基于含智能軟開關的配電網重要負荷恢復策略

金 哲，丁驛歆

（宜興市供電公司，江蘇 宜興 214200）

引言

近年來，因各類極端事件導致的停電事故頻頻發生，烏克蘭、巴西等地相繼出現停電事故，停電時長超過10 h，損失不可估量[1]。目前，強智能電網不斷建設，其規模擴展越來越大，強智能電網建設工程涉及的內容與具體工序更加繁多[2]。為了確保強智能電網建設質量，突顯現代化、智能化及信息化等特點，在具體建設中，需注重相關科學技術的應用。實現強智能電網建設細致化、精確化，已成為此類工程開展的基本要求。在強智能電網建設中，具體可分為設計、施工和運維三個階段。為了更廣泛地推廣應用強智能電網，在強智能電網構建中可通過應用數字孿生技術提升強智能電網建設的技術水平[3]。因此，以兩步式負荷恢復方法為基準進行研究，體現其在SOP配電網方面的應用效能及作用，以此來豐富相關研究理論。

1 問題描述及兩步式負荷恢復方法

1.1 問題描述

以某地區出現停電事故為例，配電網接收不到上級電網輸送的電力，該地區出現大面積停電事故，且停電時間較長。雙端電源供電作為目前城市電網主要的供電模式，一旦出現大面積停電事故，雙電電源供電也會因此受到影響，導致無法供電[4]。

現代社會的運轉依賴于可靠的電力供應。近年來，極端自然災害和人為襲擊司空見慣，對電力供應安全構成嚴重威脅。配電網規劃和運營中經常會考慮到缺陷N-1和N-2，極端事件通常會導致許多N-K錯誤。建設彈性電網，提高自愈能力和恢復能力，已成為電力系統發展的先決條件。提高配電網彈性的措施可以分為規劃和運營兩個方面。計劃措施包括多層次事故預防和升級變電站、將輸電線路接地以及靈活部署資源等。運營措施主要包括使用智能電網、主動配電網分布和制定恢復策略，以幫助配電網有效響應、快速從災難中恢復。本文提出的智能軟開關（SOP）模型涉及上述規劃措施的資源彈性分配。提出了一種靈活的RCS配電網的魯棒配置模型，優化分布式交換機的布局，可以提高分布式配電網恢復負載的能力，并減少極端事件造成的損壞。

1）建立了最優RCS配置模型，提高了配電網的彈性。考慮災后配電網重建恢復策略，將模型創建為強大的三層優化問題，并應用列約束生成（CCG）算法對模型進行求解。

2）提出了一種方法用來描述N-K對錯誤傳播、鏈接攻擊狀態、攻擊位置和關鍵配置狀態的影響，以及它在最優設計方案和最激進的攻擊模式中的使用[5]。

1.2 兩步式負荷恢復方法

針對SOP配電網的負荷恢復問題，提出了兩步式負荷恢復方法，如圖1所示。

圖1 兩步式負荷恢復方法框架

兩步式負荷恢復方法，第一步為利用混合整數二階錐規劃（MISOCP）來對各時段最佳恢復策略進行分析，第二步則提出恢復操作策略，并總結得出相鄰時段內配電網的運行狀態及開關操作次序。通過算例測試，以手拉手配電網作為對比進行驗證，同時確定不同情況下SOP的控制模式，最終得到含SOP配電網的整體恢復方案。

2 恢復問題的MISOCP模型

目標函數最大化加權負荷供電時間，表示為：

式中：L、T為負荷節點；Yi，t為時段集合；wi為負荷節點i的重要度系數；Tint為時段長度；εi，t為當所有負荷恢復狀態都為1時的目標函數值。

2.1 配電網運行約束

輻射狀拓撲約束的單商品流約束如下公式（2）～（4）表示：

式（2）～（4）中：N、E、R分別為節點、線路和根節點構成；N/R為除根節點以外的節點集合；αij為i-j的投運狀態；Di為非根節點i的虛擬負荷需求，此處取1；j：i→j為與節點i相連的所有下游節點[6]。

2.2 電源運行約束

電源運行約束為DG和ES，具體如下：

式5、式6分別為DG、ES的功率約束，式7、式8分別為DG、ES的能量約束。

2.3 SOP運行約束

考慮到器件運行會產生一定損耗，其運行約束如下：

3 算例分析

SOP恢復策略用于解決強大的配電網配置優化問題，該算法將初始設計問題分解為更復雜的下層問題。每次重復，下層問題按照一定的編程方案解決目標上最大負載削減能力的最重攻擊模式，并返回到導致的未指定攻擊和負載模式集的上層問題，帶電能量提供了初始問題的上限。所有下層問題的不確定性組，通過最小化負載放電功率來選擇最優調度方案。由于頂層是原問題的松散問題，因此，產生的裝機負荷功率提供了原問題的下限。如圖2所示。

圖2 各時段負荷恢復結果

重新組織拓撲，可以解決下層攻擊的最嚴重問題，因此，引入了離散線狀態變量C，但無法直接解決兩次最大化問題。下層的問題仍然是最嚴重的雙層問題，即應對最嚴重攻擊的策略。在最佳流量以下，盡量減少減載和更新措施。下層也分為下層和下層子問題。下層任務問題解決了攻擊中拓撲重組的最佳方法，將拓撲重組的結果返回到下一個主要問題，這決定了一些拓撲群重組者最嚴重的攻擊策略。

為了確保SOP能夠對系統的恢復能力進行提升，將算例中2條聯絡線路替換成2個SOP，并進行算例分析，如表1所示，得出本文模型中最佳的恢復策略。而含SOP與不含SOP的恢復策略存在差異，目標函數值為0.88和0.86，網損情況也大不相同。時段6各節點電壓幅度趨勢圖如圖3所示。

表1 SOP最終時段的功率輸出電壓

圖3 2個策略下時段6的電壓分布情況

利用上述方法提取故障初始行波到達的精確時間，基于雙端定位原理，研究廣域行波測距方法、廣域時差矩陣故障區段識別法。利用廣域網絡拓撲結構，智慧搜索最短路徑，實現復雜配電網故障的廣域行波精確測距[7]。根據故障行波的特性，研究分析暫態初始行波信號到達配電網各饋線時刻的相關性，構建基于多保護單元的故障行波保護判據，并融合暫態電流、電壓信號，提高保護的可靠性。

配網絕緣子污穢、樹障、覆冰、飄浮物、斷線等高阻接地故障或線路異常狀態的波形特征，可形成異常波形特征指紋庫。提取故障特征因子，運用特征因子相似度擬合，識別配電線路異常狀態現象。研究配電線路異常狀態脆弱性評估模型，結合閥值和趨勢曲線分析，給出預警告警信息，并上傳到配電自動化系統。依據系統計算的預警點或故障點位置，結合視頻系統的對應視頻信息、溫度信息以及微氣象信息，研究AI算法，提取相應特征因素，反演異常點或故障點發生場景，追溯故障發生原因。研究配電拓撲網絡與故障點的相關性，運用能量潮流最優配置，重構配網拓撲網絡，實現故障快速隔離和供電自動恢復。

4 結語

針對SOP配電網負荷問題，提出了兩步式負荷恢復方法，通過算例測試，以手拉手配電網作為對比進行驗證，其結果表明，運用兩步式負荷恢復方法能夠進行無功補償和電壓支撐，進而恢復系統，對提升系統韌性具有顯著效果。