沈興杰,陳 沛,高 群,楊文武

(國網(wǎng)天津市電力公司城南供電分公司,天津 300201)

0 引言

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進,以分布式光伏為代表的新型可再生電源大量接入低壓配電網(wǎng),使其從傳統(tǒng)的無源網(wǎng)絡(luò)向有源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變[1];另一方面,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,利用智能軟開關(guān)(soft open point,SOP)等柔性設(shè)備可以打破配電網(wǎng)輻射狀拓撲限制[2]。這些轉(zhuǎn)變使配電網(wǎng)的功率可轉(zhuǎn)移范圍更大,給配電網(wǎng)的故障恢復(fù)帶來了更大的潛力,也對多工況下的功率調(diào)度能力和配電網(wǎng)故障恢復(fù)決策提出了挑戰(zhàn)[3]。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)高度依賴上級電網(wǎng),結(jié)合臺區(qū)內(nèi)的應(yīng)急電源劃分孤島,實現(xiàn)試點區(qū)域的復(fù)電。隨著分布式光伏大規(guī)模接入中低壓配電網(wǎng),為了挖掘有源配電網(wǎng)在故障恢復(fù)的潛力,一些學(xué)者展開了相關(guān)研究。

文獻[4]基于有向圖模型,提出一種含分布式電源配電網(wǎng)的孤島劃分模型,提高分布式電源利用率和配電系統(tǒng)供電可靠性;文獻[5]基于不同類別電力用戶停電損失的間接評估方法,建立了最小化用戶停電損失的目標函數(shù),提出了有源配電網(wǎng)故障恢復(fù)策略;文獻[6]在傳統(tǒng)的孤島劃分基礎(chǔ)上,進一步考慮了負荷的不確定性,進一步保證了決策的可行性和應(yīng)急資源的充分利用;文獻[7]綜合考慮風(fēng)光荷的不確定性,提出了一種孤島劃分與恢復(fù)重構(gòu)相結(jié)合的綜合故障恢復(fù)策略;文獻[8]建立光儲系統(tǒng)和負荷的時變模型,針對配電網(wǎng)多故障,提出分步孤島劃分策略。

SOP等柔性互聯(lián)裝置給配電網(wǎng)帶來了更強的功率調(diào)度能力,針對SOP柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的故障恢復(fù)問題,文獻[9]～文獻[10]建立了含多端軟開關(guān)的互聯(lián)配電系統(tǒng)故障恢復(fù)的優(yōu)化決策方法;文獻[11]在此基礎(chǔ)上以柔性互聯(lián)設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)邊界,采用云邊協(xié)同技術(shù)加快模型求解的速度。

綜上,現(xiàn)階段配電網(wǎng)的故障恢復(fù)研究大多針對配電網(wǎng)母線故障后的復(fù)電,但隨著配電網(wǎng)負荷量增大、負荷波動性增強,變壓器的故障也越來越頻繁[12]。與斷線故障相比,變壓器的故障影響范圍更大,且對于多變壓器供電的配電網(wǎng),變壓器故障后的工況更多。目前針對配電變壓器故障的研究以故障診斷為主,文獻[13]和文獻[14]分別利用禿鷹搜索算法和基于夏普利值的可解釋性方法對變壓器故障進行診斷,但變壓器故障后配電系統(tǒng)的故障后功率調(diào)度策略研究較少。

針對多變壓器供電柔性互聯(lián)配電網(wǎng)變壓器故障后的恢復(fù)問題,本文首先梳理N-1、N-2等不同故障場景的特點,針對各場景下母聯(lián)開關(guān)、柔性互聯(lián)設(shè)備的恢復(fù)能力進行建模;其次,考慮設(shè)備運行約束、配電網(wǎng)運行約束和負荷重要程度,建立不同場景下多設(shè)備協(xié)調(diào)的優(yōu)化恢復(fù)模型;最后,在典型柔性互聯(lián)配電網(wǎng)拓撲下驗證本文所提方法的作用,并進行仿真計算。

