史常凱，徐斌，孟曉麗，宋曉輝，孫軍平

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市，100192;2.陜西渭南供電局，渭南市，714000)

0 引言

配電網(wǎng)處于電網(wǎng)末端，擔(dān)負(fù)著分配電能、服務(wù)客戶的重要任務(wù)，并具有點(diǎn)多面廣、構(gòu)成復(fù)雜等特點(diǎn)。隨著配電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度日益加深以及對(duì)供電可靠性要求的提高，以及分布式電源等主動(dòng)性、交互性負(fù)荷的發(fā)展，配電網(wǎng)逐步向多源復(fù)雜的智能配電網(wǎng)［1-2］轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)明顯，與之相對(duì)應(yīng)的配電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)也面臨著新的技術(shù)需求。

配電自動(dòng)化與自愈控制技術(shù)是智能配電網(wǎng)運(yùn)行控制的核心技術(shù)，其中的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和供電恢復(fù)技術(shù)作為重要的運(yùn)行控制手段，是優(yōu)化控制、恢復(fù)控制［3-4］的重要實(shí)現(xiàn)方式。本文重點(diǎn)分析在智能配電網(wǎng)條件下網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和供電恢復(fù)問(wèn)題面臨的若干技術(shù)需求，對(duì)與之相對(duì)應(yīng)的研究方向或思路進(jìn)行了探討，以期為后續(xù)研究提供參考。

1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與供電恢復(fù)的定位

配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)(簡(jiǎn)稱“網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)”)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在滿足系統(tǒng)各項(xiàng)約束的條件下(譬如拓?fù)浼s束、電氣約束和供電指標(biāo)約束等)，通過(guò)閉合/開(kāi)斷網(wǎng)絡(luò)中的分段、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)來(lái)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，從而達(dá)到優(yōu)化某項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)的目的。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)主要應(yīng)用于2個(gè)方面:在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作為優(yōu)化控制的手段，主要是以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)為目的，比如減小網(wǎng)損、消除過(guò)載、提高供電質(zhì)量等;在系統(tǒng)故障情況下，主要是通過(guò)分段、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的開(kāi)、斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)非故障停電區(qū)域的快速恢復(fù)供電［5］。本文所論述的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)主要限定在以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)為目標(biāo)的范圍內(nèi)。

供電恢復(fù)問(wèn)題嚴(yán)格來(lái)說(shuō)屬于配電網(wǎng)故障情況下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)范疇，作為恢復(fù)控制的重要手段，主要任務(wù)是在滿足配電網(wǎng)運(yùn)行約束的前提下，以恢復(fù)負(fù)荷最大化、開(kāi)關(guān)操作次數(shù)最小化、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式優(yōu)化等為目標(biāo)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)將盡可能多的斷電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到正常供電區(qū)域［6］。

2 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)需求

2.1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)

配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，隨著負(fù)荷大小、分布以及系統(tǒng)供電能力、電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，其運(yùn)行狀態(tài)也是實(shí)時(shí)變化的。從理論上講，不同運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)該對(duì)應(yīng)著一個(gè)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［7］，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行損耗最小、電能質(zhì)量最好、負(fù)荷分布最均衡等某項(xiàng)目標(biāo)最優(yōu)或某幾個(gè)目標(biāo)的綜合最優(yōu)。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)可以有多種選擇。

2.1.1 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

現(xiàn)實(shí)中配電系統(tǒng)潮流分布在不斷變化中，因此以有功功率損耗最小為目標(biāo)，或者說(shuō)是以配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)也可能隨之發(fā)生改變。以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為優(yōu)化目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)目標(biāo)函數(shù)可以表示為

式中:N為支路數(shù);Pi、Qi是支路i末端流過(guò)的有功功率和無(wú)功功率;Vi是支路i末端電壓幅值。

2.1.2 負(fù)荷均衡分布

負(fù)荷均衡分布包括配電系統(tǒng)各饋線間、各變電站間2個(gè)層次的概念，是指系統(tǒng)負(fù)荷分布與各饋線、變電站的供電能力相匹配，以提高系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率，提高系統(tǒng)供電能力、降低網(wǎng)絡(luò)損耗和降低過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)等。以負(fù)荷均衡分布為優(yōu)化目標(biāo)的配電網(wǎng)重構(gòu)目標(biāo)函數(shù)可以表示為

