基于多種故障場景的柔性互聯低壓配電網故障恢復技術應用研究

摘""要：在現代電力系統體系中，低壓配電網作為市場電力供應的主體，保障其運行穩定性尤為重要。但是，受到內外部因素影響，低壓配電網運行期間可能會產生各類故障情況，如變壓器故障、線路故障等等，嚴重影響電力供應質量和可靠性。為了保障配電網故障的恢復能力，柔性互聯技術應運而生。通過分析柔性互聯低壓配電網的含義，提出了故障恢復技術原理與模型算法，并探究在多故障場景下柔性互聯低壓配電網故障恢復措施，包括變壓器N-1故障場景、線路故障場景、分布式電源故障場景等，旨在保障低壓配電網運行的可靠性。

關鍵詞：多故障場景""柔性互聯網""低壓配電網""故障恢復

中圖分類號：TM73

Research"on"the"Application"of"Fault"Recovery"Technology"for"Flexible"Interconnected"Low-Voltage"Distribution"Network"Based"on"Multiple"Fault"Scenarios

WANG"Haifeng

Yizhuang"Power"Supply"Company"of"State"Grid"Beijing"Electric"Power"Company，"Beijing，""100176"China

Abstract："In"the"modern"power"system，"the"low-voltage"distribution"network，"as"the"main"body"of"market"power"supply，"ensuring"its"operationalnbsp;stability"is"particularly"important."However，"due"to"internal"and"external"factors，"various"types"of"faults"may"occur"during"the"operation"of"low-voltage"distribution"networks，"such"as"transformer"faults，"line"faults，"etc.，"seriously"affecting"the"quality"and"reliability"of"power"supply."In"order"to"ensure"the"recovery"ability"of"distribution"network"faults，"flexible"interconnection"technology"has"emerged."By"analyzing"the"meaning"of"flexible"interconnected"low-voltage"distribution"network，"this"paper"proposes"the"principles"and"model"algorithms"of"fault"recovery"technology，"and"explores"the"fault"recovery"measures"of"flexible"interconnected"low-voltage"distribution"network"in"multiple"fault"scenarios，"including"transformer"N-1"fault"scenario，"line"fault"scenario，"distributed"power"supply"fault"scenario，"etc.，"aiming"to"ensure"the"reliability"of"low-voltage"distribution"network"operation.

Key"Words："Multiple"fault"scenarios;"Flexible"Internet;"Low-voltage"distribution"network;"Fault"recovery

在當今社會，電力供應的穩定性和可靠性對于各行各業的正常運轉以及人們的日常生活至關重要。低壓配電網作為電力系統的最后一環，直接與用戶相連，其運行狀況直接影響著用戶的用電體驗。然而，由于各種內外部因素，低壓配電網可能會遭遇多種故障，如短路、斷路、設備老化等，這些故障不僅會影響電力的正常供應，還可能對電力設備造成嚴重損壞。為了應對這些故障，提高低壓配電網的恢復能力，柔性互聯技術逐漸成為研究的熱點。

1""柔性互聯低壓配電網相關闡述

柔性互聯低壓配電網是指將傳統剛性連接轉變為靈活可控的電力互聯方法的新型配電網架構。系統主要采用了智能軟開關（Soft"Open"Point，SOP）等電力電子變流器設備，從而精準控制、靈活調配電力潮流[1]。相比傳統低壓配電網，柔性互聯低壓配電網具有諸多優勢，其主要表現為以下幾點：（1）可快速實現無功率補償，保障電能供給質量，降低電壓波動與閃變概率；（2）通過靈活調控有功功率，有效降低網絡損耗系數，讓能源利用率得到進一步提升；（3）面對故障情況時，其具備的快速功率轉移、負荷均衡能力可縮短停電所需時間，讓供電可靠性得到進一步提升。

2""故障恢復技術原理與模型算法

2.1""恢復技術原理

電力電子變流器的快速響應、智能監測與診斷以及優化控制策略的協同作用，柔性互聯低壓配電網能夠在故障發生后迅速、準確地進行恢復，提高供電的可靠性和穩定性。

2.1.1""電力電子變流器快速響應

以SOP為例，該設備采用了IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的變流器結構。一旦產生故障問題，IGBT可在非常短的時間內完成開關動作，實現輸出電壓、電流的快速調節。例如：在低壓配電網中發生了短路故障，此時電流瞬間增大超過正常電流的數倍，"SOP可在"50"ms內做出響應，啟動開關限制輸出電流，將其降至安全范圍內，以免故障問題進一步擴大[2]。