1 柔性互聯(lián)的配電臺區(qū)變壓器故障場景

1.1 基于SOP柔性互聯(lián)的多變壓器低壓配電網(wǎng)拓撲

傳統(tǒng)的低壓配電臺區(qū)存在輻射狀約束,功率只能在臺區(qū)內(nèi)部進行調(diào)度,且由于臺區(qū)內(nèi)可調(diào)節(jié)設(shè)備有限,功率調(diào)度能力不足的問題日益明顯。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,利用SOP可以實現(xiàn)臺區(qū)末端的互聯(lián),打破輻射狀約束,實現(xiàn)臺區(qū)間的功率調(diào)度。SOP互聯(lián)的多變壓器低壓配電臺區(qū)如圖1所示。

圖1 SOP互聯(lián)的多變壓器低壓配電臺區(qū)

如圖1,SOP內(nèi)部通過交流-直流-交流的轉(zhuǎn)換,利用直流的隔離能力實現(xiàn)臺區(qū)間的功率轉(zhuǎn)移。SOP由2個背靠背的電壓源型換流器組成,每個換流器常見的控制模式有VDC-Q控制、PQ控制和Vf控制等。在常態(tài)運行情況下,SOP一側(cè)的換流器處于VDC-Q控制模式,建立直流電壓,另一側(cè)的換流器處于PQ控制模式,控制功率的輸出。值得注意的是,本文針對多變壓器臺區(qū)展開研究,即每個臺區(qū)有2個變壓器供電,變壓器之間有站內(nèi)母聯(lián)開關(guān),可以實現(xiàn)在一個變壓器故障時由另一個變壓器為重要負荷供電。母聯(lián)開關(guān)如圖2所示。

圖2 多變壓器低壓配電臺區(qū)母聯(lián)開關(guān)

如圖2,在變壓器1發(fā)生故障時,利用母聯(lián)開關(guān)可以把失電的負荷連接到變壓器2上,在短期內(nèi)保證重要負荷的不間斷供電。

1.2 不同故障場景特點及恢復(fù)流程

本節(jié)針對互聯(lián)的多變壓器低壓配電臺區(qū)拓撲展開研究,對變壓器故障后的不同場景進行分析,主要包括單臺變壓器故障(以下稱N-1故障)和2臺變壓器故障(以下稱N-2故障)。值得注意的是,如果故障進一步惡化,即3臺及以上的變壓器退出運行,則該問題屬于電力系統(tǒng)韌性問題,不在本文的研究范圍內(nèi)。

1.2.1N-1故障場景特點及恢復(fù)流程

N-1場景的故障恢復(fù)流程如圖3所示。在一臺變壓器發(fā)生故障退出運行時,可以使用母聯(lián)開關(guān)將其負荷連接到另一臺變壓器上,并在第一時間按負荷重要程度切除非重要負荷,保證重要負荷的不間斷供電,在之后優(yōu)化臺區(qū)內(nèi)部的功率分配,進行其他失電負荷的復(fù)電。如果臺區(qū)內(nèi)重要負荷過多,難以保證全部重要負荷不斷電,就需要在各負荷間進行取舍,類似地,若重要負荷全部恢復(fù)后,其他負荷無法全部恢復(fù)供電,也需要做出取舍,盡可能充分利用變壓器容量,保證臺區(qū)內(nèi)不間斷供電。因此,在母聯(lián)開關(guān)動作后,需要建立優(yōu)化模型,判斷各節(jié)點是否切機、切負荷。

圖3 N-1故障場景的恢復(fù)流程

由于變壓器本身的容量限制,僅僅靠另一臺變壓器的能力難以保證所有負荷都能被恢復(fù),但由于臺區(qū)間通過SOP可以進行功率互濟,且臺區(qū)內(nèi)有光伏等分布式電源,在N-1故障場景下,通常有保證大多數(shù)負荷不間斷供電的潛力,但為了在不影響非故障臺區(qū)的前提下挖掘這些潛力,需要建立故障恢復(fù)優(yōu)化模型,一方面判斷各節(jié)點是否切機、切負荷,另一方面調(diào)度SOP的功率,實現(xiàn)停電損失最小。

需要注意的是,為了保證SOP在故障發(fā)生后可以在互聯(lián)臺區(qū)間傳輸功率,需要在故障發(fā)生后將靠近非故障臺區(qū)一側(cè)的換流器改為VDC-Q控制模式,原因在于一方面該臺區(qū)的功率支撐能力更強,可以建立更穩(wěn)定的直流電壓;另一方面,在故障發(fā)生后SOP內(nèi)部的功率流向大概率為從非故障側(cè)向故障側(cè)傳輸功率,在功率輸入側(cè)建立穩(wěn)定的直流電壓能更好地保證功率傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