式中:Eqj、Eqsys分別是饋線負(fù)荷平衡系數(shù)和系統(tǒng)負(fù)荷平衡系數(shù);L為饋線數(shù)量;Sj、Sjmax是饋線出口功率、最大容量。上述公式同樣適用于變電站間負(fù)荷均衡分布的目標(biāo)。

2.1.3 提高可靠性

影響配電網(wǎng)供電可靠性的眾多因素中，配電網(wǎng)的運(yùn)行方式是十分重要的環(huán)節(jié)。搜索可以在不改變其他條件情況下系統(tǒng)可靠性最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方案，可以有效減少停電頻次和時(shí)間。以提高可靠性為優(yōu)化目標(biāo)的配電網(wǎng)重構(gòu)目標(biāo)函數(shù)可以表示為式中:M為負(fù)荷點(diǎn)數(shù)量;Pk是負(fù)荷點(diǎn)k的年平均負(fù)荷;Ck(R)是負(fù)荷點(diǎn)k在系統(tǒng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合R下的年停電時(shí)間。

2.1.4 多目標(biāo)優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)應(yīng)該是一個(gè)多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化的問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)不僅希望帶來(lái)經(jīng)濟(jì)性方面的改善，也期望可以改善電壓質(zhì)量、提高可靠性等。目前對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化的處理，大多是以經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)為主體，通過(guò)罰函數(shù)的形式將負(fù)荷均衡、電壓質(zhì)量等目標(biāo)進(jìn)行量化，然后與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)在某種程度上的綜合優(yōu)化。

2.2 重點(diǎn)研究方向探討

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)在智能配電網(wǎng)條件下，需要著重應(yīng)對(duì)大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、多能源形式接入等帶來(lái)的挑戰(zhàn)。具體來(lái)說(shuō)重點(diǎn)研究需求包括網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)啟動(dòng)策略、大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的離線/在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和計(jì)算方法選擇等網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)研究固有問(wèn)題，以及計(jì)及分布式電源的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等新問(wèn)題。

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)啟動(dòng)策略

從理論上講每個(gè)時(shí)間斷面都可能對(duì)應(yīng)1個(gè)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)損耗、負(fù)荷點(diǎn)電壓水平等優(yōu)于其他可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行管理中，不論從網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)計(jì)算能力、設(shè)備壽命還是電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)習(xí)慣來(lái)說(shuō)，都不可能允許分段、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于一種開(kāi)/斷狀態(tài)高頻次切換、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整的狀態(tài)。這樣就帶來(lái)一個(gè)需要關(guān)注的研究方向，即在何種情況下應(yīng)該啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，或者說(shuō)是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)啟動(dòng)策略問(wèn)題。

(1)綜合歷史、實(shí)時(shí)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的重構(gòu)方案。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作為系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的優(yōu)化控制手段時(shí)，為避免網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的頻繁變換和開(kāi)關(guān)的頻繁操作，不能僅僅依賴某一時(shí)間斷面的數(shù)據(jù)，而是應(yīng)該綜合供需雙方的歷史、當(dāng)前和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，以獲得某一時(shí)間段內(nèi)(如1個(gè)月、1個(gè)季度)累積效果最優(yōu)或較優(yōu)的方案。

可以通過(guò)一定等值計(jì)算采用階梯形曲線來(lái)近似替代實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化曲線，也可以考慮引入概率模型來(lái)模擬未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合開(kāi)關(guān)性能、運(yùn)維習(xí)慣等，以確定某給定時(shí)間段內(nèi)的最優(yōu)或較優(yōu)重構(gòu)方案。

(2)設(shè)置合理的重構(gòu)啟動(dòng)閾值。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作為系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的優(yōu)化控制手段時(shí)，結(jié)合歷史、實(shí)時(shí)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)確定的重構(gòu)方案并付諸實(shí)施一般可以獲得較好的運(yùn)行效果，但是在實(shí)際配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況有較大出入時(shí)，則可能新的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案相對(duì)于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的優(yōu)化效果更為明顯，當(dāng)優(yōu)化效果超過(guò)一定閾值時(shí)，就應(yīng)該啟動(dòng)新一輪的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作為緊急情況下的控制手段時(shí)，比如可能危及系統(tǒng)安全性的重載/過(guò)載情況，則應(yīng)該研究設(shè)定一定閾值，即在何種情況下需要盡快啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以消除這種可能性。

