故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)研究

摘要：配網(wǎng)系統(tǒng)作為電網(wǎng)末端，其承擔(dān)著分配電能、供電服務(wù)的重要任務(wù)。配網(wǎng)系統(tǒng)具有點多、面廣、運行方式靈活及構(gòu)成復(fù)雜等特點，近年來，隨著我國配網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，其網(wǎng)絡(luò)也變得愈來愈復(fù)雜，因此這也對其可靠性有了更高的要求。目前，我國的配網(wǎng)系統(tǒng)正逐漸向智能配網(wǎng)發(fā)展，然而其中故障仍然無法避免，一旦配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，往往會嚴重影響到用戶的用電。因此，研究故障后配網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案非常重要，只有具備了高效的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案，才能夠確保配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障后的及時供電恢復(fù)。本文主要針對故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)進行研究。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)故障;配網(wǎng)系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);供電;研究

近幾年來，隨著社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國的配網(wǎng)系統(tǒng)也取得了巨大的進步。現(xiàn)代城市的配網(wǎng)系統(tǒng)正不斷發(fā)達，其主要表現(xiàn)是配網(wǎng)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，這同時也對其可靠性有了更高的要求。只有一個可靠、穩(wěn)定的配網(wǎng)系統(tǒng)，才能夠保證供電的質(zhì)量。然而，任何事物的故障都是不可避免的，配網(wǎng)系統(tǒng)同樣如此，配網(wǎng)系統(tǒng)的故障會嚴重影響到正常供電，因此這就需要一個高效的故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案，以及時恢復(fù)供電，保障用戶的正常用電。以下筆者就來簡單談一談故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方面的問題，以期能夠?qū)ζ涔ぷ饔兴妗?/p>

一、配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的作用

配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)簡單來說就是在滿足配網(wǎng)系統(tǒng)的電氣約束、拓撲約束以及供電指標等各項約束條件的前提下，利用閉合/開斷網(wǎng)絡(luò)中的分段及聯(lián)絡(luò)開關(guān)來對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行重建，從而改變其結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行方式的轉(zhuǎn)變，最終達到優(yōu)化某一項或者多項指標的目的。配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的應(yīng)用主要有兩個方面：其一，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是在配網(wǎng)系統(tǒng)運行正常的狀態(tài)下的一種優(yōu)化控制手段，其目的通常是為了優(yōu)化配網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，例如消除過載、減小網(wǎng)損或者提高供電質(zhì)量等;其二，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是在配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，通過轉(zhuǎn)換分段及聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開、斷狀態(tài)，及時快速地恢復(fù)非故障停電區(qū)域的正常供電。因此，當(dāng)配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，相關(guān)工作人員必須要盡快找到恢復(fù)其負荷最大化、開關(guān)操作次數(shù)最小化以及網(wǎng)絡(luò)運行方式最優(yōu)化等的方案，也即是高效地完成故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重建工作，從而盡快恢復(fù)供電。

二、故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案

1、限制條件

由于現(xiàn)代網(wǎng)配系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，因此當(dāng)進行故障恢復(fù)之時，必須要針對其自身的特點而采用合理的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案。通常情況下，此方案需要滿足以下幾個限制條件：①當(dāng)出現(xiàn)故障時能夠迅速提供相應(yīng)的恢復(fù)方案，以盡量減少經(jīng)濟損失;②能夠盡量多地恢復(fù)失電負荷損失，并同時能夠區(qū)分出用戶的優(yōu)先、重要等級，盡量不影響正常用戶的用電;③能夠盡量減少開關(guān)的操作次數(shù)，從而延長開關(guān)壽命、減少人力操作時間;④能夠平衡各個饋線和分支線路的負荷分配;⑤盡可能地使恢復(fù)后的配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接近故障前的結(jié)構(gòu)，并保持其原有的輻射狀結(jié)構(gòu);⑥嚴格保障其系統(tǒng)沒有發(fā)生安全越界狀況，如饋線和變壓器沒有過載、各負荷點沒有越限等。

2、目標函數(shù)的構(gòu)造

本文所采用的算法的前提是假設(shè)配網(wǎng)系統(tǒng)為輻射狀結(jié)構(gòu)、配網(wǎng)系統(tǒng)故障后的狀態(tài)已經(jīng)可以確定以及其故障已經(jīng)被有效隔離。故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目標函數(shù)主要如下：①實現(xiàn)負荷數(shù)最大化恢復(fù)的目標函數(shù)： N∈N_t，本式中，N表示為需要恢復(fù)供電的負荷節(jié)點、N_t表示為停電區(qū)域中所有的失電負荷節(jié)點、I_t表示為t支路的負荷電流;②保證重要負荷優(yōu)先恢復(fù)的目標函數(shù)： N∈N，本式中，N表示為需要恢復(fù)供電的負荷節(jié)點、N_t表示為停電區(qū)域中所有的失電負荷節(jié)點、I_t表示為t支路的負荷電流、N_MC表示比較重要的負荷節(jié)點;③限制開關(guān)操作次數(shù)的目標函數(shù)：，本式中，N_Aw表示為配網(wǎng)系統(tǒng)所需恢復(fù)的所有開關(guān)數(shù)目、X_j表示為j 開關(guān)的狀態(tài)變化值;④限制變壓器負荷的目標函數(shù)：max i=1，2，…N_m，本式中，N_m表示為配網(wǎng)系統(tǒng)中母線的數(shù)量、i表示為母線線路電流值、V_i表示為母線線路電壓值。

