虑及负荷时变性的配电网故障抢修恢复策略_李卿鹏.pdf

虑及负荷时变性的配电网故障抢修恢复策略李卿鹏（国网南昌供电公司，江西 南昌 ）摘要：配电网的故障抢修与网络恢复需综合考虑电量损失、供电安全、运行经济等因素。首先基于负荷时变，以积分方式表达单节点各时段负荷量，据此择定以恢复负荷价值最大为目标的优先抢修故障点。其次以电压偏移和网损的加权和最小为考量，兼顾拓扑约束和电气量约束，构建故障修复后网络重构模型。再次将二进制粒子群算法与节点分层、环网编码等技术融合，给出抢修与恢复的交替式递进流程。最后以算例实证，表明由于对负荷时变进行了充分考量，因此抢修位次和恢复策略全局最优。关键词：配电网；负荷时变；网络重构；故障抢修中图分类号：（，）：，：；收稿日期：作者简介：李卿鹏（），硕士，研究方向为电力自动化。引言智能电网环境下，配电网发生多点式故障后，若不能以合 理 的 策 略 作 出 处 置，将 造 成 大 范 围、长 时 间 的 停电，也会给未停电区域的运行参数带来下行压力（如电压偏移、网络损耗等的劣化）。文献 将单步抢修与该抢修完成后的网络重构进行协同考虑，虽然将众多因素纳入考量，但未计及负荷和分布式电源出力的时变性，最终所获得的策略可能非全局最优。文献 以时段电量损失作为故障恢复价值的判定，并据此给出抢修顺序，但忽略故障修复占时，有明显局限性。文献 对二进制粒子群算法在配电网故障处置求解上的运行低效性进行分析，认为主要是建模时对辐射状约束考量不够所致。文献 按节点分层的思路开展辐射状配电网的相关计算，虽然能优化效率，但缺少对任意拓扑的匹配性。综上，当前研究可在一定程度上实现配电网故障处置策略的求解，但存在改进空间。本文将基于负荷时变、抢修占时等实情，对配电网多故障态势下的抢修顺序和网络重构进行研究。技术路线以单点抢修完成后可恢复负荷价值最大为目标择定抢修点；以电压偏移量和网损加权和最小为目标计算单点抢修完成后的网架重构策略；以上两条交替式递进；依托节点分层前推回代潮流计算和基于环网编码的粒子群算法提升计算效率。模型建立根据技术路线，建立面向负荷时变性考量的抢修恢复模型，以期获取全局最优解。（）负荷时变性表示。不同时节、不同时段的负荷时变特性有所不同。对于某负荷节点来说，应先进行日 个时段的负荷预测并生成负荷曲线（），然后对该曲线作积分操作，以获得负荷节点在时段内的负荷值（），相关表达式为：（）（），（）在实 际 应 用 中，故 障 出 现 时 刻 可 精 确 获 得（根 据 系统），因此只要设定各故障点预期抢修时长，就系统解决方案电工技术 能依托式（）得到节点的时段负荷量。（）目标函数表示。“多供电、供好电”是电力系统的长期追求，因此以某处故障抢修完后可恢复负荷最大为目标确定优先抢修任务是合理的，相关表达式为：，（）式中，为变量，表征节点在时段是否有电（为有电，为断电）；为对应节点的重要程度；，为节点在时段内的负荷量；为可正常运行区域的负荷节点集合。某处故障抢修完毕，应该及时通过网络重构来恢复部分负荷。电网运行需兼顾供用电双方的利益，既要追求电压质量合格，又要保证网络损耗最小，因此建立相应模型：（），（）式中，、分别为网损及其考量权重；、分别为电压偏移量及其考量权重；为配电网内可连通部分的支路集合；，、，、，分别为支路末端在时段的三个主要电气量参数（有功无功电压）；为支路电阻；，为节点在时段的电压幅值；为全部节点数；为系统额定电压。（）约束条件设定。约束条件需根据配电网运行实情从多方面予以考虑。开环运行约束。即重构后的网络结构须包含在全部辐射状结构集中，亦即。支路电流约束。即时段支路历经电流，须不超过该支路允许最大电流 ，亦即，。节点电压约束。即时段内节点的电压，须处在允许的上、下限之间，亦即 ，。