1.2.2N-2故障場景特點及恢復(fù)流程

在N-2故障場景下,受到影響的負荷量比N-1故障下受影響的負荷量更大,因此,故障恢復(fù)的重點在于保證重要負荷不間斷供電。

在2臺變壓器發(fā)生故障后,存在2種情況,分別為: 2個不同臺區(qū)分別有1臺變壓器退出運行;一個臺區(qū)正常運行,另一個臺區(qū)2臺變壓器全部退出運行。上述2個場景下均屬于N-2故障場景,但故障后恢復(fù)的策略不同,需要分類討論。

上文所提的第1個場景下的故障后保供電策略如圖4a所示。當2個不同臺區(qū)內(nèi)分別有1臺變壓器退出運行,首先,需要先控制2個臺區(qū)配電站內(nèi)的母聯(lián)開關(guān)動作,并切除非重要負荷,保證重要負荷的不間斷供電;其次,判斷臺區(qū)內(nèi)的重要負荷是否均已恢復(fù)供電,如果存在供電中斷的重要負荷,需要利用SOP的功率轉(zhuǎn)移能力,建立優(yōu)化模型進行重要負荷的保供電;最后,如果所有重要負荷都已完成復(fù)電,以恢復(fù)失電的負荷量最大為目標建立優(yōu)化模型,充分利用互聯(lián)的2個臺區(qū)內(nèi)的各種資源進行故障后的恢復(fù)供電。

圖4 N-2故障場景的恢復(fù)流程

上文所提第2個場景下的故障后保供電策略如圖4b所示。與第1個場景不同,第2個場景下有一個臺區(qū)還在保持正常運行,但另一個臺區(qū)的負荷由于變壓器全部退出運行,這種情況下,首要任務(wù)是通過互聯(lián)的SOP建立穩(wěn)定的電壓和頻率,盡快恢復(fù)失電臺區(qū)內(nèi)重要負荷的供電。因此流程如下:首先,將SOP靠近失電臺區(qū)側(cè)的換流器調(diào)節(jié)為Vf控制,建立穩(wěn)定的電壓和頻率;其次,建立以失電區(qū)域重要負荷恢復(fù)量最大為目標的優(yōu)化模型,利用SOP的能力保證重要負荷不間斷供電;最后,判斷重要負荷是否成功復(fù)電,若已成功,將非重要負荷恢復(fù)量加入目標函數(shù),重新進行模型求解,制定以負荷加權(quán)恢復(fù)量最大為目標的優(yōu)化恢復(fù)模型?？紤]到N-2故障場景下利用SOP建立電壓和頻率對非故障臺區(qū)的壓力較大,為了保證其穩(wěn)定運行,不再進行失電臺區(qū)的非重要負荷恢復(fù)。

2 變壓器故障場景下恢復(fù)供電優(yōu)化模型

2.1 單臺區(qū)N-1故障下恢復(fù)供電優(yōu)化模型

2.1.1 目標函數(shù)

根據(jù)1.2.1中的流程,在N-1故障發(fā)生時,應(yīng)首先嘗試在臺區(qū)內(nèi)部通過母聯(lián)開關(guān)進行重要負荷的供電,并盡可能多地恢復(fù)非重要負荷。因此,目標函數(shù)為

(1)

式中:n為臺區(qū)內(nèi)節(jié)點的編號;N為臺區(qū)的節(jié)點集合;Pn,t為節(jié)點n在t時刻的負荷;εn,t為0、1變量,表征對應(yīng)的負荷是否被恢復(fù),若被恢復(fù),其取值為1,反之則為0;γn,t為對應(yīng)負荷重要程度的權(quán)重;T為恢復(fù)期的總時長;Δt為功率分配的時間間隔。

2.1.2 約束條件

a.潮流約束。

由于低壓配電網(wǎng)的相位從線路首端到線路末端的變化并不大,且考慮相角會大大增加模型求解的難度,影響求解速度,所以本文中使用的潮流模型采用Distflow形式,在計算潮流的過程中忽略電壓的相角,只考慮電壓的幅值,以此簡化計算過程,減少求解所需時間[15]。具體潮流公式如式(2)和式(3)所示。

對于任一配電臺區(qū)中的節(jié)點j和支路ij,在t時刻有:

