侯宇翔 ，彭敏放，朱 亮 ，車紅衛(wèi)，侯婧媖

（1.湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長沙 410082；2.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南 長沙 410007）

0 引言

現(xiàn)代配電系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模越來越大，其發(fā)生故障后造成的風(fēng)險也越來越嚴(yán)重。采取有效的故障恢復(fù)措施以減少系統(tǒng)故障損失負(fù)荷，客觀正確地評估配電系統(tǒng)風(fēng)險程度，對于保證配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行十分重要［1］。當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障后，通過合適的故障恢復(fù)策略恢復(fù)系統(tǒng)供電，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建風(fēng)險評估指標(biāo)，評估系統(tǒng)風(fēng)險程度，是本文的研究目標(biāo)。

配電網(wǎng)通常具有閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的特點，其配置了較多分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)［2］。傳統(tǒng)配電網(wǎng)可通過調(diào)整分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)，通過聯(lián)絡(luò)線TL（Tie Line）轉(zhuǎn)供的方式恢復(fù)被隔離故障區(qū)域的負(fù)荷［3］。隨著分布式電源DG（Distributed Generation）的大量接入，配電網(wǎng)從單電源輻射狀的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槎嚯娫淳W(wǎng)絡(luò)，通過對故障后的停電區(qū)域進(jìn)行孤島劃分，可以降低停電損失，提高系統(tǒng)可靠性［4］，IEEE 1547 — 2003將標(biāo)準(zhǔn)DG計劃孤島的實現(xiàn)作為以后的工作重點［5］。因此含DG的配電系統(tǒng)可以通過TL轉(zhuǎn)供和DG孤島劃分等方式恢復(fù)故障停電區(qū)域的供電，而這2種方式相結(jié)合的故障恢復(fù)方案研究成果相對較少，且尚未考慮如何選擇DG入網(wǎng)位置可以最大限度地恢復(fù)供電、降低系統(tǒng)負(fù)荷損失風(fēng)險的問題。對智能電網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險評估相對于以往確定性安全評估更能夠考慮到運行系統(tǒng)中的不確定性因素［6］，對識別網(wǎng)絡(luò)中的薄弱環(huán)節(jié)和主要風(fēng)險因素、實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)運行具有重要意義［7］。目前專家學(xué)者在配電網(wǎng)風(fēng)險研究方面提出很多評估指標(biāo)，然而DG輸出功率的間歇性和隨機性、孤島劃分策略的大量調(diào)用等因素使得配電網(wǎng)風(fēng)險評估更為冗雜，傳統(tǒng)的風(fēng)險評估體系與流程方法已不再適用［8］。文獻(xiàn)［9］綜合考慮元件故障概率和故障所造成的失電負(fù)荷進(jìn)行風(fēng)險評估，但未考慮恢復(fù)策略對減小停電損失的影響。文獻(xiàn)［8］提出失負(fù)荷概率、電量不足、重要負(fù)荷損失程度的停電風(fēng)險嚴(yán)重程度指標(biāo)，但僅考慮孤島劃分進(jìn)行供電恢復(fù)的策略，忽視了聯(lián)絡(luò)開關(guān)的存在。

為了評估含DG配電系統(tǒng)的風(fēng)險程度，本文基于系統(tǒng) N-1故障情況，構(gòu)建了系統(tǒng)負(fù)荷點損失風(fēng)險和線路過負(fù)荷風(fēng)險指標(biāo)及其綜合風(fēng)險指標(biāo)，指標(biāo)考慮了負(fù)荷停電、低電壓和DG概率性供電帶來的失負(fù)荷情況，通過對風(fēng)險值的統(tǒng)計找到系統(tǒng)脆弱節(jié)點和線路。同時基于啟發(fā)式算法提出TL轉(zhuǎn)供和DG相配合的系統(tǒng)故障恢復(fù)策略，在含TL的配電網(wǎng)基礎(chǔ)上，從最大限度地降低系統(tǒng)負(fù)荷點損失風(fēng)險角度討論DG的入網(wǎng)位置選擇。算例結(jié)果驗證了所提方法的正確性和有效性，可指導(dǎo)配電網(wǎng)規(guī)劃及風(fēng)險預(yù)防。

1 含DG的配電網(wǎng)元件模型構(gòu)建

1.1 風(fēng)力發(fā)電概率模型

計算風(fēng)力發(fā)電機（WTG）有功輸出的前提是需要知道風(fēng)速分布曲線，本文采用威布爾（Weibull）分布來擬合風(fēng)速［10］。

