張 耀，管仙美，魯晨浩，殷一般，付俊強(qiáng)，傅 琳

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司開化縣供電公司，浙江 開化 324399；2.杭州久益電力科技有限公司，浙江 杭州 311215）

隨著配電網(wǎng)架不斷增強(qiáng)，配電網(wǎng)自動(dòng)化程度持續(xù)提高，故障恢復(fù)時(shí)間不斷縮短，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在供電可靠性、配電線路平均負(fù)載率等方面仍需要進(jìn)一步提高。由于配電網(wǎng)閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的特點(diǎn)，我國(guó)配電網(wǎng)容載比普遍較高，但可靠性水平并不高，其根本區(qū)別在于對(duì)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力的利用上。

雖然我國(guó)配電網(wǎng)普遍實(shí)現(xiàn)了聯(lián)絡(luò)，配電網(wǎng)架提供了負(fù)荷在變電站間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的物理通道，但是長(zhǎng)期以來(lái)由于大部分中低壓配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化程度較低，部分饋線自動(dòng)化只能依據(jù)預(yù)先選定的路徑恢復(fù)負(fù)荷，靈活性較差。當(dāng)發(fā)生大面積故障時(shí)，特別是變電站全停時(shí)，饋線自動(dòng)化存在失效風(fēng)險(xiǎn)，配電網(wǎng)也就失去自動(dòng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷的能力。在這種情況下，需要依賴人工來(lái)開展故障恢復(fù)決策計(jì)算工作，由于配電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，其決策過程復(fù)雜、約束條件動(dòng)態(tài)變化、對(duì)數(shù)據(jù)集成度要求較高，人工計(jì)算周期較長(zhǎng)，而且無(wú)法優(yōu)選，限制了配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力的充分發(fā)揮。特別是當(dāng)發(fā)生變電站全停事故時(shí)，幾十條線路同時(shí)停電，轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)涉及大量線路，同時(shí)還存在多條線路交叉轉(zhuǎn)供的情況，僅從線路連接的角度看可用于故障恢復(fù)的路徑選擇性過多，需要通過大量計(jì)算以獲得分析所需數(shù)據(jù)，然后再依據(jù)調(diào)度人員的分析來(lái)比較各恢復(fù)方案以選擇最優(yōu)方案，因此恢復(fù)路徑選擇周期較長(zhǎng)，無(wú)法滿足快速?gòu)?fù)電需要。

配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷提升有利于配電輸送甚至于整個(gè)供電系統(tǒng)能夠安全高效的運(yùn)行，多種應(yīng)用于配電自動(dòng)化的技術(shù)模塊也在不斷進(jìn)行開發(fā)[1]?，F(xiàn)有的配電網(wǎng)故障快速?zèng)Q策模型，并沒有充分考慮到電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)與故障類型，容易忽視不同結(jié)構(gòu)之間的差異性，從而導(dǎo)致決策結(jié)果與實(shí)際偏差較大，影響到算法的實(shí)用化效果。

故障處理在電力運(yùn)行中是一項(xiàng)非常重要的工作，有效提高故障處理的正確性和快速能力，不僅能保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行，解除故障對(duì)設(shè)備及人員的威脅，更能快速恢復(fù)用戶供電，將盡可能降低事故影響及停電損失。目前為了提高故障恢復(fù)決策效率，有研究基于拓?fù)鋵用嬉腠旤c(diǎn)狀態(tài)屬性這一抽象概念進(jìn)行多路徑快速搜索，來(lái)獲取恢復(fù)路徑[2]。這一方法的搜索時(shí)間會(huì)因配電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度的增加而增加，當(dāng)發(fā)生大面積停電時(shí)實(shí)用性不足。還有研究通過構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決復(fù)雜的配電網(wǎng)故障恢復(fù)[3]，但是該方式構(gòu)建過程需建立數(shù)據(jù)完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的建立難度和后期維護(hù)成本較高，且要花大量時(shí)間對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，因此在實(shí)際運(yùn)用中能準(zhǔn)確生成恢復(fù)方案較為困難。

為解決發(fā)生全停事故時(shí)計(jì)算效率低的問題，本研究通過計(jì)算機(jī)建立完整的配電網(wǎng)絡(luò)決策模型，當(dāng)發(fā)生變電站全停事時(shí)，可以快速計(jì)算恢復(fù)預(yù)案，大大縮短了故障發(fā)生后的計(jì)算決策時(shí)間，為快速恢復(fù)提供保障。

