張昌俊，王海生，邱劍洪，李琳瑋，呂懿

（海南電網(wǎng)有限責任公司，海南 ?？?570100）

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷進步，人們對電力環(huán)境提出了更高要求。以往居民或企業(yè)供電均使用不可再生能源，導(dǎo)致電價較高，影響了人們的正常用電［1］。隨著可再生能源發(fā)電模式的推廣，家家戶戶有電可用已成為現(xiàn)實。在此大環(huán)境下，集中發(fā)電已經(jīng)不能滿足電網(wǎng)的電力供應(yīng)需求。因此，分布式配電網(wǎng)的出現(xiàn)在電力企業(yè)供電中起到了至關(guān)重要的作用［2］。

分布式配電網(wǎng)是將集成分配的電力轉(zhuǎn)變?yōu)閱为毷褂玫碾娋W(wǎng)，將配電網(wǎng)進行區(qū)域劃分，從而實現(xiàn)單獨供電的目標。此種方式最大的優(yōu)勢在于當區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，將不會影響大面積停電，其他區(qū)域的電力供給仍可以繼續(xù)，這大大降低了停電發(fā)生的幾率［3］。但分布式配電網(wǎng)的發(fā)展時間較短，配電網(wǎng)運行環(huán)境較為復(fù)雜，導(dǎo)致外界干擾因素眾多，而使分布式配電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致停電不可避免。為此，該領(lǐng)域研究者針對停電故障恢復(fù)進行了很多的研究。但傳統(tǒng)配電網(wǎng)故障停電恢復(fù)方法，停電檢修時間較長，恢復(fù)時間較為緩慢，無法有效地保證居民的用電質(zhì)量。

基于此，本文研究了分布式配電網(wǎng)故障停電快速恢復(fù)方法，旨在縮短配電網(wǎng)故障恢復(fù)時間，實現(xiàn)快速恢復(fù)用電，為居民與企業(yè)用電提供保證。

1 分布式配電網(wǎng)故障停電快速恢復(fù)方法設(shè)計

1.1 分布式配電網(wǎng)故障特征分析

分布式配電網(wǎng)具有不同的特性，其故障特征也不同。在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，配電網(wǎng)會出現(xiàn)短暫的隔離現(xiàn)象。分布式配電網(wǎng)會在此階段向外持續(xù)供電，直至電能消失［4］。在此過程中，分布式配電網(wǎng)的故障特征可由專業(yè)檢修人員進行判斷，但普遍會出現(xiàn)可控性差、輸出波動較小等缺點。當失去配電網(wǎng)的支持后，電網(wǎng)電能供給質(zhì)量將會出現(xiàn)問題，并容易造成居民用電的安全事故或檢修人員的觸電事故。此外，分布式配電網(wǎng)在隔離時，電能供給的管理能力會出現(xiàn)下降，會脫離電網(wǎng)監(jiān)控范圍，從而難以維持電力供給。本文在提取分布式配電網(wǎng)故障特征的過程中認為，配電網(wǎng)具有靈活性特征、空間分布特征、區(qū)域供電便利條件特征等。

一般情況下，為了保證配電網(wǎng)正常運行，會在電網(wǎng)與母線之間安裝斷路開關(guān)，通過斷開電網(wǎng)母線節(jié)點，將電網(wǎng)負荷進行切除，從而保證電網(wǎng)的安全檢修［5］。而此種方式在操作的過程中，可以保證母線在斷開電路后正常使用。因此，配電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會被打亂，從而提高分布式配電網(wǎng)的恢復(fù)靈活性。

1.2 配電網(wǎng)故障停電快速恢復(fù)流程優(yōu)化

為了保證配電網(wǎng)故障停電快速恢復(fù)效果，本文在確定了分布式配電網(wǎng)故障特征的基礎(chǔ)上，對配電網(wǎng)故障停電恢復(fù)流程進行優(yōu)化［6］。

