配電網供電優化恢復策略

文/張衡

1 配電網的特點及供電恢復的目的

1.1 配電網的特點

配電網是電力網中不可或缺的重要組成部分之一，主要承擔著電能分配的任務。由發電廠生產出來的電能會傳給配電網，通過配電網中的相關設施，可對這部分電能進行就地分配，或是按照電壓等級進行逐級分配，供給各類電力用戶。我國的配電網基本上采用的都是閉環設計，開環運行的模式，其結構呈輻射狀。配電網具有如下特點：電壓等級多、設備類型多、結構復雜、作業面廣、安全環境較差等等。正因如此，使得配電網的故障發生率相對較高。大體上可將配電網的故障分為以下兩種類型：一種是瞬時故障，另一種是永久故障，配電網在正常運行時，如果出現瞬時故障，那么線路中的自動重合閘裝置會自行啟動，完成對故障的處理。由于自動重合閘無法消除永久故障，所以當配電網出現永久故障時，需要根據故障情況，采取相應的措施進行解決處理，從而使配電網在最短的時間內恢復正常供電。

1.2 供電恢復的目的

配電網中的永久故障必須及時進行處理，否則會對配電網的安全、穩定運行造成影響。因此，當檢測系統發現配電網中出現永久故障后，需要對故障區段進行快速、準確定位，并將故障附近的開關關閉，將故障區段從配電線路中隔離出去，隨后對開關關斷引起的非故障停電區域進行搜索，依據失電區域最小、網絡結構參數最優的原則，找出開關動作方案，據此完成供電恢復，確保非故障區域的供電可靠性。對于配電網而言，重構是提高供電可靠性、降低線路損耗、改善供電質量的有效技術措施之一，可將重構分為兩種情況，一種是優化重構，另一種是恢復重構，前者是優化網架結構，提高配電網的運行可靠性，后者則是通過網絡重構的方法，獲得配電網故障后，非故障失電區域的供電恢復方案。在配電網中通常會設置支路分段和聯絡開關，一旦配電網發生故障，通過對以上兩個開關的關斷，可以使網絡結構發生改變，從而快速將故障點從配電線路中隔離出去，達到恢復非故障區域供電的目的，確保配電網作用的發揮。

2 配電網供電優化恢復策略

在整個電力網中，配電網的作用和重要性不言而喻，其運行穩定與否直接關系到供電可靠性。然而，由于受到人為因素和自然災害的影響，使得配電網故障率呈現出上升的趨勢，給電力企業帶來巨大的損失，隨著供電可靠性的降低，電力用戶的正常用電也隨之受到影響。同時，配電網中大量分布式電源的接入，使供電恢復難度進一步增大，為提高配電網的運行穩定性，必須采取合理可行的供電恢復策略，在供電恢復策略制定的過程中，應當對分布式電源的影響進行充分考慮。

圖1：配電網中骨干通道的恢復流程示意圖

2.1 分布式電源對配電網供電恢復的影響

分布式電源簡稱DG，是一種與環境兼容性非常高的獨立式電源，能夠為負荷進行可靠供電，安裝地點多為用戶側，輸出功率在50MW以下。當DG接入主網后，可與主網一起為電力用戶提供所需的電能。配電網發生故障后，在供電恢復的過程中，由于DG的接入，會對供電恢復產生一些影響，具體體現在如下幾個方面：

（1）隨著DG的接入，配電網的結構隨之變得復雜化，潮流方向也發生改變，在這一前提下，使配電網故障的約束條件出現變化。

（2）在對配電網供電恢復模型進行構建的過程中，需要綜合考慮DG的具體類型、容量大小以及接入的位置等情況，并且還要考慮DG自身缺陷對供電恢復的影響，如發電間歇性對供電恢復的影響，發電波動性對供電恢復的影響等。

（3）DG能夠對電壓及頻率進行調節，當DG接入配電網后，以并網的方式運行時，會呈現出孤島運行的狀態。因此，在配電網出現故障問題后，通過對DG的利用，可以形成孤島，借此為停電負荷進行供電，能夠達到降低故障停電損失的目的。