(2)

(Vj,t)2=(Vi,t)2-2(rij,tPij,t+xij,tQij,t)+

(3)

(4)

b.節(jié)點電壓約束。

為保證互聯(lián)臺區(qū)在故障發(fā)生后的恢復(fù)策略實際可行,需要使恢復(fù)區(qū)域的節(jié)點電壓在合格的范圍內(nèi),對于低壓臺區(qū),按國標要求,所有臺區(qū)中的各節(jié)點電壓需要保持在標稱電壓的90%～107%,即需要滿足式(5)中的約束,即

Vmin

(5)

式中:Vmax和Vmin分別為節(jié)點電壓幅值的上限和下限。

c.變壓器容量約束。

在故障發(fā)生后,變壓器的容量更緊張,因此制定恢復(fù)策略時一定要考慮到變壓器的容量問題,即在t時刻,臺區(qū)首端功率需要滿足以下約束,即

(6)

式中:Phead,t、Qhead,t分別為臺區(qū)1在t時刻的首端有功、無功功率;m為變壓器編號;M為臺區(qū)的變壓器集合;Sm為對應(yīng)變壓器的容量;λm為表征變壓器是否正常運行的另一變量,若變壓器正常運行,其值為1,反之則為0。

2.1.3 模型凸化方法

上述的模型是一個典型的混合整數(shù)非線性非凸規(guī)劃問題,屬于非確定性多項式難題,式(2)、式(3)、式(6)均為非線性或非凸方程,無法使用商業(yè)求解器直接求解,因此將其轉(zhuǎn)化為二階錐,具體方法如文獻[16]所示,式(2)和式(3)變換后的形式為

(7)

由于式(6)和式(7)就是錐的形式,因此在二階錐規(guī)劃模型中可以直接保留。至此,模型凸化完成,本文所提優(yōu)化模型的最終結(jié)構(gòu)如式(8)所示,可以使用CPLEX等商業(yè)求解器求解。

min{(1)|s.t.(4)～(7)}

(8)

式中:min{ }為規(guī)劃求解目標為求取最小值,式(1)為目標函數(shù),式(4)～式(7)為約束條件。

2.2 N-1故障下考慮柔性互聯(lián)后對模型的修改

在N-1故障的場景下,僅依靠臺區(qū)內(nèi)部的能力進行故障恢復(fù)往往不能最大限度地恢復(fù)失電的負荷,為了充分利用SOP在臺區(qū)間調(diào)度功率的能力,需要建立考慮柔性互聯(lián)的優(yōu)化恢復(fù)模型。

2.2.1 目標函數(shù)

建立優(yōu)化模型的目的是調(diào)整互聯(lián)臺區(qū)的功率分布,首先保證重要負荷的不間斷供電,其次在對非故障臺區(qū)影響最小的前提下,盡可能多地恢復(fù)故障臺區(qū)內(nèi)失電的負荷。因此,優(yōu)化模型的目標函數(shù)需要考慮2個臺區(qū)內(nèi)的負荷,具體為

(9)

式中:n1和n2分別為臺區(qū)1內(nèi)節(jié)點和臺區(qū)2內(nèi)節(jié)點的編號;N1為臺區(qū)1的節(jié)點集合;N2為臺區(qū)2的節(jié)點集合;Pn1,t和Pn2,t分別為n1節(jié)點和n2節(jié)點在t時刻的負荷;εn1,t和εn2,t為0、1變量,表征對應(yīng)的負荷是否被恢復(fù),若被恢復(fù),其取值為1,反之則為0;γn1,t和γn2,t分別為對應(yīng)負荷重要程度的權(quán)重;T為恢復(fù)期的總時長;Δt為功率分配的時間間隔。

2.2.2 SOP相關(guān)運行約束

若只考慮臺區(qū)內(nèi)通過母聯(lián)開關(guān)和功率分配的故障恢復(fù)能力,2.1節(jié)中的約束已經(jīng)足夠,但為了進一步利用柔性互聯(lián)設(shè)備實現(xiàn)臺區(qū)間的功率支援,需要在2.1.2節(jié)中的約束條件基礎(chǔ)上對SOP的恢復(fù)能力進行建模,并建立相關(guān)約束條件。