功率平衡约束。其相应表达式为：，（，），（，）（）式中，、，分别为重构后网络的节点在时段所注入的有功和无功；、，分别为节点间的三个电气量参数（电导电纳电压相角差）；为节点数量；，、，为电压幅值。模型求解按照技术路线，可用二进制粒子群算法（）对配电网故障抢修恢复策略进行寻优，但不能采用直接随机编码方式，宜于粒子初始化时引入拓扑结构辐射状约束和连通性约束，即采用基于环网的编码方式。基于环网编码的 的优势分析如图所示。图 基于环网编码的 的优势节点分层前推回代法是对静态节点作分层处置，同一层节点并行计算。运用该方法可加快配电网潮流计算速度。中种群粒子不断更新，对应网络拓扑不断调整，为寻求适应性，提出如图所示的基于粒子位置向量的节点分层前推回代法。图潮流计算方法在开展以上技术准备后，就可设计基于 的故障点择优产生的计算算法，关键步序如图所示。图基于 的配电网故障点择优算法步序对于多故障情形，需要将单步抢修与单步网络重构作为一个协同基础进行多次迭代寻优，如图所示。图多故障抢修与恢复协调优化算法的步序电工技术系统解决方案实证分析以图所示的 配电系统为背景进行实证分析。该系统的负荷为 ，因强雷击导致下午时 分左右发生多处故障。图 案例配电网的拓扑结构各故障点抢修占时预计：点需，点需，点需，点需，点需，点需，点需，点需。失电负荷的重 要 性 区 分 见 表（一、二、三级的对应权重分别为、）。参数配置：惯性权重系数取；学习因子、取；迭代次数取；种群规模取。表失电节点的负荷等级区划负荷等级失电节点一，二，三，首先进行两种情形的故障点恢复价值计算：以故障形成时刻的瞬时负荷值为计算基础，即认为故障修复时段内负荷量是恒定的，即不考虑负荷时变性；由基础数据结合式（）的积分操作，得到故障修复时段内的尽可能反映实际运行状态的负荷总量，即虑及负荷的时变特性。两种情形下的计算结果比对见表。其次按图、图流程，经过多次循环往复式求解，得到情形、情形下的最优故障抢修顺序：、。最后以正常无故障运行态为校核对象，进行两类情形的效果比对（按先情形、后情形的顺序描述）：损失总表 首个阶段计算各故障点恢复价值计算故障处恢复价值 情形情形 故障处恢复价值 情形情形 电量分别为 、；电压合格率分别下滑 、；网损分别上升 、。结论：配电网故障时不可避免会产生电量损失、电压合格率下降、网络损耗上升等不利事件，但只要在故障抢修、电网恢复中充分考虑负荷时变，就能将各项不利因素的影响降至最低程度。结语智能电网环境下配电网运行面临复杂挑战。针对多故障并发情形，本文设计基于负荷时变考量的多阶段协同优化的故障抢修恢复策略，提出将二进制粒子群算法与节点分层、环网编码吸纳辐射状约束等技术进行融合，以提升迭代计算效率。算例表明，对负荷时变的考虑非常切合实际运行态势，有利于全局意义上制定最优的抢修位次和恢复策略。参考文献 冯杰，陈骏宇，陈明军，等基于图论的含分布式电源配电网故障恢复算法中国电力，（）：王雨婷，张筱慧，唐巍，等考虑光伏及负荷时变性的配电网故障恢复电网技术，（）：杨丽君，吕雪姣，李丹，等含分布式电源的配电网多故障抢修与恢复协调优化策略电力系统自动化，（）：孙辰，刘东，凌万水，等配电自动化远程终端的可信研究电网技术，（）：卢志刚，刘照拯，张晶，等含分布式电源的配电网灾后分阶段抢修策略 电工电能新技术，（）：孟军，汪沨，刘蓓，等分布式发电条件下配电网故障恢复现状与展望电力系统及其自动化学报，（）：张海波，张晓云，陶文伟 基于广度优先搜索的配电网故障恢复算法 电网技术，（）：（上接第 页），曹杰，王维庆，王海云，等 基于改进 的电采暖短期负荷预测研究 计算机仿真，（）：王生亮，刘根友 一种非线性动态自适应惯性权重 算法 计算机仿真，（）：，：系统解决方案电工技术