其中，kW、cW為威布爾參數(shù)，取kW=2。WTG有功輸出PWTG與風(fēng)速v之間具有如下函數(shù)關(guān)系：

其中，為WTG的額定容量；vci、vr、vco分別為WTG的切入風(fēng)速、額定風(fēng)速及切出風(fēng)速。

1.2 光伏發(fā)電概率模型

白天太陽能光照強度近似服從Beta分布，其概率密度函數(shù)如下［10］：

其中，r和rmax分別為實際光強和最大光強，單位為W /m；Γ（·）為伽馬函數(shù)；α和β為Beta分布的形狀參數(shù)。光伏發(fā)電機（PVG）的有功輸出PPVG與電池組件總面積A、光電轉(zhuǎn)換效率η成正比，即 PPVG=Aηr。當(dāng)光照強度為rmax時，其輸出最大功率為PPVGmax。

1.3 負(fù)荷模型

負(fù)荷點的負(fù)荷供電相對穩(wěn)定，可視為恒常負(fù)荷。

2 風(fēng)險評估指標(biāo)的構(gòu)成

2.1 風(fēng)險評估理論

風(fēng)險理論是研究導(dǎo)致災(zāi)害的可能性和傷害嚴(yán)重程度的理論［11］。配電網(wǎng)運行風(fēng)險可表示為：

其中，Ele為預(yù)想事故集中的元件集合；Xt為故障前的運行狀態(tài)；E為不確定事故；C為不確定事故造成的后果；pi（E /Xt）為在 Xt下 E 出現(xiàn)的概率；Si（C /E）為在E下產(chǎn)生的后果嚴(yán)重程度；R（C/Xt）為運行風(fēng)險指標(biāo)值。

2.2 線路故障概率模型的建立

線路自身存在固有故障率λ0，其實際故障率也與通過該線路的過負(fù)荷程度有關(guān)。結(jié)合效用理論，定義該線路的實際故障率如下［12］：

其中，L為流過線路的電流占其額定電流的比例；a為線路電流與額定電流的比值，通常取a=0.8；SOD為過負(fù)荷指標(biāo)；λ為線路實際故障率。系統(tǒng)出現(xiàn)2條及以上線路故障的概率極低，通常采用N-1安全準(zhǔn)則評估配電網(wǎng)的安全供電能力［13］。本文考慮N-1故障情況下的配電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)險，在評估時間T內(nèi)第j條線路發(fā)生故障而其他線路正常的概率λEj的計算式如下：

其中，Λ為系統(tǒng)中未發(fā)生故障的正常線路集合。

2.3 評估指標(biāo)的構(gòu)建

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障Ej時，含DG的配電網(wǎng)可以通過TL轉(zhuǎn)供以及DG孤島劃分的方式，恢復(fù)配電系統(tǒng)部分停電用戶的供電。當(dāng)進(jìn)行DG供電時，DG對部分停電用戶的供電概率計算式如下：

其中，vGmin、rGmin分別為DG恰好滿足其供電用戶所需負(fù)荷時的風(fēng)速和光照強度；pDay為白天時間占全天時間的比例。

2.3.1 負(fù)荷點損失風(fēng)險指標(biāo)

當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障Ej且通過恢復(fù)方案恢復(fù)了部分負(fù)荷點的供電后，系統(tǒng)中的所有負(fù)荷點將處于3類區(qū)域：連接系統(tǒng)（含TL轉(zhuǎn)供）區(qū)域（Ⅰ類區(qū)域）、停電區(qū)域（Ⅱ類區(qū)域）及DG恢復(fù)供電區(qū)域（Ⅲ類區(qū)域）。負(fù)荷點的損失風(fēng)險指標(biāo)考慮了停電和低壓2種情況導(dǎo)致的該點用戶和能量的損失風(fēng)險。配電網(wǎng)負(fù)荷增長使其母線電壓低于限定值，是風(fēng)險評估的考慮因素［14-15］。在此研究其供電不足導(dǎo)致的節(jié)點負(fù)荷損失風(fēng)險，其中的負(fù)荷點負(fù)荷功率P∝V2（V為負(fù)荷點實際電壓與額定電壓的比值），低電壓導(dǎo)致的用戶和能量損失程度為 LLV，利用 SLV（0＜SLV＜1）對其影響進(jìn)行放大處理，計算式如下：