三、配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的優(yōu)化目標

在配網(wǎng)系統(tǒng)的實際運行過程中，其運行狀態(tài)會隨著其負荷大小、分布范圍、供電能力以及電氣參數(shù)等的實時變化而變化。從理論角度而言，不同運行狀態(tài)下的配網(wǎng)系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)擁有一個相對最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因為只有在一個最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，配網(wǎng)系統(tǒng)在運行過程中才能夠?qū)崿F(xiàn)損耗最小、負荷分布最均、電能質(zhì)量最好等目標。現(xiàn)階段，配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的優(yōu)化目標主要有以下幾個方面：

1、經(jīng)濟運行

配網(wǎng)系統(tǒng)的潮流分布是處于不斷變化之中的，其功率越小，那么運行便越經(jīng)濟。經(jīng)濟運行優(yōu)化目標下的配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)目標函數(shù)如下：。本式中，N表示為支路數(shù)、P_i表示為支路i末端的有功功率、Q_i表示為支路i末端的無功功率、V_i表示為支路i末端的電壓幅值。

2、負荷均衡分布

通常情況下，負荷均衡分布主要包括配網(wǎng)系統(tǒng)各饋線之間的負荷均衡分布和配網(wǎng)系統(tǒng)各變電站之間的負荷均衡分布。負荷均衡分布的目的是為了使配網(wǎng)系統(tǒng)與其供電能力相匹配，并提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運行效率，進而提高其供電能力、降低其損耗和負荷風(fēng)險等。負荷均衡分布優(yōu)化目標下的配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)目標函數(shù)如下：①;②。這兩式中，L表示為饋線數(shù)量、E_qj表示為饋線負荷平衡系數(shù)、E_qsys表示為系統(tǒng)負荷平衡系數(shù)、S_j表示為饋線出口功率、S_jmax表示為饋線最大容量。

3、提高可靠性

影響配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)可靠性的因素有很多，而其運行方式是其中最關(guān)鍵的一項因素。一個最優(yōu)的配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行方案，能夠有效減少其停電頻率和停電時間。提高可靠性優(yōu)化目標下的配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)目標函數(shù)如下：。本式中，M表示為負荷點的數(shù)量、P_k表示為負荷點k的年平均符合、C_k（R）表示為在系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)R下負荷點k的年停電時間。

4、實現(xiàn)綜合優(yōu)化

配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)并不是一個單一的優(yōu)化問題，而應(yīng)該是一個多目標優(yōu)化協(xié)調(diào)的問題，通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，不僅可以盡快恢復(fù)供電、減少故障損失，更還可以帶來許多經(jīng)濟方面的改善。因此，在進行配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)之時，應(yīng)當(dāng)盡量以經(jīng)濟目標為主體，利用罰函數(shù)的形式來量化負荷均衡和電壓質(zhì)量等優(yōu)化目標，從而實現(xiàn)綜合優(yōu)化。

結(jié)語：

配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全可靠供電關(guān)系著整個電網(wǎng)的安全運行，但是由于配網(wǎng)系統(tǒng)故障是不可避免的，因此，當(dāng)其發(fā)生故障之后，必須要有一個快速、有效的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案來實現(xiàn)其快速恢復(fù)供電、減少經(jīng)濟損失。本文主要介紹了配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的作用、故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案以及配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的優(yōu)化目標，為故障后配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)提供了幾條科學(xué)參考建議，希望能夠給我國電網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展帶來一定的助益。

參考文獻：

[1]史常凱，徐斌，孟曉麗，宋曉輝，孫軍平.智能配電網(wǎng)條件下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與供電恢復(fù)探討[J].電力建設(shè)，2012，01：12-16.

[2]史常凱，余杰，宋曉輝，孟曉麗.一種計及多目標優(yōu)化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)供電恢復(fù)推理搜索算法[J].電氣應(yīng)用，2012，22：77-82.

[3]向月，劉俊勇，姚良忠，劉友波，田立峰，楊嘉湜.故障條件下含分布式電源配網(wǎng)的孤島劃分與重構(gòu)優(yōu)化策略研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，04：1025-1032.

[4]李永騰.配電網(wǎng)發(fā)生故障后快速恢復(fù)供電的算法分析[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2013，06：8-11.

[5]于文鵬，劉東，翁嘉明.含分布式電源的配電網(wǎng)供電恢復(fù)模型及改進貪婪算法[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，24：23-30.