金 哲，丁驛歆

（宜興市供電公司，江蘇 宜興 214200）

引言

近年來，因各類極端事件導(dǎo)致的停電事故頻頻發(fā)生，烏克蘭、巴西等地相繼出現(xiàn)停電事故，停電時長超過10 h，損失不可估量[1]。目前，強智能電網(wǎng)不斷建設(shè)，其規(guī)模擴展越來越大，強智能電網(wǎng)建設(shè)工程涉及的內(nèi)容與具體工序更加繁多[2]。為了確保強智能電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量，突顯現(xiàn)代化、智能化及信息化等特點，在具體建設(shè)中，需注重相關(guān)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。實現(xiàn)強智能電網(wǎng)建設(shè)細(xì)致化、精確化，已成為此類工程開展的基本要求。在強智能電網(wǎng)建設(shè)中，具體可分為設(shè)計、施工和運維三個階段。為了更廣泛地推廣應(yīng)用強智能電網(wǎng)，在強智能電網(wǎng)構(gòu)建中可通過應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)提升強智能電網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)水平[3]。因此，以兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法為基準(zhǔn)進行研究，體現(xiàn)其在SOP配電網(wǎng)方面的應(yīng)用效能及作用，以此來豐富相關(guān)研究理論。

1 問題描述及兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法

1.1 問題描述

以某地區(qū)出現(xiàn)停電事故為例，配電網(wǎng)接收不到上級電網(wǎng)輸送的電力，該地區(qū)出現(xiàn)大面積停電事故，且停電時間較長。雙端電源供電作為目前城市電網(wǎng)主要的供電模式，一旦出現(xiàn)大面積停電事故，雙電電源供電也會因此受到影響，導(dǎo)致無法供電[4]。

現(xiàn)代社會的運轉(zhuǎn)依賴于可靠的電力供應(yīng)。近年來，極端自然災(zāi)害和人為襲擊司空見慣，對電力供應(yīng)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。配電網(wǎng)規(guī)劃和運營中經(jīng)常會考慮到缺陷N-1和N-2，極端事件通常會導(dǎo)致許多N-K錯誤。建設(shè)彈性電網(wǎng)，提高自愈能力和恢復(fù)能力，已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的先決條件。提高配電網(wǎng)彈性的措施可以分為規(guī)劃和運營兩個方面。計劃措施包括多層次事故預(yù)防和升級變電站、將輸電線路接地以及靈活部署資源等。運營措施主要包括使用智能電網(wǎng)、主動配電網(wǎng)分布和制定恢復(fù)策略，以幫助配電網(wǎng)有效響應(yīng)、快速從災(zāi)難中恢復(fù)。本文提出的智能軟開關(guān)（SOP）模型涉及上述規(guī)劃措施的資源彈性分配。提出了一種靈活的RCS配電網(wǎng)的魯棒配置模型，優(yōu)化分布式交換機的布局，可以提高分布式配電網(wǎng)恢復(fù)負(fù)載的能力，并減少極端事件造成的損壞。

1）建立了最優(yōu)RCS配置模型，提高了配電網(wǎng)的彈性?？紤]災(zāi)后配電網(wǎng)重建恢復(fù)策略，將模型創(chuàng)建為強大的三層優(yōu)化問題，并應(yīng)用列約束生成（CCG）算法對模型進行求解。

2）提出了一種方法用來描述N-K對錯誤傳播、鏈接攻擊狀態(tài)、攻擊位置和關(guān)鍵配置狀態(tài)的影響，以及它在最優(yōu)設(shè)計方案和最激進的攻擊模式中的使用[5]。

1.2 兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法

針對SOP配電網(wǎng)的負(fù)荷恢復(fù)問題，提出了兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法，如圖1所示。

圖1 兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法框架

兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法，第一步為利用混合整數(shù)二階錐規(guī)劃（MISOCP）來對各時段最佳恢復(fù)策略進行分析，第二步則提出恢復(fù)操作策略，并總結(jié)得出相鄰時段內(nèi)配電網(wǎng)的運行狀態(tài)及開關(guān)操作次序。通過算例測試，以手拉手配電網(wǎng)作為對比進行驗證，同時確定不同情況下SOP的控制模式，最終得到含SOP配電網(wǎng)的整體恢復(fù)方案。

2 恢復(fù)問題的MISOCP模型

目標(biāo)函數(shù)最大化加權(quán)負(fù)荷供電時間，表示為：

式中：L、T為負(fù)荷節(jié)點；Yi，t為時段集合；wi為負(fù)荷節(jié)點i的重要度系數(shù)；Tint為時段長度；εi，t為當(dāng)所有負(fù)荷恢復(fù)狀態(tài)都為1時的目標(biāo)函數(shù)值。