第i個負(fù)荷點在故障Ej下的損失風(fēng)險值為：

其中，φSC為系統(tǒng)所有節(jié)點及線路集合；T為評估周期；t為故障持續(xù)時間；為發(fā)生故障Ej時第i個負(fù)荷點的低電壓程度；ni、μi分別為第i個負(fù)荷點的供電用戶數(shù)和重要度；由于負(fù)荷點的用戶和能量的損失評估在負(fù)荷點風(fēng)險評估中的重要程度相同，則ρ1=ρ2=0.5；Pi、Pk分別為第i、k 個負(fù)荷點的功率；p1、p2為對應(yīng)負(fù)荷點處于3類區(qū)域下的供電概率，當(dāng)負(fù)荷點在Ⅰ類區(qū)域時有p1=0、p2=0，當(dāng)負(fù)荷點在Ⅱ類區(qū)域時有p1=1、p2=0，當(dāng)負(fù)荷點在Ⅲ類區(qū)域（第k個DG供電，供電概率為）時有。第i個負(fù)荷點在所有故障下的損失風(fēng)險統(tǒng)計值為：

其中，φEt為預(yù)想事故集合。

2.3.2 線路過負(fù)荷風(fēng)險指標(biāo)

過負(fù)荷風(fēng)險反映的是系統(tǒng)發(fā)生事故導(dǎo)致系統(tǒng)中線路傳輸功率過載的可能性和危害程度［11］。系統(tǒng)發(fā)生故障Ej及配電網(wǎng)恢復(fù)供電之后，結(jié)合式（5）、（6）計算第i條線路Li的過負(fù)荷程度值，得到系統(tǒng)發(fā)生故障Ej后第i條線路的過負(fù)荷風(fēng)險值RLineij為：

其中，為配電系統(tǒng)發(fā)生故障Ej時第i條線路的過負(fù)荷程度；m0為所有線路的數(shù)目；當(dāng)L=1時，SOD=；pLine為線路處于不同區(qū)域下的供電概率，當(dāng)線路在Ⅰ類區(qū)域時有pLine=1，當(dāng)負(fù)荷點在Ⅱ類區(qū)域時有pLine=0，當(dāng)負(fù)荷點在Ⅲ類區(qū)域（第k個DG供電）時有。第i條線路在所有故障下的過負(fù)荷風(fēng)險統(tǒng)計值為：

2.3.3 系統(tǒng)綜合風(fēng)險值

當(dāng)發(fā)生故障Ej后，系統(tǒng)綜合風(fēng)險值不僅包含負(fù)荷點損失風(fēng)險值，也包含線路過負(fù)荷風(fēng)險值，綜合風(fēng)險值REj如下：

其中，σ1、σ2為權(quán)重系數(shù)。負(fù)荷點損失風(fēng)險值的建立是為了評估系統(tǒng)停電區(qū)域供電恢復(fù)程度和低電壓損失程度，是主要評估指標(biāo)。然而當(dāng)更多的負(fù)荷點被恢復(fù)供電時，會使得配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理，線路存在較大過電流現(xiàn)象，使恢復(fù)后的系統(tǒng)難以穩(wěn)定工作，因此設(shè)置線路過負(fù)荷風(fēng)險指標(biāo)作為參考評估指標(biāo)，該指標(biāo)值需滿足式（17），否則故障恢復(fù)方案不可取。

其中，為系統(tǒng)正常供電時線路過負(fù)荷程度；γL為裕度值，取值1.0～1.2。本文定義權(quán)重系數(shù)的設(shè)置為σ1=0.8，σ2=0.2，得到系統(tǒng)綜合風(fēng)險統(tǒng)計值RSys如下：

3 系統(tǒng)故障恢復(fù)方案

本文研究的配電系統(tǒng)發(fā)生故障后的停電負(fù)荷恢復(fù)方案包括TL轉(zhuǎn)供和DG孤島供電方案。由于TL轉(zhuǎn)供可以使停電負(fù)荷重新連接到配電系統(tǒng)，實現(xiàn)穩(wěn)定的供電，而DG供電具有概率性，因此TL轉(zhuǎn)供是作為停電負(fù)荷恢復(fù)供電的優(yōu)選方案，其中能夠通過TL轉(zhuǎn)供的條件為：當(dāng)發(fā)生故障Ej時，能夠投入轉(zhuǎn)供的TL一端連接在正常供電區(qū)域，另一端連接在故障停電區(qū)域，其中不包括經(jīng)過TL轉(zhuǎn)供之后滿足該條件的TL。之后對于剩余的故障停電負(fù)荷點通過DG進(jìn)行孤島供電，當(dāng)其接入的負(fù)荷點處于停電狀態(tài)時投入供電。為了保證配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)始終呈輻射狀，每個孤島內(nèi)僅有1個TL或DG單獨供電。