在SOP運行過程中,需要滿足以下2方面的約束:首先,SOP的功率不能超過其容量;其次,在忽略SOP內(nèi)部損耗的前提下,SOP兩端的功率應(yīng)大小相等、方向相反。因此,在t時刻,應(yīng)滿足如下約束:

(10)

(11)

式中:PSOP1,t、PSOP2,t和QSOP1,t、QSOP2,t分別為SOP在臺區(qū)1、臺區(qū)2側(cè)的有功功率和無功功率;SSOP為SOP的容量。

2.3 N-2故障下恢復(fù)供電優(yōu)化模型的修改

在N-2故障場景下的優(yōu)化恢復(fù)模型與N-1場景下的類似,其中,2個臺區(qū)各有1臺變壓器故障的場景下,模型與N-1場景下的基本一致。但值得注意的是,若互聯(lián)的2個臺區(qū)源荷特性類似且變壓器容量接近,在均發(fā)生單個變壓器故障的場景下,2個臺區(qū)內(nèi)的失電情況接近,即若臺區(qū)1中的重要負荷保供電難以保證,臺區(qū)2的容量裕度也大概率較小,因此,該場景下臺區(qū)間的功率轉(zhuǎn)移很難起到關(guān)鍵性作用。

在一個臺區(qū)的2臺變壓器全部發(fā)生故障退出運行的場景下,由于互聯(lián)的SOP在故障臺區(qū)側(cè)采取Vf控制以建立穩(wěn)定的電壓,需要對該節(jié)點的電壓進行約束。即需要在模型中補充如下約束,即

VSOP2,t=Vset

(12)

式中:Vset為Vf控制模式下設(shè)定的交流電壓幅值。

需要注意的是,基于SOP建立穩(wěn)定的電壓,進行故障恢復(fù)的場景下,臺區(qū)末端互聯(lián)的節(jié)點為平衡節(jié)點,使得故障臺區(qū)的節(jié)點拓撲順序變化,需要重新排序。

3 算例分析

3.1 算例背景

為了驗證本文所提故障恢復(fù)方法的效果,在如圖5所示的多變壓器互聯(lián)低壓拓撲中進行驗證。其中,臺區(qū)1和臺區(qū)2均有21個節(jié)點,各節(jié)點的負荷功率和各支路的阻抗數(shù)據(jù)如表1和表2所示。其中,重要負荷節(jié)點為每個臺區(qū)的5、8、10、13、15節(jié)點,重要節(jié)點的權(quán)重為10,其他節(jié)點的權(quán)重為1。每個臺區(qū)有2臺變壓器,容量分別為50 kV·A,即每個臺區(qū)的總?cè)萘繛?00 kV·A,互聯(lián)的SOC容量為50 kV·A。

表2 臺區(qū)節(jié)點負荷基準值(兩臺區(qū)一致)

圖5 42節(jié)點柔性互聯(lián)低壓配電臺區(qū)拓撲圖

光伏接入的節(jié)點如圖5所示,為各臺區(qū)的3、7、9、11、18節(jié)點,每個節(jié)點接入光伏的額定容量為5 kW。為了驗證所提方法在不同場景下的作用,在每個故障場景下考慮光伏不發(fā)電、光伏出力較低和光伏大發(fā)3種情況,故障后的優(yōu)化決策時間間隔為30 min,總時長為4 h。故障期間的負荷曲線和2種情況下的光伏出力曲線如圖6所示。

圖6 故障期間的負荷曲線和光伏出力曲線

3.2 N-1故障下的算例結(jié)果分析

3.2.1 臺區(qū)內(nèi)母聯(lián)開關(guān)故障恢復(fù)算例分析

為驗證所提的母聯(lián)開關(guān)動作后臺區(qū)內(nèi)通過優(yōu)化模型進行重要負荷不間斷供電的方法效果,不考慮柔性互聯(lián)設(shè)備的互濟能力,僅考慮臺區(qū)內(nèi)的功率支撐,設(shè)置以下情景進行算例驗證。