首先，提取出分布式配電網(wǎng)供電數(shù)據(jù)，各個分布區(qū)域的負荷量與電荷容量均需要精準把控，由此得出各個區(qū)域的實際電壓情況，并最大限度地縮小配電網(wǎng)故障范圍。其次，利用等效負荷簡化模塊，處理分布式配電網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，標記故障停電區(qū)域，在確定各個節(jié)點負荷與容量符合標準的前提下，對各個節(jié)點的負荷環(huán)境進行重新規(guī)劃，從而縮短故障停電時間。最后，通過查找停電區(qū)域是否具有分布式配電網(wǎng)，進一步縮小停電區(qū)域，對于停電未恢復(fù)的區(qū)域需要重新規(guī)劃，按照分布式配電網(wǎng)的接入規(guī)則，將斷路開關(guān)進行接入，以最少的負荷提供最大的供電輸出，保證停電后恢復(fù)電能可以正常使用。對于停電恢復(fù)供電來講，配電網(wǎng)始終會遭受到較大的損害，本文以最小損害為設(shè)計目標，對停電后配電網(wǎng)負荷進行簡化，得出理想輸出負荷公式如下：

式（1）中，Alood為理想輸出負荷，Upower為停電時配電網(wǎng)的負荷，U0為配電網(wǎng)的初始負荷，Renergy為停電時配電網(wǎng)的輸出能量。

通過簡化配電網(wǎng)的停電負荷，在停電過程中形成一個負荷約束支路，在此支路中，可以不斷調(diào)試恢復(fù)供電的最佳方案，從而縮短故障停電時間。

1.3 配電網(wǎng)故障恢復(fù)模型構(gòu)建

在分布式配電網(wǎng)的接入過程中，電網(wǎng)節(jié)點較多，各個支路之間的負荷配置情況存在較大的差距，也就導(dǎo)致停電故障恢復(fù)后電力供給失調(diào)的問題［7］。配電網(wǎng)故障恢復(fù)的措施主要包括：在容易出現(xiàn)故障區(qū)域安裝斷路開關(guān)；增加配電網(wǎng)供電節(jié)點接入容量；減少配電網(wǎng)供電節(jié)點接入容量；緩解停電負荷節(jié)點能量；增加停電負荷功率；減少停電負荷功率等。在以上恢復(fù)措施中，傳統(tǒng)方式缺乏大量的實際數(shù)據(jù)，恢復(fù)供電的速度始終較為緩慢。

本文考慮到分布式配電網(wǎng)的復(fù)雜情況，將電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進行重新界定，通過精準的數(shù)據(jù)測量結(jié)果，將配電網(wǎng)故障恢復(fù)模型進行重新設(shè)定。該模型的具體簡化圖如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)故障恢復(fù)簡化模型

如圖1所示，M與N分別為模型中的配電網(wǎng)故障的兩個節(jié)點，本文截取M與N節(jié)點為例，將故障類型進行劃分，并計算每個配電網(wǎng)節(jié)點恢復(fù)供電所需要的能量。計算公式如下：

式（2）中，Spower為配電網(wǎng)節(jié)點恢復(fù)供電所需要的能量，為A支路上需要消耗的最大容量，為A支路上需要消耗的最小容量。本文通過配電網(wǎng)故障恢復(fù)簡化模型，將故障節(jié)點中恢復(fù)所需能量進行計算，從而為電網(wǎng)恢復(fù)提供更加精準的數(shù)據(jù)。

1.4 分布式配電網(wǎng)故障停電快速恢復(fù)的實現(xiàn)

為了實現(xiàn)分布式配電網(wǎng)故障停電快速恢復(fù)，本文以縮短停電時間為研究目標，通過優(yōu)化流程與簡化模型，對分布式配電網(wǎng)進行深化分析。由于電力恢復(fù)過程中，根據(jù)電力恢復(fù)效果，可以將負荷分為三個等級。一級負荷故障為最嚴重的故障，會造成人員傷亡。二級負荷故障會對經(jīng)濟造成較大的損失。三級負荷故障會影響正常居民或企業(yè)的用電［8］。本文通過簡化配電網(wǎng)故障模型，將配電網(wǎng)停電恢復(fù)過程中需要的負荷進行重新劃分，減少各個支路上消耗的容量，從而減少恢復(fù)電能所需要的負荷。在本文設(shè)計的方法中，分布式配電網(wǎng)與停電故障的區(qū)域會形成一個閉環(huán)，此環(huán)以電網(wǎng)突發(fā)故障為運行信號，在不同的支路中存在較多的能量分解元素，可以減少配電網(wǎng)故障檢修出現(xiàn)觸電事故的幾率。為了縮短配電網(wǎng)的恢復(fù)時間，本文在閉環(huán)中的各個支路均設(shè)置了斷路開關(guān)，可以在配電網(wǎng)發(fā)生故障的第一瞬間，移除殘余能量，從而快速地恢復(fù)供電，保證居民與企業(yè)的正常用電。

