苗毅，冀超，李林，劉尚融，李娜仁

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司包頭供電分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的需求也在不斷增加，需要加大對(duì)配電系統(tǒng)的建設(shè)及投資力度，以滿足電力的可靠供應(yīng)。但配電網(wǎng)的快速發(fā)展，也使得配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜，對(duì)配電系統(tǒng)的運(yùn)維和管理難度也提出了更高的要求。并且配電網(wǎng)運(yùn)行的環(huán)境也較為復(fù)雜，極易發(fā)生故障。如何對(duì)故障之后的配電網(wǎng)快速恢復(fù)正常的供電，是電力企業(yè)配電網(wǎng)運(yùn)維部門(mén)需要面臨的重要問(wèn)題，也是亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，為此本文詳細(xì)分析了配電網(wǎng)故障的階段式恢復(fù)輔助決策技術(shù)。本文首先分析了配電網(wǎng)的故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)現(xiàn)狀，之后闡述了基于和聲搜索算法的配電網(wǎng)故障的階段式恢復(fù)技術(shù)、和聲搜索算法的原理及特點(diǎn)，以及配電網(wǎng)階段式供電恢復(fù)的計(jì)算流程圖等具體的實(shí)現(xiàn)原理。最后隨著當(dāng)前配電網(wǎng)中并網(wǎng)的分布式電源容量越來(lái)越高，需要在配電網(wǎng)故障恢復(fù)決策中，將分布式電源考慮在內(nèi)，還介紹了含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法。

1 配電網(wǎng)的故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)中，當(dāng)感知到配電網(wǎng)中出現(xiàn)了故障之后，首先斷路器會(huì)保護(hù)動(dòng)作跳閘，斷開(kāi)配電網(wǎng)中的故障電流。之后配電網(wǎng)主站系統(tǒng)再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備上傳上來(lái)的故障電流數(shù)據(jù)進(jìn)行故障定位，并將故障區(qū)段兩側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，達(dá)到將故障從配電網(wǎng)中隔離的目的。當(dāng)將故障隔離之后，再恢復(fù)非故障失電區(qū)域的供電，即合上與其連接的配電聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)多級(jí)轉(zhuǎn)供之后，就可以恢復(fù)非故障失電區(qū)域的供電。從上述配電網(wǎng)故障供電恢復(fù)的過(guò)程中可以看出，該過(guò)程為配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的過(guò)程，即將配電網(wǎng)中的分段開(kāi)關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)分開(kāi)或者閉合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切改達(dá)到恢復(fù)供電的目的。

為了得出配電網(wǎng)供電恢復(fù)的技術(shù)方案，需要先建立數(shù)學(xué)模型。在配電網(wǎng)的故障恢復(fù)輔助決策數(shù)學(xué)模型中，一般以負(fù)荷恢復(fù)量最大、分段開(kāi)關(guān)及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)最少為目標(biāo)函數(shù)。對(duì)于模型中的約束條件，包括了配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)電壓約束、配電網(wǎng)的線路潮流約束、配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束、功率平衡約束等。配電網(wǎng)的故障恢復(fù)輔助決策數(shù)學(xué)模型為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，并且是離散優(yōu)化問(wèn)題，所得到的故障恢復(fù)方案為一組分段開(kāi)關(guān)及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序數(shù)列。目前對(duì)于配電網(wǎng)的故障恢復(fù)輔助決策數(shù)學(xué)模型的求解方法，主要包括了啟發(fā)式算法、人工智能優(yōu)化方法以及專(zhuān)家系統(tǒng)等。

2 基于和聲搜索算法的配電網(wǎng)故障的階段式恢復(fù)技術(shù)

2.1 和聲搜索算法的原理及特點(diǎn)