1 變電站全停預(yù)案自動(dòng)生成設(shè)計(jì)思路

引起變電站全停事故的故障原因有很多種，為了能應(yīng)對(duì)各種原因引起的全停事故，首先需要建立計(jì)算機(jī)主配網(wǎng)模型，調(diào)取并集成配電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及線路相關(guān)各設(shè)備基本電氣參數(shù)。其次對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的連接方式進(jìn)行分析，掌握網(wǎng)架存在的故障風(fēng)險(xiǎn)與薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)在主配網(wǎng)完整模型的基礎(chǔ)上，對(duì)線路轉(zhuǎn)供能力進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估發(fā)現(xiàn)可能失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)。接下來(lái)針對(duì)不同變電站生成相應(yīng)的恢復(fù)預(yù)案并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供發(fā)生停電事故時(shí)可以快速匹配并調(diào)取使用。當(dāng)變電站發(fā)生全停事故時(shí)，要快速獲取預(yù)估當(dāng)天最大預(yù)測(cè)負(fù)荷，或者通過系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)取停電前斷面數(shù)據(jù)，根據(jù)停電時(shí)段與預(yù)測(cè)負(fù)荷，對(duì)斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，自動(dòng)生成能用來(lái)指導(dǎo)故障恢復(fù)的方案。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)區(qū)域決策模型

建立聯(lián)絡(luò)區(qū)域概念，即配電線路轉(zhuǎn)供只能在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)供。以圖1 所示的形式來(lái)動(dòng)態(tài)展現(xiàn)多個(gè)聯(lián)絡(luò)實(shí)區(qū)域與變電站之間的關(guān)系，對(duì)轉(zhuǎn)供區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變電站進(jìn)行分類整合，再進(jìn)行合理有序的排布。聯(lián)絡(luò)區(qū)域內(nèi)強(qiáng)聯(lián)絡(luò)，各區(qū)域之間弱聯(lián)絡(luò)，從而把供電恢復(fù)路徑全局搜索問題分解成多個(gè)區(qū)域內(nèi)路徑優(yōu)選問題，縮小問題尋優(yōu)規(guī)模，在實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以轉(zhuǎn)供成多任務(wù)并行計(jì)算，而且區(qū)域劃分只與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有關(guān)，與負(fù)荷變化無(wú)關(guān)，當(dāng)網(wǎng)架穩(wěn)定時(shí)，只需要計(jì)算一次即可完成，同時(shí)避免了因開關(guān)變位而引起的轉(zhuǎn)供路徑選擇問題。

圖1 聯(lián)絡(luò)實(shí)區(qū)與變電站關(guān)系的圖形樹

轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)實(shí)區(qū)域需要跨越不同的變電站，建立不同變電站之間的物理聯(lián)絡(luò)通道。以圖形樹的形式來(lái)動(dòng)態(tài)展現(xiàn)多個(gè)聯(lián)絡(luò)實(shí)區(qū)域與和變電站之間的關(guān)系，對(duì)轉(zhuǎn)供區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變電站進(jìn)行分類整合，再進(jìn)行合理有序的排布[4]。利用圖形具有直觀展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)聯(lián)絡(luò)區(qū)域及變電站的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)可將計(jì)算結(jié)果所得路徑直接顯示，以供參考。

在建立模型時(shí)，要考慮到盡可能多的恢復(fù)供電，同時(shí)要滿足網(wǎng)損最小、開關(guān)操作次數(shù)最少，負(fù)荷均衡，饋線容量裕度與負(fù)荷均衡率合理等條件。

基于實(shí)區(qū)域的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供聯(lián)絡(luò)區(qū)域模型能夠在變電站級(jí)展現(xiàn)各個(gè)變電站之間聯(lián)絡(luò)關(guān)系的強(qiáng)弱，不僅能為調(diào)控故障處置提供直觀的參考，還可以有效指導(dǎo)重大運(yùn)行方式的調(diào)整及安排。