2.2.2 離線/在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和計(jì)算方法的選擇

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的理想狀態(tài)是可以實(shí)時(shí)或基本實(shí)時(shí)地跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行方式的動(dòng)態(tài)優(yōu)化目的。由于系統(tǒng)規(guī)模、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、開(kāi)關(guān)性能、通信信道、仿真計(jì)算速度等實(shí)際因素的制約，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)十分困難，并且在許多情況下具備實(shí)時(shí)調(diào)整能力的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)并無(wú)必要，同時(shí)也不符合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)習(xí)慣。需要說(shuō)明的是在某些較為緊急場(chǎng)景下，具備一定在線計(jì)算和操作能力的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)確實(shí)是必要的。

(1)離線/在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)適用場(chǎng)景。

配電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，以減少網(wǎng)絡(luò)損耗、提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷均衡水平(非超載/重載條件下)，提高系統(tǒng)可靠性等為目標(biāo)(非故障情況下)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)基本都可以接受離線計(jì)算方式。因?yàn)檎＿\(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)計(jì)算的時(shí)效性要求不高，更強(qiáng)調(diào)的是方案優(yōu)化問(wèn)題，并且智能配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開(kāi)關(guān)組合信息龐大，采用離線計(jì)算方式可以得出更為科學(xué)的操作方案。

在某些較為緊急場(chǎng)景下，比如某條饋線或變電站重載情況嚴(yán)重并有可能影響系統(tǒng)安全性的情況，這些場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)應(yīng)及時(shí)反應(yīng)并采取相應(yīng)措施，需要以實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)為計(jì)算決策依據(jù)，在線快速得出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行調(diào)整方案并執(zhí)行，也就是需要在線計(jì)算方式的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

(2)離線/在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)計(jì)算策略的選擇。

離線/在線方式的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)適用于不同目標(biāo)場(chǎng)景，對(duì)計(jì)算時(shí)間、精度的要求也不盡相同，因此應(yīng)該在不同應(yīng)用條件下采用適宜的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)計(jì)算策略。

對(duì)離線方式而言，對(duì)計(jì)算速度要求不高，因此可以考慮計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)但可以得到最優(yōu)(或接近最優(yōu))的計(jì)算方法，比如一些人工智能方法［8-9］或者多種方法的混合使用;對(duì)于在線(準(zhǔn)實(shí)時(shí))計(jì)算而言，則適宜采用可以快速得到較優(yōu)可行解的計(jì)算方法，比如基于規(guī)則的啟發(fā)式方法［10-11］等，或多種方法的混合使用。

2.2.3 含分布式電源的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

分布式電源接入的位置、注入功率以及功率因數(shù)的不同，都將對(duì)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案造成影響，例如功率因數(shù)由滯后到超前的變化，則分布式電源就從提供無(wú)功功率轉(zhuǎn)化到從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案將可能隨著發(fā)生變化;總出力相同的分布式電源集中接入和分散式接入，重構(gòu)結(jié)果也可能不同;隨著分布式電源注入有功功率的增加，系統(tǒng)有功損耗降低、節(jié)點(diǎn)電壓升高，同樣也會(huì)影響到重構(gòu)方案。因此應(yīng)該綜合考慮各類因素，盡量得出整體較優(yōu)結(jié)果。

對(duì)不含儲(chǔ)能裝置的風(fēng)力、光伏發(fā)電等不可調(diào)度式分布式電源而言，其輸出功率由風(fēng)速、光強(qiáng)等因素決定，隨機(jī)性較強(qiáng)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)結(jié)構(gòu)也可能隨時(shí)發(fā)生改變。為避免頻繁的開(kāi)關(guān)操作，目前主流做法是選擇給定時(shí)間段內(nèi)某時(shí)刻的分布式電源輸出功率和峰值負(fù)荷狀態(tài)作為系統(tǒng)代表狀態(tài)，然后就這一狀態(tài)下的目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化提出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的開(kāi)關(guān)操作方案，但這種方法只得出某一時(shí)刻的優(yōu)化方案，往往不是整體較優(yōu)的結(jié)果，因此未來(lái)應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)計(jì)算中結(jié)合分布式電源出力預(yù)測(cè)和系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)，研究在一定時(shí)間段內(nèi)的綜合優(yōu)化方案。