2 實驗分析

為了驗證本文設(shè)計的方法是否具有實用效果，本文以X配電網(wǎng)為例，采用對比實驗方式，將傳統(tǒng)配電網(wǎng)快速恢復(fù)方法與本文所設(shè)計的配電網(wǎng)快速恢復(fù)方法進行對比，通過不同恢復(fù)措施進行實驗，以確保實驗數(shù)據(jù)的準確性。

2.1 實驗過程

X配電網(wǎng)中包含較多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，外部配電網(wǎng)存在較多等效節(jié)點，因此，該區(qū)域的配電網(wǎng)總負荷為3362kW＋kc614kVar。為了保證該區(qū)域的配電網(wǎng)可以安全運行，區(qū)域內(nèi)的配電電壓會固定在13.12kV左右。實驗開始前，本文在電網(wǎng)中分布式發(fā)電部分，分別接入5、10、20個節(jié)點，節(jié)點為5時，容量為700kW，功率因素為0.9；節(jié)點為10時，容量為5000kW，功率因素為1.0；節(jié)點為 20時，容量為 700kW，功率因素為0.9。在配電網(wǎng)快速恢復(fù)的過程中，斷開開關(guān)是最主要的恢復(fù)方式。X配電網(wǎng)存在S1－35個配電開關(guān)，本文將 S4、S8、S16、S20、S24、S28、S32 等開關(guān)進行斷開，并將停電負荷節(jié)點數(shù)設(shè)置為24個，保證停電過程中，配電網(wǎng)負荷總功率在460kW以內(nèi)，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)故障的最快恢復(fù)效果。

此外，本文考慮到配電網(wǎng)負荷等級，將本次實驗分為三個階段，在第一階段，將電網(wǎng)負荷節(jié)點設(shè)置為2，此時的負荷等級為4，負荷量200kW；在第二階段，將電網(wǎng)負荷節(jié)點設(shè)置為4，此時的負荷等級為2，負荷量160kW；在第三階段，將電網(wǎng)負荷節(jié)點設(shè)置為12，此時的負荷等級為4，負荷量100kW，則能保證總負荷在460kW左右，最大限度地保證配電網(wǎng)的負荷情況。

2.2 實驗結(jié)果分析

在上述實驗環(huán)境下，本文將傳統(tǒng)配電網(wǎng)快速恢復(fù)方法的恢復(fù)時間，與本文設(shè)計的配電網(wǎng)快速恢復(fù)方法的恢復(fù)時間進行對比，實驗結(jié)果如表1所示。

表1 實驗結(jié)果

如表1所示，本文將恢復(fù)措施分為重置開關(guān)、增加節(jié)點接入容量、減少節(jié)點接入容量、停電負荷節(jié)點、增加停電負荷功率、減少停電負荷功率等6部分。其中，減少節(jié)點接入容量與減少停電負荷功率的措施，恢復(fù)時間較長。傳統(tǒng)配電網(wǎng)快速恢復(fù)方法恢復(fù)時間均超過0.1s，故障停電快速恢復(fù)效果不佳，影響人們的用電正常生活。而本文設(shè)計的配電網(wǎng)快速恢復(fù)方法恢復(fù)時間均能保證在0.1s以內(nèi)，故障停電快速恢復(fù)效果較好，驗證了本文方法的有效性。

3 結(jié)論

近年來，我國電力事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展態(tài)勢，可再生能源發(fā)電為電力事業(yè)提供了保障，推進了電力市場的進一步發(fā)展。隨著人們用電量的增加，配電系統(tǒng)越加復(fù)雜，配電網(wǎng)停電故障現(xiàn)象頻發(fā)。基于此，本文研究了分布式配電網(wǎng)故障停電快速恢復(fù)方法，旨在減少配電網(wǎng)故障，縮短故障停電時間，為人們生活提供更好服務(wù)。