和聲搜索算法模擬了在音樂(lè)演奏中，各個(gè)演奏師通過(guò)自身對(duì)音調(diào)的記憶，來(lái)不斷對(duì)各個(gè)樂(lè)器音調(diào)加以調(diào)整，使得最終形成一個(gè)美妙的和聲。這種算法和其他的人工智能算法、如粒子群算法、遺傳算法等搜索過(guò)程具有一定的類(lèi)似之處，在算法中的變量為樂(lè)器的聲調(diào)、迭代的過(guò)程就為每次的練習(xí)過(guò)程。和其他的算法相比，和聲算法具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，包括以下幾點(diǎn)：一是概念相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在算法的實(shí)現(xiàn)方式上也較為容易，同時(shí)需要設(shè)置的參數(shù)變量也相對(duì)較少。二是在該算法中采用了隨機(jī)搜索功能，不需要衍生的相關(guān)信息。三是在遺傳算法中，需要兩個(gè)父本形成一個(gè)新的最優(yōu)解。而采用該和聲算法，所有的解都可以產(chǎn)生一個(gè)新的最優(yōu)解，故在尋找最優(yōu)解的過(guò)程中，收斂速度更快，計(jì)算效率更高，圖1為和聲搜索算法的計(jì)算流程圖。

圖1 和聲搜索算法的計(jì)算流程圖

從圖1中和聲搜索算法的計(jì)算流程圖中可以看出，在該算法中，首先是將配電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和算法中的相關(guān)參數(shù)變量初始值輸入到計(jì)算程序中。同時(shí)給予和聲記憶庫(kù)一個(gè)初始值，并計(jì)算此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)值，之后再通過(guò)對(duì)和聲變量的不斷更新，重新計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值，并將更新之后的和聲加入到和聲記憶庫(kù)中。經(jīng)過(guò)如此多次的和聲練習(xí)，最終得到最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)值，完成和聲算法的優(yōu)化計(jì)算過(guò)程。

2.2 基于和聲算法的配電網(wǎng)故障的階段式恢復(fù)

為了能夠快速得到所需要的配電網(wǎng)供電恢復(fù)技術(shù)方案，并且保證技術(shù)方案最優(yōu)，可以采用基于和聲算法的配電網(wǎng)故障的階段式恢復(fù)計(jì)算方法，通過(guò)設(shè)置不同的計(jì)算階段，從而將整個(gè)故障恢復(fù)過(guò)程加以分解計(jì)算。在階段式算法中，主要包括了三個(gè)不同的階段，分別是恢復(fù)配電網(wǎng)絡(luò)的連通性、配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、配電網(wǎng)切負(fù)荷等。其中在配電網(wǎng)重構(gòu)階段中，需要建立配電網(wǎng)重構(gòu)數(shù)學(xué)模型，可以將配電網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓不發(fā)生越限情況、配電網(wǎng)中各條饋電線路不發(fā)生過(guò)載情況等反應(yīng)在優(yōu)化模型中，即可以作為目標(biāo)函數(shù)，也可以作為約束條件來(lái)加以反應(yīng)。在配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)中，具體的算法實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示，其中指標(biāo)1代表配電網(wǎng)中饋電線路的負(fù)債率，指標(biāo)2代表配電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的偏移量。

從圖2配電網(wǎng)階段式供電恢復(fù)的計(jì)算流程圖中可知，首先是計(jì)算程序讀取配電網(wǎng)中為了隔離故障而斷開(kāi)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)以及分段開(kāi)關(guān)等數(shù)據(jù)信息。在第一個(gè)階段中，可以采用啟發(fā)式算法來(lái)恢復(fù)配電網(wǎng)中的非故障區(qū)域的連通特性，即將配電網(wǎng)系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)閉合。第三個(gè)計(jì)算步驟為判斷上述定義的兩個(gè)指標(biāo)是否都符合要求。如果都符合要求，則直接將配電網(wǎng)的故障恢復(fù)方案輸出，如果不符合要求，則進(jìn)入到下一個(gè)計(jì)算步驟中，即第二計(jì)算階段。在供電恢復(fù)的第二階段中，主要是通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來(lái)恢復(fù)配網(wǎng)的安全運(yùn)行。對(duì)于在第一個(gè)計(jì)算階段中沒(méi)有動(dòng)作的開(kāi)關(guān)，以上述定義的兩個(gè)指標(biāo)作為配電網(wǎng)重構(gòu)模型中的目標(biāo)函數(shù)，即配電網(wǎng)線路負(fù)債率最小、節(jié)點(diǎn)電壓的偏移量最小，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)。