3.1 孤島電源出力容量

由于TL轉(zhuǎn)供會改變配電網(wǎng)原有結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)配電系統(tǒng)線路電流過大和節(jié)點用戶電壓過低而增大系統(tǒng)風(fēng)險的情況，需限制TL轉(zhuǎn)供出力容量為PTL。對于DG供電，由于考慮到概率供電情況，因此要保證其在孤島供電時具有較大的供電概率。DG最大供電負(fù)荷為 Pmax，設(shè)置供電裕度 μ（0＜μ＜1），滿足轉(zhuǎn)供條件的TL與DG均視為孤島電源S，孤島電源出力容量計算式如下：

3.2 孤島劃分目標(biāo)

a.優(yōu)先考慮通過TL對故障停電區(qū)域供電。

b.孤島內(nèi)應(yīng)盡量包括負(fù)荷等級更高的負(fù)荷點。

c.負(fù)荷等級相同時恢復(fù)用戶數(shù)更多的負(fù)荷點。

d.對于有相同負(fù)荷等級及用戶數(shù)的負(fù)荷點，優(yōu)先考慮有功較小的負(fù)荷。

3.3 約束條件

a.每個孤島內(nèi)僅有單個孤島電源S供電。

b.孤島內(nèi)孤島電源S出力必須大于負(fù)荷需求。

3.4 孤島劃分算法與步驟

本文基于啟發(fā)式搜索算法，先通過TL作為孤島電源對故障區(qū)域進(jìn)行孤島劃分，然后通過DG對剩余故障區(qū)域進(jìn)行二次孤島劃分，2次孤島搜索過程相同，步驟如下。

（1）分別標(biāo)記系統(tǒng)中第i個負(fù)荷點處于正常供電（Mki=0）或故障停電狀態(tài)（Mki=1）的情況，設(shè)置所有停電區(qū)域的線路標(biāo)記Lg=1，找到可以投入使用的所有孤島電源集合 Sk∈ΦS，若 ΦS≠，對 ΦS中的 Sk（k=1，2，…，NS）進(jìn)行編號，從 Sk（k=1）開始孤島搜索過程；否則系統(tǒng)孤島劃分結(jié)束。

（2）找到與Sk相連的Mki=1的負(fù)荷點，形成集合φSk，按孤島劃分目標(biāo)b、c對φSk中負(fù)荷點排序，逐個搜索，此時考慮如下2種情況。

a.若找到 Ni∈φSk使得 PSk+PNi≥0，將 Ni融合進(jìn)Sk，標(biāo)記 Mki=0，以及Sk與Ni之間的線路記號Lgki=1，新的孤島電源出力 PSk=PSk+PNi，找到下一個 Sk（k=k+1，若 k=NS，則 k=1），繼續(xù)步驟（2）。

b.若?Ni∈φSk都出現(xiàn) PSk+PNi＜0 的情況，或者φSk=，標(biāo)記所有與Sk相連的Ni的線路的Lgki=0，從 ΦS中移出 Sk；若 ΦS≠，對 ΦS的孤島電源重新編號，設(shè)置k=1，繼續(xù)步驟（2），否則所有可以投入的孤島電源搜索完畢，進(jìn)入步驟（3）。

（3）經(jīng)過上述步驟（1）、（2）之后，將所有標(biāo)記 Lg=0的線路斷開，此時形成的每個孤島系統(tǒng)都只有單個孤島電源S供電。

4 DG入網(wǎng)位置選擇

在配電系統(tǒng)中TL接入位置已經(jīng)確定的前提下研究DG入網(wǎng)位置的選擇，而DG入網(wǎng)位置與系統(tǒng)故障恢復(fù)策略有關(guān)。按照3.4節(jié)中的孤島劃分算法，在每次系統(tǒng)出現(xiàn)故障后首先有TL作為孤島電源對停電區(qū)域進(jìn)行孤島劃分，無論系統(tǒng)中是否含有DG，故障集Et與TL恢復(fù)供電方案集存在一一對應(yīng)的關(guān)系，即有，其中 φNoTL為未被 TL 轉(zhuǎn)供的故障區(qū)域，需要通過DG恢復(fù)供電，參考式（12），將引入DG使φNoTL區(qū)域內(nèi)所有負(fù)荷點的損失風(fēng)險值之和最小作為DG入網(wǎng)位置選擇目標(biāo)。