2.2 全停預(yù)案生成

配電網(wǎng)有架空線與電纜2 種方式供電，根據(jù)有無(wú)聯(lián)絡(luò)及聯(lián)絡(luò)的多寡，可以分為輻射狀、單環(huán)網(wǎng)及雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不同的接線方式在恢復(fù)負(fù)荷時(shí)對(duì)網(wǎng)架提出不同的要求。在故障恢復(fù)時(shí)，上述各種結(jié)構(gòu)可能都會(huì)出現(xiàn)，應(yīng)能夠識(shí)別出停電線路所屬的結(jié)構(gòu)類型，并結(jié)合所處的供電聯(lián)絡(luò)區(qū)域，評(píng)估其在供電恢復(fù)過程中所處的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)停電故障發(fā)生區(qū)域存在重要用戶時(shí)，還需要負(fù)荷恢復(fù)的優(yōu)先級(jí)順序。

對(duì)于不同變電站之間的單環(huán)網(wǎng)，當(dāng)變電站全停時(shí)，只有唯一的供電路徑，而對(duì)于雙環(huán)網(wǎng)及多路供電的接線方式，可供選擇的轉(zhuǎn)供電路徑較多，不同的選擇對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如高負(fù)載率的主變）的影響不同，從而導(dǎo)致有不同的方案，方案的多寡與有效多路供電的數(shù)量有關(guān)，這在一定程度上反映網(wǎng)架的薄弱，當(dāng)網(wǎng)架聯(lián)絡(luò)比較多，相對(duì)堅(jiān)強(qiáng)時(shí)，可行的供電方案就多，當(dāng)網(wǎng)架聯(lián)絡(luò)薄弱時(shí)，可行轉(zhuǎn)供電方案就少。

在技術(shù)研究方向，首先對(duì)配電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與聯(lián)絡(luò)強(qiáng)弱的不同，設(shè)計(jì)不同的計(jì)算策略，把故障恢復(fù)決策中的強(qiáng)約束，以算法的形式固化下來(lái)，針對(duì)實(shí)際的弱約束，以指標(biāo)的形式來(lái)影響策略，有效解決了故障恢復(fù)過程中的約束條件的動(dòng)態(tài)變化問題。

綜合利用多種智能恢復(fù)算法來(lái)建立恢復(fù)模型，進(jìn)而生成完整的恢復(fù)預(yù)案。當(dāng)停電事故發(fā)生在簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)中，利用啟發(fā)式搜索規(guī)則確定一個(gè)最優(yōu)的搜索方向，通過調(diào)取以往恢復(fù)方案可列出優(yōu)先考慮可控制的開關(guān)，然后依據(jù)相近的饋線負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力對(duì)部分負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移[5]。該方法所須計(jì)算量小，可以快速準(zhǔn)確的找到恢復(fù)方案。但當(dāng)配電網(wǎng)更為復(fù)雜時(shí)，需要利用結(jié)合專家系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，通過專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的規(guī)則化表示并采用某種推理機(jī)制，模擬專家決策過程。專家系統(tǒng)利用人工智能方法，在知識(shí)庫(kù)構(gòu)建完備的條件下可用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，可針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇不同的算法[6]。

針對(duì)目前的調(diào)控事故預(yù)案與實(shí)際方式偏差的問題，為調(diào)度人員提供了決策快速調(diào)整與分析工具，在計(jì)算前，允許調(diào)度人員根據(jù)實(shí)際的情況，對(duì)網(wǎng)架、負(fù)荷、聯(lián)絡(luò)進(jìn)行局部調(diào)整，在計(jì)算后，允許調(diào)度人員調(diào)整調(diào)控目標(biāo)策略，對(duì)決策方案權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，從而優(yōu)選符合調(diào)控策略的最優(yōu)方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

變電站全停預(yù)案自動(dòng)生成技術(shù)在故障發(fā)生前能夠盡可能全面地考慮到不同轉(zhuǎn)供電方案的優(yōu)劣，恢復(fù)方案生成需要的所有的計(jì)算和分析過程不占用故障決策時(shí)間。在全停事故發(fā)生時(shí)，及時(shí)為調(diào)度人員提供適合的恢復(fù)方式，減少人工計(jì)算過程，縮短故障決策過程，極大地提高了故障恢復(fù)的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，還將不斷探索更快檢索適配預(yù)案的方法，更好地提升故障決策的效率和準(zhǔn)確性。