2.1.2""智能監測與診斷

在配電網中布置相應的傳感器，如電流互感器、電壓互感器、智能電表等，從而實時監測電網運輸數據信息，如電壓、電流、功率因數等等，采樣頻率可達到每秒千百次。在監測系統中，目前新型的電流互感器測量精度可達到0.5級，即便是微小的電流變化也可以被檢測。將所采集的數據傳輸給中央控制單元，借助智能數據分析算法，如深度學習故障診斷模型，實時分析和處理數據。將實時采集數據與歷史數據進行對比，系統可在幾毫秒內判斷故障的具體位置和類型。例如：某個智能監測與診斷系統對100個節點低壓配電網實時監測，僅10"ms就診斷出線路絕緣老化造成的間歇性短路問題。

2.1.3""優化控制策略

一旦低壓配電網發生故障情況后，系統綜合各類因素提出控制策略，包括設備容量、電網拓撲結構、運行狀態、負荷情況、系統優先級等，從而得出最佳功率轉移路徑、負荷恢復順序。例如某個低壓配電網中包含多個電源以及復雜拓撲結構，一旦某個區域因為系統故障導致停電問題，控制策略會率先評定每個電源剩余容量、供電距離，并根據負荷重要性確定恢復順序、制定功率分配方案，如醫院、通信基站的優先恢復權重就很高。假設某個場景中因為系統故障造成500"kW負荷停電，通過對控制策略展開優化，可在1"min內恢復400"kW重要負荷供電，并在之后的5"min逐步恢復其余的負荷供電，最大程度上減少故障問題帶來的影響。

2.2""故障恢復模型與算法

2.2.1""建立故障恢復模型

建立故障恢復模型主要考慮恢復供電的快速性、可靠性、經濟性等因素?？煽啃苑矫?，以最大化恢復負荷量為指標，如某個小型低壓配電網總負荷量為1"000"kW，則故障恢復目標為至少恢復80%負荷，也就是在800"kW以上?？焖傩灾饕w現為最短時間內完成目標恢復，如要求在30"min內完成負荷恢復。經濟性是指降低功率損耗、減少設備操作次數等，如SOP每次操作都會產生成本，因此要限制其操作次數[3]。

此外，模型還要眾多約束條件，如設備參數、拓撲結構、負荷特性等方面。如線路傳輸功率限制，某條線路最大傳輸功率為200"kW，因此不得超過該限制參數。還包括SOP容量約束、電壓約束等等。

2.2.2""求解算法

啟發式算法在故障恢復模型中有著廣泛應用，包括蟻群算法等。例如：某低壓配電網有50個節點，采用蟻群算法可以模擬螞蟻路徑上釋放信息素的方式尋求最優解。在數據生成之處，隨機生成一組可恢復方案，根據方案綜合效益對其信息濃度更新，在多次迭代后，將算法逐步收斂成為較為優秀的解。在應用當中，一旦超過100次迭代即可找到滿足大部分約束條件的解，可恢復目標負荷量且恢復時間不會很長。

啟發式算法，如粒子群優化算法，是模擬鳥類覓食行為，在解空間中由離子搜索的方式獲取最優解（或較為優秀的解）。對于多個分布式電源的低壓配電網，粒子群優化算法可以快速找到功率分配的最優方案。

精準算法，如混合整數線性規劃可確保找到最優解，但該方法計算周期更長，在規模小的電網中更加適用。如某個低壓配電網有20個節點，使用"MILP"求解故障恢復模型，在計算機性能較好的情況下，可能需要幾分鐘甚至幾十分鐘才能得到最優解，但該解能夠在滿足所有約束條件的前提下，實現最大的負荷恢復量和最小的恢復時間[4]。

2.2.3""模型驗證與改進

為了提高模型的準確性和實用性，還需要通過實際電網數據或仿真實驗對建立的模型和算法進行驗證。例如：利用實際的故障記錄和電網運行數據對模型進行測試，對比模型預測的恢復方案與實際采取的恢復措施，不斷調整和優化模型的參數和算法。

3""故障恢復措施

3.1""變壓器N-1故障場景

N-1故障是指某一臺變壓器產生故障問題后，直接影響配電網正常運行。在此情況下，無故障的變壓器可能會存在過載運行風險，威脅到電網運行可靠性。采用柔性互聯技術，如采用SOP重新分配功率，即可將部分負荷轉移給其他區域，避免為故障變壓器運載負擔過大。