4.1 DG入網(wǎng)位置選擇目標(biāo)函數(shù)

DG入網(wǎng)位置選擇的目標(biāo)函數(shù)如下：

其中，為系統(tǒng)處于故障Ej下的所有DG供電區(qū)域，且。

4.2 DG入網(wǎng)候選負(fù)荷點的確定

對于有TL轉(zhuǎn)供的配電系統(tǒng)，參照式（13）分別計算所有負(fù)荷點的損失風(fēng)險統(tǒng)計值，設(shè)置其基準(zhǔn)參考值為，其中為系統(tǒng)中損失風(fēng)險較大的負(fù)荷點，將DG接入該點能夠較大限度地降低目標(biāo)函數(shù)f，該點即為候選負(fù)荷點 NLS，而 n（n≥1）個 NLS在同一條線路上則稱為候選支路BLS。找到系統(tǒng)NLS可以縮小DG的入網(wǎng)選擇范圍，進(jìn)而確定DG的入網(wǎng)位置。

4.3 單個DG接入后降低負(fù)荷點損失風(fēng)險統(tǒng)計值

考慮到當(dāng)某些故障Ej發(fā)生后不同的BLS在系統(tǒng)中被TL供電區(qū)域“隔離”開，DG在不同的BLS上進(jìn)行孤島劃分時互不影響，因此將DG接入不同的缺供線路上可以保證DG更大概率、更大范圍地恢復(fù)供電。在此研究單個DG接入系統(tǒng)后降低系統(tǒng)負(fù)荷點損失風(fēng)險統(tǒng)計值的情況。設(shè)系統(tǒng)有m個DG待接入配電系統(tǒng)，BLS有N條。計算第k個DG接入第l條BLS、節(jié)點號為Xlx的NLS后降低負(fù)荷點的損失風(fēng)險統(tǒng)計值，形成該DG接入的 BLS上所有降低負(fù)荷點損失風(fēng)險統(tǒng)計值的集合 Rk，l，從中找到最大值 Fk，l，入網(wǎng)點標(biāo)記為。計算式如下：

4.4 DG入網(wǎng)位置選擇步驟

a.分別給每個DG、每條BLS編號，找到每個DG接入每條BLS得到的Fk，l以及，形成m×N階判斷矩陣 F，如式（22）所示。

考慮到m、N的大小不同，進(jìn)入以下步驟。

b.當(dāng)m≤N時，可以保證每個DG能夠接入系統(tǒng)不同的BLS上，找到矩陣中的最大值max（F），可以確定找到其中的入網(wǎng)點，此時將該點所在的行和列全部置0，再重復(fù)以上過程，直到得到，即所有的DG分別在各條BLS上位置確定；若m＞N，則進(jìn)入步驟 c。

c.該情況下當(dāng)所有的BLS上接入了DG之后，仍有多余的DG需要入網(wǎng)。通過步聚a、b，得到了N個DG的入網(wǎng)位置，對剩余的DG再進(jìn)行重新編號，去掉BLS上已經(jīng)接入DG的點NLS，繼續(xù)步聚a、b，直到所有的DG都接入配電系統(tǒng)中，結(jié)束計算。

5 算例分析

5.1 算例參數(shù)設(shè)置

本文以配電網(wǎng)33節(jié)點系統(tǒng)為例進(jìn)行計算，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚唧w如圖1所示。支路阻抗和功率參數(shù)見文獻(xiàn)［16］。

圖1 IEEE 33節(jié)點配電網(wǎng)拓?fù)鋱DFig.1 Topology of IEEE 33-bus distribution system