Case1:假設(shè)臺區(qū)在光伏不發(fā)電的時段發(fā)生變壓器N-1故障,用所提方法進行故障恢復(fù)。

Case2:假設(shè)臺區(qū)在光伏出力較低的時段發(fā)生變壓器N-1故障,用所提方法進行故障恢復(fù)。

Case3:假設(shè)臺區(qū)在光伏大發(fā)的時段發(fā)生變壓器N-1故障,用所提方法進行故障恢復(fù)。

3個場景下的所有時段,重要負荷均能全部恢復(fù),臺區(qū)內(nèi)未恢復(fù)的節(jié)點和非重要負荷恢復(fù)率情況如表3所示。

表3 單臺區(qū)N-1故障場景下非重要負荷恢復(fù)情況

從表3可以看出,在故障發(fā)生后,由于變壓器容量的限制,僅靠臺區(qū)內(nèi)的能力雖然可以保證重要負荷不間斷供電,但無法恢復(fù)所有負荷。臺區(qū)內(nèi)的光伏功率能提供一定的功率支撐能力,恢復(fù)更多的負荷,但由于該算例中光伏的接入量有限,僅在第4、第5時間節(jié)點有較明顯的效果,在其他時間,光伏的接入雖然影響了恢復(fù)節(jié)點的位置,但總體的負荷恢復(fù)量變化并不大,總體而言,在臺區(qū)1的源荷情況下非重要負荷的恢復(fù)率能穩(wěn)定在60%～85%。綜上,針對N-1故障場景下臺區(qū)內(nèi)母聯(lián)開關(guān)動作后的故障恢復(fù)問題,本文所提方法能夠有效實現(xiàn)重要負荷的保供電,并盡可能保證非重要負荷的不間斷供電。

3.2.2 臺區(qū)間多設(shè)備協(xié)調(diào)故障恢復(fù)算例分析

從上文算例結(jié)果可知,僅依靠母聯(lián)開關(guān)和臺區(qū)內(nèi)的資源難以實現(xiàn)所有負荷的不間斷供電。為了進一步驗證本文所提故障恢復(fù)方法的效果,針對臺區(qū)2個單臺變壓器故障的場景,考慮互聯(lián)的SOP和臺區(qū)內(nèi)母聯(lián)開關(guān)協(xié)調(diào),建立如下3個場景,驗證多設(shè)備協(xié)調(diào)故障恢復(fù)方法的效果。

Case4:假設(shè)臺區(qū)2在光伏不發(fā)電的時段發(fā)生變壓器N-1故障,考慮SOP和母聯(lián)開關(guān)協(xié)調(diào),進行故障恢復(fù)。

Case5:假設(shè)臺區(qū)2在光伏出力較低的時段發(fā)生變壓器N-1故障,考慮SOP和母聯(lián)開關(guān)協(xié)調(diào),進行故障恢復(fù)。

Case6:假設(shè)臺區(qū)2在光伏大發(fā)的時段發(fā)生變壓器N-1故障,考慮SOP和母聯(lián)開關(guān)協(xié)調(diào),進行故障恢復(fù)。

與只依靠臺區(qū)內(nèi)部的能力進行故障恢復(fù)相比,通過SOP進行臺區(qū)間的功率轉(zhuǎn)移可以充分利用互聯(lián)臺區(qū)的變壓器裕度,恢復(fù)的能力更強、失電負荷的比例更小,由于失電節(jié)點較少,在此處不進行展示,僅展示兩臺區(qū)非重要負荷恢復(fù)率,具體數(shù)值如表4所示。

表4 協(xié)調(diào)恢復(fù)N-1故障后兩臺區(qū)非重要負荷恢復(fù)情況

從表4可以看出,即使在光伏不發(fā)電的時段發(fā)生N-1故障,通過母聯(lián)開關(guān)和SOP也可以在保證重要負荷不間斷供電的同時恢復(fù)98%以上的非重要負荷。

由于3種Case下SOP的功率曲線基本一致,故只展示Case6下SOP恢復(fù)期間在臺區(qū)一側(cè)的功率曲線,如圖7所示(功率正值表示功率從臺區(qū)一側(cè)流向臺區(qū)兩側(cè))。

圖7 N-1故障恢復(fù)期間SOP出力曲線

從圖7可以看出,在整個故障恢復(fù)期間,SOP始終從臺區(qū)一側(cè)向臺區(qū)兩側(cè)輸送功率,在臺區(qū)兩側(cè)功率需求最大的4、5、6時間段,SOP達到了接近滿載輸出。因此,在故障恢復(fù)過程中,SOP臺區(qū)間轉(zhuǎn)移功率的能力得到了充分發(fā)揮。