對(duì)于可調(diào)度式分布式電源［12］而言，因其具有優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能，其輸出功率可根據(jù)要求進(jìn)行控制，為充分發(fā)揮其對(duì)提高配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電能質(zhì)量和供電可靠性的作用，則應(yīng)從系統(tǒng)和分布式電源兩個(gè)方面出發(fā)，也就是要對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)和分布式電源注入功率兩種控制變量同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到整體較優(yōu)結(jié)果，這也是未來(lái)的一個(gè)重要研究方向。

3 供電恢復(fù)技術(shù)需求

3.1 供電恢復(fù)的優(yōu)化目標(biāo)

供電恢復(fù)的核心目標(biāo)是在允許的電氣、拓?fù)涞燃s束條件下，通過(guò)開(kāi)關(guān)的開(kāi)、斷操作，盡可能多地將非故障停電區(qū)域的負(fù)荷轉(zhuǎn)供到正常的饋線上，同時(shí)考慮到開(kāi)關(guān)操作壽命等，要求開(kāi)關(guān)的操作次數(shù)越少越好。故障恢復(fù)的主要目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)。

(1)負(fù)荷恢復(fù)最大化。

要求供電恢復(fù)決策應(yīng)盡可能多地恢復(fù)非故障停電區(qū)域的用戶供電，或者是盡可能少地切負(fù)荷，這是供電恢復(fù)最重要也是最基本的目標(biāo)。負(fù)荷恢復(fù)最大化可以是絕對(duì)量的最大化，也可以綜合考慮負(fù)荷重要程度來(lái)進(jìn)行加權(quán)處理。以負(fù)荷恢復(fù)最大為目標(biāo)的供電恢復(fù)目標(biāo)函數(shù)可以表示為

式中:Pk為待恢復(fù)供電負(fù)荷k的負(fù)荷量;yk是恢復(fù)狀態(tài)量，1表示可恢復(fù)，0表示不能恢復(fù);R是非故障停電區(qū)待恢復(fù)負(fù)荷的集合。

(2)開(kāi)關(guān)操作最少化。

供電恢復(fù)最終是要通過(guò)分段、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非故障停電區(qū)負(fù)荷的轉(zhuǎn)供。由于開(kāi)關(guān)壽命與操作次數(shù)密切相關(guān)，更為重要的是在實(shí)際電網(wǎng)中還有很多開(kāi)關(guān)的操作不能實(shí)現(xiàn)遙控，這樣開(kāi)關(guān)操作數(shù)量就與供電恢復(fù)所花費(fèi)的時(shí)間密切相關(guān)，因此供電恢復(fù)決策的一個(gè)很重要指標(biāo)就是要求在恢復(fù)負(fù)荷得到保證的前提下盡可能減少開(kāi)關(guān)操作數(shù)量。開(kāi)關(guān)操作次數(shù)最小化的目標(biāo)函數(shù)可以表示為

式中:Ns表示供電恢復(fù)過(guò)程中所需的開(kāi)關(guān)操作次數(shù)。

(3)運(yùn)行指標(biāo)優(yōu)化。

不同的供電恢復(fù)方案在執(zhí)行后，可能對(duì)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)荷均衡等系統(tǒng)優(yōu)化方面的效果并不一致，因此在滿足恢復(fù)負(fù)荷最大化等基本目標(biāo)的基礎(chǔ)上還要適當(dāng)考慮對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的影響。

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)可以用轉(zhuǎn)供路徑所增加的功率損耗最小來(lái)表達(dá)，目標(biāo)函數(shù)可以表示為

式中:Ntran表示在某一供電恢復(fù)方案中轉(zhuǎn)供路徑的數(shù)量;d Plj表示非故障停電區(qū)轉(zhuǎn)供負(fù)荷后沿第j條轉(zhuǎn)供路徑所增加的功率損耗。

負(fù)荷均衡目標(biāo)是指恢復(fù)方案應(yīng)盡量將失電區(qū)域的負(fù)荷按照各個(gè)聯(lián)絡(luò)饋線的轉(zhuǎn)供能力均勻分配，即轉(zhuǎn)帶負(fù)荷后各聯(lián)絡(luò)饋線的負(fù)載率比較均衡，目標(biāo)函數(shù)可以表示為