根據(jù)線路所處系統(tǒng)的位置和類型將其分為干路（L1—L5，λ0=0.093，額定電流 In=5.3 kA）、支路（L6—L32，λ0=0.114，In=2.2 kA）和聯(lián)絡(luò)線路（L33— L37，無λ0，In=1.8 kA）。負(fù)荷點負(fù)荷等級在 1、10、100 之間隨機取得：一級負(fù)荷，等級系數(shù)為100，有節(jié)點5、6、16、17、21、22、28、29、33；二級負(fù)荷，等級系數(shù)為 10，有節(jié)點 2、4、7 — 9、11 — 13、15、18、26、27、30 — 32；三級負(fù)荷，等級系數(shù)為 1，有節(jié)點 3、10、14、19、20、23—25。負(fù)荷點用戶數(shù)在1～6之間隨機取得：節(jié)點11、12、16、17、33 有 1 個用戶；節(jié)點 6、9、10、13、19、20、28 有 2 個用戶；節(jié)點 3、5、15、21、22、26、27 有 3 個用戶；節(jié)點2、23有4個用戶；節(jié)點4、31有5個用戶；節(jié)點 7、8、14、18、24、25、30、32 有 6 個用戶。對于DG 發(fā)電環(huán)境，設(shè)置 WTG 參數(shù)，vci=3m /s、vr=14m /s、vco=24m /s，該地平均風(fēng)速期望為 9.84 m /s［10］，WTG 的概率參數(shù) cW=11.1；對于 PVG，A=3.12m2，η=15%，分布參數(shù)α=β=0.85。設(shè)當(dāng)?shù)匕滋煊泄庹盏母怕蕿?4.17%（13h），夜晚無光的概率為 45.83%（11h）［17］。在系統(tǒng)中引入 DG，分別為 DG1（WTG，PWTGmax=1500kW，供電裕度 μ=65%）、DG2（WTG，PWTGmax=1000kW，μ=60%）、DG3（PVG，PPVGmax=1200kW，μ=35%）和 DG4（PVG，PPVGmax=800kW，μ=30%）。算例中配電網(wǎng)故障恢復(fù)（持續(xù)）時間等于故障評估周期（t=T）。

5.2 算例結(jié)果分析

基于上述配電系統(tǒng)，考慮N-1故障及系統(tǒng)恢復(fù)后的風(fēng)險，研究DG入網(wǎng)最優(yōu)位置情況。在此計算情況a（無TL和DG，故障后無恢復(fù)方案）和情況b（系統(tǒng)故障后有TL轉(zhuǎn)供，限制PTL=300kW，可以通過轉(zhuǎn)供恢復(fù)部分損失負(fù)荷供電）的系統(tǒng)風(fēng)險情況，得到配電系統(tǒng)各個負(fù)荷點損失風(fēng)險統(tǒng)計值如圖2所示。

圖2 情況a、b下配電系統(tǒng)負(fù)荷點損失風(fēng)險統(tǒng)計值Fig.2 Loss risk statistic values of load nodes in Case a and b

從圖2中可知，TL轉(zhuǎn)供的方式可以恢復(fù)負(fù)荷供電，如負(fù)荷點16、17、21、22的損失風(fēng)險統(tǒng)計值明顯減小，在情況b的基礎(chǔ)上考慮DG的入網(wǎng)位置，且=2×10-4，則DG入網(wǎng)點候選支路BLS分別為線路5-7（1 號 BLS）、16-18（2 號 BLS）、21-22（3 號 BLS）和 28-33（4號BLS）共4條。當(dāng)系統(tǒng)僅接入一個DG時，不同BLS上的點接入DG后系統(tǒng)降低的負(fù)荷點損失風(fēng)險總值如圖3所示。

因此得到判斷矩陣如下：

圖3 DG接入后配電系統(tǒng)減小的總負(fù)荷點損失風(fēng)險值Fig.3 Decreased loss risk values of load nodes in distribution system with DGs

由此得到（1，1，7）、（2，4，30）、（3，2，18）、（4，3，22），即 DG1接入節(jié)點 7，DG2接入節(jié)點 30、DG3接入節(jié)點18和DG4接入節(jié)點22。DG入網(wǎng)位置確定后，分別計算情況 c（無 TL 轉(zhuǎn)供，僅含 DG，PDG=μPmax）和情況 d（有 TL轉(zhuǎn)供和DG供電，PTL=300 kW，PDG=μPmax）。設(shè)置情況e（僅有1條TL恢復(fù)供電），以L3故障為例，不同情況下的恢復(fù)方案及其風(fēng)險值如表1所示。由表1可知，無任何恢復(fù)方案會導(dǎo)致較大的；采用TL轉(zhuǎn)供和DG孤島方案均能夠降低負(fù)荷點損失風(fēng)險值，但DG供電具有概率性，TL轉(zhuǎn)供會增加；當(dāng)采用單條TL恢復(fù)所有停電負(fù)荷，會導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理，負(fù)荷點電壓過低，低電壓損失風(fēng)險嚴(yán)重，線路過負(fù)荷風(fēng)險值超限，該方案不可取，需限制TL的轉(zhuǎn)供負(fù)荷。可以看出，TL和DG相結(jié)合的供電恢復(fù)方案為系統(tǒng)故障恢復(fù)優(yōu)選方案。

