

当骨干通道恢复之后，便需要对配电网中剩余负荷的供电进行恢复，此时可以先更新网络拓扑结构，并对负荷量进行恢复，随后对配电系统内没有自动闭合，且具有黑启动能力的分布式电源进行搜索，并将其闭合。同时，检验剩余负荷是否恢复供电，若是仍然存在尚未恢复供电的剩余负荷，则可在满足约束条件的前提下，选取最优目标函数，恢复剩余负荷供电。

3 结论

综上所述，配电网在运行中受到一些因素的影响，常常会出现各种故障问题。同时，随着大量分布式电源的接入，使得配电网故障后的供电恢复难度有所增大。为了解决这一问题，本文提出一种分阶段供电恢复的策略，借助先进的广度优先算法，通过数学模型的构建，对供电恢复策略的实现过程进行分析论述。结果表明，该策略合理可行，能够在配电网故障后，快速恢复供电，这对于配电网作用的发挥和供电可靠性的提升具有重要的现实意义。