2.2 構建供電恢復優化模型

2.2.1 劃分恢復階段

配電網是電力網中的一個系統，如果配電系統出現故障，會對整個電網的運行造成不利影響，所以快速排除故障，使供電恢復正常顯得尤為重要。對于配電網而言，供電恢復實質上是一個優化問題，前提是滿足相關的約束條件，據此對目標函數進行實時優化。當配電網中的某條線路發生故障后，通過故障定位的方法，能夠對故障點進行快速準確定位，并將故障點從線路中有效隔離出去，然后進行第一階段的供電恢復，即以確保線路中重要負荷的供電可靠性為前提條件，對重要負荷進行供電恢復，隨后進行第二階段的供電恢復，即對重要負荷以外的其余負荷進行供電恢復。

（1）第一階段的供電恢復策略。在第一階段，需要對重要負荷進行供電恢復，即對配電網中的骨干通道進行恢復。在該階段，可以借助廣度優先算法，對接入配電網中具有黑啟動能力的分布式分電源進行搜索，并以此為重要負荷進行供電。若是配電網中并未接入分布式電源，或是通過分布式電源無法實現重要負荷供電，則可借助饋線的轉供能力，為重要負荷進行供電。

（2）第二階段的供電恢復策略。當配電網中的重要負荷恢復供電之后，需要對其余的負荷進行供電恢復，在該階段，可借助相關算法找出配電網拓撲結構中，能夠進行自動閉合的聯絡開關和分段開關，盡可能多地恢復剩余負荷的供電，從而最大限度降低配電網的功率損失。

2.2.2 供電恢復模型

根據上文分析可知，對于配電網故障的供電恢復問題，需要重點考慮的目標函數有三個，即重要負荷的優先恢復、剩余負荷的快速恢復以及降低配電網的功率損失。與這三個目標函數相關的數學模型如下：

（1）重要負荷優先恢復的數學模型如下：

在上式當中，C1和C2代表配電網中故障引起斷電區域內重要負荷的節點集合；Li和Lj代表兩個節點的負荷量。

（2）剩余負荷恢復的數學模型如下：

在上式當中，N1和N2代表配電網故障引起失電區域的集合；Si和Sj代表兩個節點對應的電荷狀態（在帶電的前提條件下，取值為0；在不帶電的情況下，取值為1）。

（3）降低配電網功率損失的數學模型如下：

在上式當中，n代表配電網故障后系統中閉合的支路數量；k代表支路的編號；Ik代表從支路k中流過的總電流；Rk代表支路k的電阻。

最終形成的配電網供電恢復優化方案，需要滿足如下約束條件：

（1）不含分布式電源的輻射狀網絡約束；

（2）線路容量約束；

（3）節點電壓約束。

2.3 供電恢復優化策略的實現

2.3.1 骨干通道供電恢復策略的實現

目前，國內大部分配電網采用的都是輻射狀網絡或是樹狀網絡，由于廣度優先算法能夠對樹狀圖進行遍歷，整個過程不但全面而且準確。所以，在配電網供電恢復優化策略的實現中，可以采用廣度優先算法，借此來搜索配電網故障后引起的停電區域、重要負荷及其附近具有黑啟動能力的分布式電源和與該電源相連接的饋線余量。據此，對配電網中重要的電力用戶進行快速供電恢復。具體的恢復流程如圖1所示。

由于廣度優先算法能夠對配電網中故障點至網絡中所有節點進行全面遍歷，進而搜索到其中重要的負荷節點，所以能夠使整個分析過程得以簡化。不僅如此，還能計算出潮流節點的分布順序，這樣可以使骨干通道恢復的時效性得到保障。

2.3.2 剩余負荷供電恢復策略的實現

當骨干通道恢復之后，便需要對配電網中剩余負荷的供電進行恢復，此時可以先更新網絡拓撲結構，并對負荷量進行恢復，隨后對配電系統內沒有自動閉合，且具有黑啟動能力的分布式電源進行搜索，并將其閉合。同時，檢驗剩余負荷是否恢復供電，若是仍然存在尚未恢復供電的剩余負荷，則可在滿足約束條件的前提下，選取最優目標函數，恢復剩余負荷供電。

3 結論

綜上所述，配電網在運行中受到一些因素的影響，常常會出現各種故障問題。同時，隨著大量分布式電源的接入，使得配電網故障后的供電恢復難度有所增大。為了解決這一問題，本文提出一種分階段供電恢復的策略，借助先進的廣度優先算法，通過數學模型的構建，對供電恢復策略的實現過程進行分析論述。結果表明，該策略合理可行，能夠在配電網故障后，快速恢復供電，這對于配電網作用的發揮和供電可靠性的提升具有重要的現實意義。