分別計算32條線路故障后的配電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)險值，可以得到情況c和d下配電系統(tǒng)各個負(fù)荷點損失風(fēng)險統(tǒng)計值和情況a—d下配電系統(tǒng)線路過負(fù)荷風(fēng)險統(tǒng)計值分別如圖4和圖5所示，最終得到不同情況下系統(tǒng)線路故障綜合風(fēng)險值如圖6所示，系統(tǒng)綜合風(fēng)險統(tǒng)計總值及變化程度（相對于情況a的變化程度，“+”為增加程度，“-”為減小程度）見表2。

比較圖2、圖4可知，DG接入系統(tǒng)后能夠降低支路BLS上負(fù)荷節(jié)點的值。負(fù)荷點的負(fù)荷等級越大，負(fù)荷點值越大，采用TL和DG的恢復(fù)方案有效降低了系統(tǒng)中負(fù)荷點的損失風(fēng)險。從圖5和圖6以及表2中可以看出，在同一干路或支路上，越靠近首端節(jié)點線路的值越大（如L1—L4），這是由于線路電流過大，因此需選擇額定電流較大型號的線路；靠近末端節(jié)點的線路由于電流過低、無過負(fù)荷情況（如L14—L17），越靠近首端節(jié)點的線路故障后導(dǎo)致的綜合風(fēng)險值越大，結(jié)果也證明通過TL和DG恢復(fù)供電的方案均能降低系統(tǒng)風(fēng)險總值，兩者結(jié)合的方案能最大限度地降低系統(tǒng)風(fēng)險統(tǒng)計總值。實例進(jìn)行對比研究，驗證了本文所提故障恢復(fù)方案的優(yōu)越性以及的風(fēng)險評估指標(biāo)的有效性。

表1 線路L3發(fā)生故障后5種情況下系統(tǒng)恢復(fù)方案及其風(fēng)險值比較Table 1 Comparison of restoration schemes and risk values among five cases with faults in L3

圖4 情況c、d下配電系統(tǒng)負(fù)荷點損失風(fēng)險統(tǒng)計值Fig.4 Loss risk statistic values of load nodes in Case c and d

圖5 4種情況下配電系統(tǒng)的線路過負(fù)荷風(fēng)險統(tǒng)計值Fig.5 Overload risk statistic values of distribution system lines in four cases

圖6 4種情況下系統(tǒng)故障線路的綜合風(fēng)險值Fig.6 Integrated risk values of faulty lines in four cases

表2 4種情況下系統(tǒng)綜合風(fēng)險統(tǒng)計總值及變化程度Table 2 Total statistic values of integrated risk and variation degrees in four cases

6 結(jié)論

本文所提含DG的配電網(wǎng)風(fēng)險評估方法，評估指標(biāo)包括負(fù)荷點損失風(fēng)險指標(biāo)和線路過負(fù)荷風(fēng)險指標(biāo)，以及綜合風(fēng)險評估指標(biāo)，方法考慮了DG供電概率性的因素，基于系統(tǒng)N-1故障，通過統(tǒng)計分析找到系統(tǒng)脆弱節(jié)點和線路，能夠評估系統(tǒng)風(fēng)險程度以及故障恢復(fù)方案的可靠性，可作為風(fēng)險預(yù)防策略的依據(jù)。

本文提出優(yōu)先TL轉(zhuǎn)供，之后通過DG孤島供電的配電系統(tǒng)故障恢復(fù)方案，基于啟發(fā)式算法提出孤島劃分的步驟及算法，通過對比驗證該方法對降低系統(tǒng)故障后果的有效性?；诒疚乃岬呐潆娤到y(tǒng)故障恢復(fù)方案及風(fēng)險評估指標(biāo)，在含TL的配電系統(tǒng)中以最大限度降低系統(tǒng)負(fù)荷點損失風(fēng)險為目標(biāo)，研究了DG入網(wǎng)位置的選擇，可指導(dǎo)配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)，以IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)為例證明了該方法的有效性、可行性。

參考文獻(xiàn)：

［1］臧天磊，鐘佳辰，何正友，等.基于啟發(fā)式規(guī)則與熵權(quán)理論的配電網(wǎng)故障恢復(fù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（5）：251-257.ZANG Tianlei，ZHONG Jiachen，HE Zhengyou，etal. Service restoration of distribution network based on heuristic rules and entropy weight［J］.Power System Technology，2012，36 （5）：251-257.

［2］李春燕，楊強，魏蔚.計及風(fēng)速與負(fù)荷相關(guān)性的配電網(wǎng)重構(gòu)方法［J］.電力自動化設(shè)備，2016，36（2）：148-160.LI Chunyan，YANG Qiang，WEI Wei.Distribution network reconfiguration considering correlation between wind-speed and load［J］.Electric Power Automation Equipment，2016，36（2）：148-160.