式中:F、Ftran分別表示在某一供電恢復(fù)方案中起到轉(zhuǎn)供作用饋線的集合和數(shù)量;Si、Simax分別表示饋線出口功率和最大容量。

(4)多目標(biāo)優(yōu)化。

供電恢復(fù)也應(yīng)該是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化的問(wèn)題，但是各目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)不一樣，因此在處理具體問(wèn)題時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇幾個(gè)指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)，采用加權(quán)處理或者分級(jí)處理的方式，實(shí)現(xiàn)計(jì)及多目標(biāo)的綜合優(yōu)化。

3.2 供電恢復(fù)的重點(diǎn)研究方向探討

供電恢復(fù)是目前配電自動(dòng)化中最基本、最重要也是應(yīng)用最廣泛的功能之一，可以有效減小停電范圍、停電時(shí)間，提高故障處理的業(yè)務(wù)自動(dòng)化和決策智能化水平。目前供電恢復(fù)研究面臨的主要挑戰(zhàn)包括配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、分布式電源接入、自然災(zāi)害應(yīng)對(duì)等問(wèn)題，因此可以面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的大規(guī)模復(fù)雜配電網(wǎng)供電恢復(fù)、計(jì)及分布式電源支持能力的供電恢復(fù)以及大面積停電情況下的快速恢復(fù)供電都成為需要盡快解決的問(wèn)題。

3.2.1 大規(guī)模復(fù)雜配電網(wǎng)的快速供電恢復(fù)

未來(lái)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)將會(huì)更加復(fù)雜，系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，系統(tǒng)面臨的不可預(yù)測(cè)事件將會(huì)越來(lái)越多，這些問(wèn)題使得想從全局來(lái)考慮、適應(yīng)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)并且可以快速得出較優(yōu)供電恢復(fù)方案的想法越來(lái)越難以實(shí)現(xiàn)。

近年來(lái)關(guān)于供電恢復(fù)的研究很多，但往往存在2個(gè)方面問(wèn)題:(1)面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的供電恢復(fù)方法一般以追求簡(jiǎn)單實(shí)用為主，著眼于快速得出可行方案，這樣往往在解決較復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的供電恢復(fù)問(wèn)題上不盡滿意;(2)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展許多理論性較強(qiáng)的算法研究，但同時(shí)存在與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)、管理情況不盡符合的情況，或者是為得出較優(yōu)解需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，難以在實(shí)際工程中應(yīng)用。綜合上述，未來(lái)供電恢復(fù)的研究需要更加注重實(shí)用性、先進(jìn)性相結(jié)合，注重與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)情況、設(shè)備性能現(xiàn)狀等方面的吻合，同時(shí)還要適應(yīng)未來(lái)復(fù)雜配電網(wǎng)的要求。

可以從以下幾個(gè)方面重點(diǎn)研究:(1)由于現(xiàn)有各類供電恢復(fù)計(jì)算方法都有各自優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，未來(lái)實(shí)現(xiàn)各類算法的合理結(jié)合將是一個(gè)趨勢(shì)，比如啟發(fā)式搜索和模糊推理相結(jié)合，建立故障恢復(fù)算法集和模糊專家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障信息與算法的匹配等;(2)供電恢復(fù)計(jì)算過(guò)程中有部分計(jì)算可以采用離線方式實(shí)現(xiàn)，可以考慮離線和在線計(jì)算相結(jié)合，縮短在線計(jì)算時(shí)間從而可以快速得出恢復(fù)方案;(3)為進(jìn)一步提高恢復(fù)效率，縮短恢復(fù)時(shí)間，如何采用并行式處理手段，開(kāi)發(fā)出更加全面可靠的綜合智能技術(shù)也將是重要的研究方向。

3.2.2 含分布式電源的配電網(wǎng)供電恢復(fù)

分布式電源類型眾多，其數(shù)學(xué)模型及在電網(wǎng)中承擔(dān)的任務(wù)不盡相同，不能按照常規(guī)電網(wǎng)中的電源進(jìn)行處理，因此含分布式電源的供電恢復(fù)問(wèn)題不能直接套用傳統(tǒng)的恢復(fù)算法［13］。