2.1 配電網(wǎng)運行約束

輻射狀拓?fù)浼s束的單商品流約束如下公式（2）～（4）表示：

式（2）～（4）中：N、E、R分別為節(jié)點、線路和根節(jié)點構(gòu)成；N/R為除根節(jié)點以外的節(jié)點集合；αij為i-j的投運狀態(tài)；Di為非根節(jié)點i的虛擬負(fù)荷需求，此處取1；j：i→j為與節(jié)點i相連的所有下游節(jié)點[6]。

2.2 電源運行約束

電源運行約束為DG和ES，具體如下：

式5、式6分別為DG、ES的功率約束，式7、式8分別為DG、ES的能量約束。

2.3 SOP運行約束

考慮到器件運行會產(chǎn)生一定損耗，其運行約束如下：

3 算例分析

SOP恢復(fù)策略用于解決強大的配電網(wǎng)配置優(yōu)化問題，該算法將初始設(shè)計問題分解為更復(fù)雜的下層問題。每次重復(fù)，下層問題按照一定的編程方案解決目標(biāo)上最大負(fù)載削減能力的最重攻擊模式，并返回到導(dǎo)致的未指定攻擊和負(fù)載模式集的上層問題，帶電能量提供了初始問題的上限。所有下層問題的不確定性組，通過最小化負(fù)載放電功率來選擇最優(yōu)調(diào)度方案。由于頂層是原問題的松散問題，因此，產(chǎn)生的裝機負(fù)荷功率提供了原問題的下限。如圖2所示。

圖2 各時段負(fù)荷恢復(fù)結(jié)果

重新組織拓?fù)?，可以解決下層攻擊的最嚴(yán)重問題，因此，引入了離散線狀態(tài)變量C，但無法直接解決兩次最大化問題。下層的問題仍然是最嚴(yán)重的雙層問題，即應(yīng)對最嚴(yán)重攻擊的策略。在最佳流量以下，盡量減少減載和更新措施。下層也分為下層和下層子問題。下層任務(wù)問題解決了攻擊中拓?fù)渲亟M的最佳方法，將拓?fù)渲亟M的結(jié)果返回到下一個主要問題，這決定了一些拓?fù)淙褐亟M者最嚴(yán)重的攻擊策略。

為了確保SOP能夠?qū)ο到y(tǒng)的恢復(fù)能力進行提升，將算例中2條聯(lián)絡(luò)線路替換成2個SOP，并進行算例分析，如表1所示，得出本文模型中最佳的恢復(fù)策略。而含SOP與不含SOP的恢復(fù)策略存在差異，目標(biāo)函數(shù)值為0.88和0.86，網(wǎng)損情況也大不相同。時段6各節(jié)點電壓幅度趨勢圖如圖3所示。

表1 SOP最終時段的功率輸出電壓

圖3 2個策略下時段6的電壓分布情況

利用上述方法提取故障初始行波到達(dá)的精確時間，基于雙端定位原理，研究廣域行波測距方法、廣域時差矩陣故障區(qū)段識別法。利用廣域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，智慧搜索最短路徑，實現(xiàn)復(fù)雜配電網(wǎng)故障的廣域行波精確測距[7]。根據(jù)故障行波的特性，研究分析暫態(tài)初始行波信號到達(dá)配電網(wǎng)各饋線時刻的相關(guān)性，構(gòu)建基于多保護單元的故障行波保護判據(jù)，并融合暫態(tài)電流、電壓信號，提高保護的可靠性。

配網(wǎng)絕緣子污穢、樹障、覆冰、飄浮物、斷線等高阻接地故障或線路異常狀態(tài)的波形特征，可形成異常波形特征指紋庫。提取故障特征因子，運用特征因子相似度擬合，識別配電線路異常狀態(tài)現(xiàn)象。研究配電線路異常狀態(tài)脆弱性評估模型，結(jié)合閥值和趨勢曲線分析，給出預(yù)警告警信息，并上傳到配電自動化系統(tǒng)。依據(jù)系統(tǒng)計算的預(yù)警點或故障點位置，結(jié)合視頻系統(tǒng)的對應(yīng)視頻信息、溫度信息以及微氣象信息，研究AI算法，提取相應(yīng)特征因素，反演異常點或故障點發(fā)生場景，追溯故障發(fā)生原因。研究配電拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)與故障點的相關(guān)性，運用能量潮流最優(yōu)配置，重構(gòu)配網(wǎng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)故障快速隔離和供電自動恢復(fù)。

4 結(jié)語

針對SOP配電網(wǎng)負(fù)荷問題，提出了兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法，通過算例測試，以手拉手配電網(wǎng)作為對比進行驗證，其結(jié)果表明，運用兩步式負(fù)荷恢復(fù)方法能夠進行無功補償和電壓支撐，進而恢復(fù)系統(tǒng)，對提升系統(tǒng)韌性具有顯著效果。