考慮光伏的支撐能力之后,可以實現(xiàn)臺區(qū)1和臺區(qū)2全局的不間斷運行。因此,本文所提的N-1情況下通過配電站內(nèi)母聯(lián)開關(guān)和臺區(qū)間SOP協(xié)調(diào)恢復(fù)的方法,可以實現(xiàn)該場景下的不間斷供電。

3.3 N-2故障下的算例結(jié)果分析

3.3.1N-2故障場景

N-2故障分2種場景,兩臺區(qū)均有1臺變壓器退出運行時,由于臺區(qū)參數(shù)類似,兩側(cè)均不存在充分的裕度,因此,結(jié)果與3.2.1節(jié)中單臺區(qū)發(fā)生N-1故障后的情況高度類似,在此處不再展示。

在1個臺區(qū)的變壓器完全退出運行,其互聯(lián)臺區(qū)正常運行的場景下,對于失電臺區(qū),SOP所在的節(jié)點為平衡節(jié)點,需要重新給臺區(qū)內(nèi)節(jié)點編號。臺區(qū)2發(fā)生故障,重新編號后的拓撲如圖8所示。

圖8 臺區(qū)2節(jié)點重新編號后的拓撲圖

重新編號后,臺區(qū)2的重要負荷節(jié)點為2、4、7、16、18節(jié)點,光伏接入的節(jié)點為6、9、13、15、17節(jié)點。各節(jié)點的負荷和光伏出力情況與重新編號前對應(yīng)的節(jié)點一致。

3.3.2N-2故障恢復(fù)結(jié)果分析

由于N-2故障發(fā)生后臺區(qū)容量嚴重不足,臺區(qū)內(nèi)光伏容量較小,其功率情況對故障恢復(fù)的效果無法產(chǎn)生實質(zhì)性影響,因此只考慮光伏峰值時的恢復(fù)情況,如表5所示。

表5 N-2故障后兩臺區(qū)負荷恢復(fù)情況

由表5可知,為了保證臺區(qū)2中的重要負荷不斷電,臺區(qū)1犧牲了其內(nèi)部的一些非重要負荷,但由于臺區(qū)2內(nèi)部的光伏容量有限,難以協(xié)助進一步恢復(fù)其內(nèi)部的非重要負荷,因此臺區(qū)2中非重要負荷的恢復(fù)量并不大。

N-2恢復(fù)過程中SOP的功率情況如圖9所示。從圖中可以看出,在恢復(fù)過程中,SOP隨著臺區(qū)2內(nèi)重要負荷的功率需求波動而改變自身的功率。值得注意的是,SOP并未像N-1故障恢復(fù)過程中一樣滿載運行,這是因為對于臺區(qū)1來說,給臺區(qū)2支援功率會導(dǎo)致自身內(nèi)部負荷失電,考慮到功率的損耗等因素,在自身容量有限的情況下通過SOP給臺區(qū)2的非重要負荷供電的意義不大。

圖9 N-2恢復(fù)過程中SOP的功率情況

綜上,本文所提的N-2故障場景下的恢復(fù)策略能保證重要負荷不間斷供電,充分利用臺區(qū)內(nèi)各設(shè)備的能力,提升互聯(lián)臺區(qū)整體的故障恢復(fù)能力。

4 結(jié)束語

本文梳理了多變壓器的低壓臺區(qū)通過SOP互聯(lián)的拓撲下,由于變壓器故障退出運行導(dǎo)致負荷失電后的故障恢復(fù)問題,針對N-1、N-2故障場景提出了故障恢復(fù)流程,并建立了故障恢復(fù)優(yōu)化模型,通過算例驗證可知,所提方法可以有效整合臺區(qū)內(nèi)資源,充分利用SOP和母聯(lián)開關(guān)等設(shè)備的能力,最大限度實現(xiàn)負荷恢復(fù)。

本文的研究還存在以下可進一步完善的內(nèi)容:

a.本文考慮的故障不包括比N-2更嚴重的場景,在電力系統(tǒng)韌性提升方面,需深入研究。

b.本文考慮的N-2場景中,單個臺區(qū)內(nèi)2臺變壓器全部退出運行后的復(fù)電涉及到黑啟動問題和穩(wěn)定性問題,本文所提方法僅在穩(wěn)態(tài)層面上解決功率支援策略的問題,啟動過程中暫態(tài)層面的問題在后續(xù)需要進一步完善。