含分布式電源的供電恢復(fù)問(wèn)題需要首先考慮充分利用分布式電源對(duì)系統(tǒng)的支持作用，即當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，首先由主保護(hù)切除故障，然后利用孤島劃分算法根據(jù)故障前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)制定合理的孤島劃分方案，最后執(zhí)行孤島劃分方案，將配電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為孤島運(yùn)行方式。孤島的劃分應(yīng)全面考慮孤島運(yùn)行的特點(diǎn)以及電力系統(tǒng)對(duì)供電可靠性的要求，既保證孤島的穩(wěn)定運(yùn)行，又盡量使系統(tǒng)的停電損失降到最小。這樣就需要結(jié)合各類分布式電源系統(tǒng)的運(yùn)行控制特點(diǎn)，研究科學(xué)的孤島劃分方法，可以在故障發(fā)生后快速地使配電網(wǎng)過(guò)渡到孤島運(yùn)行方式，在故障被清除后，再恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.3 大面積斷電情況下快速供電恢復(fù)

隨著配電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大和系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)性的加強(qiáng)，以及局部地區(qū)自然災(zāi)害頻繁帶來(lái)的壓力，配電網(wǎng)大面積斷電的風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)存在，為減少可能情況對(duì)用戶、電網(wǎng)的影響，研究大面積停電情況下的快速供電恢復(fù)方法就顯得十分必要。

對(duì)于配電網(wǎng)而言，大面積斷電供電恢復(fù)主要是指對(duì)于發(fā)生單座或多座主變電站的多條10 kV母線失壓這類影響較大的事故后，研究如何在不造成過(guò)負(fù)荷的原則下，以甩負(fù)荷量最小為基本目標(biāo)(或通過(guò)一定權(quán)值處理后的甩負(fù)荷量)來(lái)最大限度地將受影響的負(fù)荷成批快速轉(zhuǎn)移到其他健全電源點(diǎn)上。主要研究方向包括線路最小甩負(fù)荷策略生成、連通系最小甩負(fù)荷批量負(fù)荷轉(zhuǎn)移策略生成、自動(dòng)生成最佳開(kāi)關(guān)操作順序等方面。

4 結(jié)語(yǔ)

智能配電網(wǎng)條件下，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、供電恢復(fù)面臨著大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、分布式電源等眾多新的挑戰(zhàn)，但同時(shí)也存在許多有利條件，例如通過(guò)大量智能量測(cè)設(shè)備可以獲得更加全面、豐富、可信的電網(wǎng)運(yùn)行信息，分布式/并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用等。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和供電恢復(fù)技術(shù)必將在提高配電網(wǎng)可靠、高效運(yùn)行水平以及實(shí)現(xiàn)各類分布式清潔電源高效利用等方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

［1］徐丙垠，李天友，薛永端.智能配電網(wǎng)與配電自動(dòng)化［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(17):38-41，55.

［2］余貽鑫.新形勢(shì)下的智能配電網(wǎng)［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2009，25(7):1-3.

［3］陳星鶯，顧欣欣，余昆，等.城市電網(wǎng)自愈控制體系結(jié)構(gòu)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(24):38-42.

［4］郭志忠.電網(wǎng)自愈控制方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29(10):85-91.

［5］吳文傳，張伯明.擬全局最優(yōu)的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)法［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(11):69-73.

［6］吳建中，余貽鑫.一種高效的配電網(wǎng)供電恢復(fù)算法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(10):83-86.

［7］楊濱，劉東，翁嘉明，等.網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中基于配電網(wǎng)拓?fù)涮卣鞯母倪M(jìn)遺傳算法［J］.華東電力，2009，37(5):749-754.

［8］余貽鑫，段剛.基于最短路算法和遺傳算法的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20(9):44-49.

［9］許立雄，呂林，劉俊勇.基于改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30(7):27-30，79.

［10］孫健，江道灼.一種多目標(biāo)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)新算法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27(20):57-61.

［11］張棟，張劉春，傅正財(cái).配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的快速支路交換算法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(9):82-85.

［12］趙晶晶，李新，彭怡，等.基于粒子群優(yōu)化算法的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和分布式電源注入功率綜合優(yōu)化算法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(17):162-166.

［13］盧志剛，董玉香.含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)策略［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(1):89-92，99.