［3］周湶，解慧力，鄭柏林，等.基于混合算法的配電網(wǎng)故障重構(gòu)與孤島運行配合［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（1）：136-142.ZHOU Quan，XIE Huili，ZHENG Bolin，et al.Hybrid algorithm based coordination between distribution network fault reconfiguration and islanding operation［J］.Power System Technology，2015，39（1）：136-142.

［4］ATWA Y M，EI-SAADANY E F.Reliability evaluation for distribution system with renewable distributed generation during islanded mode of operation［J］.IEEE Transactionson Power Systems，2009，24（2）：572-581.

［5］王旭東，林濟(jì)鏗.基于分支定界的含分布式發(fā)電配網(wǎng)孤島劃分［J］.中國電機工程學(xué)報，2011，31（7）：16-20.WANG Xudong，LIN Jikeng.Island partition of the distribution system with distributed generation based on branch and bound algorithm［J］.Proceedings of the CSEE，2011，31（7）：16-20.

［6］劉健，韓磊，張志華.面向用戶并考慮緊迫性的配電網(wǎng)運行風(fēng)險評估［J］.電力自動化設(shè)備，2015，35（2）：97-109.LIU Jian，HAN Lei，ZHANG Zhihua.Customer-oriented distribution network operational risk assessment considering urgency［J］.Electric Power Automation Equipment，2015，35（2）：97-109.

［7］高賀，孫瑩，李可軍.一種新型智能配電網(wǎng)風(fēng)險評估模型［J］.電力自動化設(shè)備，2016，36（6）：142-147.GAO He，SUN Ying，LI Kejun.Risk assessment model of smart distribution grid［J］.Electric Power Automation Equipment，2016，36（6）：142-147.

［8］周湶，廖婧舒，廖瑞金，等.含分布式電源的配電網(wǎng)停電風(fēng)險快速評估［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（4）：882-887.ZHOU Quan，LIAO Jingshu，LIAO Ruijin，et al.Fast assessment of power failure risk in distribution network containing distributed generation［J］.Power System Technology，2014，38（4）：882-887.

［9］AMANULLA B，CHAKRABARTI S，SINGH S N.Reconfiguration of power distribution systems considering reliability and power loss［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2012，27（2）：918-926.

［10］許苑，王科，陳波.含分布式電源的配電網(wǎng)風(fēng)險評估技術(shù)［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2013，25（4）：117-121.XU Yuan，WANG Ke，CHEN Bo.Reliability and risk assessment techniques for distribution networks with distributed generations［J］.Proceedings of the CSU-EPSA，2013，25（4）：117-121.

［11］劉若溪，張建華，吳迪.基于風(fēng)險理論的配電網(wǎng)靜態(tài)安全性評估指標(biāo)研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（15）：89-96.LIU Ruoxi，ZHANG Jianhua，WU Di.Distribution network theory static security evaluation index research［J］.Power System Protection and Control，2011，39（15）：89-96.

［12］趙會茹，李娜娜，郭森，等.配電網(wǎng)設(shè)備故障停電風(fēng)險實時評估［J］.電力自動化設(shè)備，2014，34（11）：89-94.ZHAO Huiru，LI Nana，GUO Sen，et al.Real-time risk assessment on equipment failure outage of distribution network［J］.Electric Power Automation Equipment，2014，34（11）：89-94.

［13］LUO Fengzhang，WANG Chengshan，XIAO Jun，etal.Rapid evaluation method for power supply capability of urban distribution system based on N-1 contingency analysis of maintransformers［J］.International Journal of Electrical Power and Energy Systems，2010，32（10）：1063-1068.

［14］LIU Q Y，LIU Q F，HUANG Q，et al.Assessment of grid inherentvulnerability considering open circuitfaultunder potential energy framework［J］.Journal of Central South University of Technology，2010，17（6）：1300-1309.

［15］NI M，MCCALLEY J D，VITTAL V，et al.Online risk based security assessment［J］.IEEE Transactions on Power Systems，2003，18（1）：258-265.

［16］BARAN M，WU F.Network reconfiguration in distribution systems for loss reduction and load balancing［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，1989，4（2）：1401-1407.

［17］陳光，戴攀，周浩，等.計及入網(wǎng)電動汽車和分布式電源的配電系統(tǒng)重構(gòu)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（1）：82-88.CHEN Guang，DAI Pan，ZHOU Hao，et al.Distribution system reconfiguration considering distributed generators and plug-in electric vehicles［J］.Power System Technology，2013，37（1）：82-88.