圖2 配電網(wǎng)階段式供電恢復(fù)的計(jì)算流程圖

此時(shí)再次判斷兩個(gè)指標(biāo)是否都達(dá)標(biāo)，如果達(dá)標(biāo)，則將配電網(wǎng)的故障恢復(fù)方案輸出，如果不符合要求，則進(jìn)入到下一個(gè)計(jì)算步驟中，即第三計(jì)算階段。在這最后一個(gè)計(jì)算階段中，主要是采用不得已的切除配電網(wǎng)中的負(fù)荷，來(lái)確保配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，及保證配電網(wǎng)中的各條饋線都沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)載的情況，電壓水平也都在合格的范圍內(nèi)，這樣才能夠保證整個(gè)配電系統(tǒng)的安全。對(duì)于切負(fù)荷的選擇，可以利用深度優(yōu)先算法進(jìn)行切負(fù)荷區(qū)域的搜索，并在搜索的過(guò)程中，考慮到負(fù)荷的重要程度和優(yōu)先級(jí)別。直到整個(gè)配電系統(tǒng)的運(yùn)行安全性指標(biāo)都滿足為止，才結(jié)束上述三個(gè)階段的供電恢復(fù)輔助決策計(jì)算和方案輸出。

3 含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法

當(dāng)分布式電源接入到配電網(wǎng)之后，由于會(huì)使得配電網(wǎng)中出現(xiàn)潮流雙向流動(dòng)的重要特征，會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障定位算法帶來(lái)較大的影響，可能傳統(tǒng)的算法已經(jīng)不能適用，需要對(duì)傳統(tǒng)的故障定位算法加以改進(jìn)，故分析含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法具有較大的意義和價(jià)值。分布式電源接入配電網(wǎng)的方式主要包括了兩種：一是直接接入到配電網(wǎng)中，而是通過(guò)微電網(wǎng)的方式并網(wǎng)。無(wú)論哪種接入方式，都會(huì)使得配電網(wǎng)中的功率流向發(fā)生重大變化，會(huì)改變故障時(shí)配電網(wǎng)中短路電流的分布。如果分布式電源以微電網(wǎng)的方式接入，則微電網(wǎng)可以采取孤島運(yùn)行的模式來(lái)保障重要電力用戶的供電。

在含分布式電源的配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法中，同樣為多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，只是分布式電源可以參與到故障之后的供電恢復(fù)過(guò)程中，使得問(wèn)題變得更為復(fù)雜。為此可以分成四個(gè)不同的階段來(lái)處理該問(wèn)題，每個(gè)階段下的優(yōu)化變量都為配電網(wǎng)中分段開(kāi)關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)。在第一個(gè)階段中，為孤島方案的匹配。如果能通過(guò)孤島供電方案來(lái)解決的，可以制定相應(yīng)的孤島恢復(fù)供電方案。在第二階段中，容易是恢復(fù)配電網(wǎng)絡(luò)的連通性，將停電配電區(qū)域和帶電配電區(qū)域通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)來(lái)互聯(lián)。第三個(gè)階段為配電網(wǎng)重構(gòu)，以進(jìn)行配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化。第四個(gè)階段為當(dāng)采取上述方案后都無(wú)法保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)可以切除一部分配電系統(tǒng)中的負(fù)荷。經(jīng)過(guò)上述各個(gè)階段的優(yōu)化計(jì)算之后，就可以得到配電系統(tǒng)中各個(gè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作開(kāi)合序列，最為配電系統(tǒng)的供電恢復(fù)技術(shù)方案?？傮w而言，分布式電源接入使得配電網(wǎng)中新增了電源點(diǎn)，更有利于配電系統(tǒng)的供電恢復(fù)，并且可以降低分段開(kāi)關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)，對(duì)于快速恢復(fù)供電具有積極意義。

4 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)故障恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短，和電力企業(yè)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平具有直接的關(guān)聯(lián)，縮短配電網(wǎng)的故障停電時(shí)長(zhǎng)，可以有效降低配電網(wǎng)故障對(duì)社會(huì)所造成的影響，提高電力用戶的用電滿意度。本文系統(tǒng)分析了配電網(wǎng)故障的階段式恢復(fù)輔助決策技術(shù)，在實(shí)際的配電網(wǎng)運(yùn)行及管理中可以加以推廣應(yīng)用，這也是今后配電網(wǎng)發(fā)展的重要方向及應(yīng)用趨勢(shì)。