例如：某個柔性互聯臺區有2個變壓器，在正常運行中B1和B2變壓器分別承擔50%的電網負荷。一旦B1出現故障情況，即可通過控制SOP的方式將B1供電部分負荷轉移給B2所在區域或者其他與SOP連接的區域。具體要根據網絡運行約束、SOP容量、各區域負荷重要性等因素確定轉移負荷量。

3.2""變壓器N-2故障場景

相比N-1情況，N-2故障則更為嚴重，即2臺變壓器出現故障情況。在此故障情況下，僅憑借傳統聯絡開關、備用變壓器手段已經無法滿足負荷供電需求，此時就提出了柔性互聯網技術的優勢，通過合理協調SOP和配電站內母聯開關動作，即可調配大范圍功率[5]。

例如：某配電網由多個臺區通過柔性互聯構成，即便其中有2個臺區變壓器產生故障無法運行，也可借助SOP和其他臺區變壓器，優先恢復故障臺區重要負荷。同時，根據負荷優先級、可中斷性，科學制定負荷削減方案，從而保障配電網運行的穩定性。

3.3""線路故障場景

線路故障也會導致部分區域停電，影響供電的可靠性。借助柔性互聯技術，改變SOP功率輸出從而實現調節潮流分布、繞過故障線路、停電區域恢復供電等目標。

例如：配電網中某條線路產生永久性故障，借助SOP可增加與故障線路并聯的其他線路功率傳輸，為停電區域提供電能。也可以調節和故障區域連接的其他線路潮流，為受到線路故障影響的區域提供電能輸送。假設某柔性互聯配電網中包含10條線路，其中某一條線路故障導致500"kW負荷停電，通過調節SOP的方法增加相鄰線路功率400"kW，并結合其他區域功率調配，從而恢復450"kW負荷供電，將停電損失降低。

3.4""分布式電源故障場景

近些年分布式電源接入數量逐年增多，其故障問題對配電網產生了更大的影響。分布式電源故障可能會造成局部功率缺額。采用柔性互聯技術即可對其他區域功率輸入、SOP輸出進行快速調節，彌補分布式電源故障造成的功率缺失，保持系統功率的平衡性。

例如：某柔性互聯配電網中接入了多個分布式電源，其中某個300"kW分布式電源產生了故障，此時SOP快速響應，增加從其他區域輸入的200"kW功率，對周邊分布式電源出力進行調節，有效補充了系統功率缺額，確保負荷供電的穩定性[6]。

3.5""多重故障場景

在配電網運行中可能出現多種故障類型，供電恢復難度非常大。采用柔性互聯技術在一定程度上可解決此類問題。通過協調SOP、母聯開關、分布式電源等設備，制訂更具針對性的故障恢復策略方案。

例如：在一個既有變壓器"N-1"故障又有某條線路故障的場景中，首先根據變壓器故障情況進行負荷轉移和調整，然后針對線路故障，利用"SOP"和其他正常線路進行再分配。通過這種協同恢復策略，最大限度地減少停電范圍和時間，提高系統的整體恢復效果。

4""結語

綜上所述，基于多種故障場景的柔性互聯低壓配電網故障恢復技術是提高配電網供電可靠性的有效手段，靈活應用該技術可應對多種故障場景下的各類故障情況。未來，隨著電力電子技術的不斷發展和成本的降低，SOP"等柔性互聯設備的性能將進一步提升，成本也將逐漸下降。同時，人工智能、大數據等技術的應用將為故障恢復策略的優化提供更強大的支持，實現更加智能、快速和準確的故障恢復。

參考文獻

[1]"沈興杰，陳沛，高群，等.考慮多種故障場景的柔性互聯低壓配電網故障恢復方法[J].機械與電子，2024，42（3）："17-25.

[2]"梅軍，張丙天，朱鵬飛，等.基于故障電流主動控制的柔性直流配電網故障定位方法[J].電力系統自動化，2021，45（24）：133-141.

[3]"黃代雄，汪志軍，袁俑斌，等.考慮多源協同的主動配電網故障恢復策略[J].高壓電器，2024，60（2）："210-215，222.

[4]"徐展鵬，梁遠升，李海鋒，等.柔性互聯配電網故障恢復的云邊協同優化算法[J].電力系統自動化，2023，47（18）：171-184.

[5]"李佳林.柔性直流電網線路故障限流及恢復方法研究[D].成都：西南交通大學，2021.

[6]"陳瑋.新能源背景下的主動配電網故障恢復關鍵技術研究[D].杭州：浙江大學，2020.