考慮新能源接入的配電網故障停電恢復預案生成技術研究

吳 昌，章 華，胡繼軍，王邵強，徐艷琨

（1.國網浙江省電力有限公司衢州供電公司，浙江 衢州 324000 2.國網龍游縣供電有限公司，浙江 龍游 324400）

0 引 言

當電網發生故障時，快速恢復非故障區負荷是電網調控的首要任務。故障恢復時主要根據故障設備和停電范圍，選擇相應的預案進行恢復。為了使得制定的預案能夠滿足故障恢復的需要，人們嘗試使用各種算法求解恢復預案[1]，主要有數學優化算法[2]、模糊算法[3]及智能優化算法[4]。這些算法根據不同的約束條件和供電目標函數[5-6]設計相應的數學模型，使故障恢復方案滿足預設的目標。目前，恢復方案在制定時普遍沒有考慮新能源入網對電網故障恢復策略的影響，使得制定的停電恢復預案與實際情況存在較大偏差，從而影響到實用性。本研究提出了考慮新能源接入的停電恢復策略，設計了相關算法，并成功將其應用于生產實際。

1 新能源接入對故障停電恢復的影響

越來越多的分布式電源加入電網，改變了電網結 構[7]，對電網運營特別是故障恢復影響較大[8]。按照《分布式電源接入配電網技術規定》標準[9]，當電網發生故障停電后，分布式電源將脫網，恢復并網要經過電網調度機構的允許。當停電負荷經對側轉供電時，分布式電源尚處于待入網狀態。因此，在計算停電轉供負荷時，需要考慮實際因分布式電源脫網而引起的實際恢復負荷相對上升的部分，否則容易引起轉供線路過載。

2 故障停電恢復預案生成方法

故障停電恢復預案生成過程較為復雜，主要包括以下關鍵步驟。

2.1 主配網模型融合

變電站全停時的恢復預案涉及到主變、母線、饋線以及負荷等模型，這些模型與數據分布在不同的應用系統，需要融合主網模型和配網模型，特別是分布式電源的出力模型。

2.2 配電網拓撲構建

對停電恢復預案進行計算的前提是建立配電網拓撲模型，特別是各饋線間的聯絡模型。

2.3 負荷校正

負荷校正主要包括兩個方面：一是對新能源接入后的負荷校正，另一方面是停電恢復時間的校正。在停電發生前，停電線路由于新能源出力抵消，實際負荷遠遠大于SCADA系統各出線有功值。在恢復供電時，需要修正成實際負荷值。

2.4 重要用戶負荷恢復

保障重要用戶的負荷不間斷供電，對于保障社會安全、穩定與生產具有重要作用，需要優先考慮恢復重要用戶所在的線路供電。

2.5 保安負荷恢復

保安負荷是指當主變停運后，與其相聯的母線下帶的饋線由于缺少聯絡而無法進行直接負荷轉移，需要經過其他線路經母線轉供負荷值。

如圖1所示，變電站A全停，#1主變及低壓I段母線失電，線路A3、A4失電，由于A3、A4無直接轉供路徑，失電時將無法直接轉移負荷，需要經過由線路B1經過線路A1，對I段母線上電，此時母線所能提供的最大負荷為保安負荷。

保安負荷滿足以下約束：

圖1 示例

其中，Lb為母線b對應的保安負荷，B為變電站的母線集合，Lr為與母線b相連的無直接轉供路徑的停電負荷，Li為與母線b相連的某條可信保安供電路徑所對應的負荷，max(Li)為母線b相連的可信保安供電路徑所對應的負荷最大值，Lis為第i個可信保安路徑所對應的停電線路的供電裕量，Lit為第i個可信保安路徑所對應的轉供線路的供電裕量，Tt為轉供側主變供電裕量。

2.6 單路徑負荷恢復

單轉供路徑是指當此線路停電后，只有一條轉供路徑的饋線。所述的轉供路徑是指直接轉供路徑，不包含經停電母線轉供的路徑。單轉供路徑饋線恢復負荷數學表達式如下：

其中，L'為所有單轉供路徑饋線的總負荷，i為每條單轉供路徑饋線，N1為單轉供路徑饋線數量，Li為單轉供路徑停電側負荷，Lit為單轉供路徑轉供側供電裕量，Tt單轉供路徑轉供側主變供電裕量。

2.7 多轉供負荷恢復

多轉供路徑是指線路停電時可以由多條線路進行直接恢復供電的停電線路。圖1中線路A2為多轉供路徑，有兩條恢復路徑——線路B2和線路C2。

多轉供路徑涉及路徑優選問題，不同的供電路徑恢復負荷的比例會有差異，涉及到恢復路徑本身的負荷、限額以及供電主變的限額與負載率等。計算多轉供路徑有不同的方法，本文僅僅列舉一種簡單的轉供路徑選擇算法：

（1）把多轉供路徑加入到多轉供路徑集；

（2）對多轉供路徑集進行遍歷，選取一條多轉供路徑，對其可信的轉供路徑按供電能力進行排序，選擇最大的兩條轉供路徑作為備選路徑；

（3）對多轉供路徑進行組合，為了減少組合數，以選擇的多轉供路徑的兩條備選路徑與其他多轉供路徑的最大備選路徑組合成方案進行方案計算；

（4）對所有的方案按負荷恢復比例進行排序，選擇最大負荷恢復比例作為最大轉供方案。

3 關鍵技術

3.1 負荷轉供方案優選技術

負荷轉供方案計算問題本質是一種組合問題，方案數取決于可能的路徑選擇。為了避免組合數爆炸問題，在實際中采用優化字典排序算法，把轉供方案數轉化成多路徑線路的優化組合數，對具有多個轉供路徑的停電饋線優選出最佳兩條轉供路徑，與其他多路徑停電饋線進行組合形成優化組合方案，計算每個組合方案得出轉供結果。這種方法可以有效選擇實際上可行的最佳方案，排除負荷轉供能力較強的方案。

3.2 主配網模型融合技術

由于主網模型與配電網模型分別來自不同的系統，需要對主配網模型進行融合。融合時須按照DL/T 890.301-2015發布的CIM模型標準為依據，通過松耦合方式在EnergyConsumer與配電線路Line之間建立映射關系。

4 應用情況

采用本方案停電恢復預案生成方法，開發出考慮新能源接入的配電網故障停電恢復預案系統，可以在30 s內給出一個故障的恢復預案，有效減少了調度員的計算工作量。

5 結 論

針對現有配電網故障恢復并沒有充分考慮新能源接入的影響，從負荷校正角度出發，對配電網故障恢復預案生成過程進行研究，給出了考慮重要用戶、保安負荷、單路徑和多路徑的恢復過程。實踐表明，據此制定的恢復預案能夠有效提高恢復預案的實用化水平。