配電網故障恢復輔助決策技術分析及應用

孫勇軍 董鐸亮 冀超 張俊霞 鄭巖

摘要：隨著電力用戶對配網供電可靠性要求的提高，加強配電網故障恢復輔助決策技術研究具有較強的必要性，可以顯著縮短配電網的故障停電時長，提高電力企業(yè)的概念收益。在配電網故障恢復輔助決策技術中，需要建立配電網故障恢復輔助決策優(yōu)化模型，并采取優(yōu)化算法對所建立的模型進行求解，從而得出配電系統的供電故障恢復方案。本文系統分析了配電網故障恢復輔助決策技術的實現原理，并介紹了利用可視化技術開發(fā)的配電網故障恢復輔助決策系統，對于提高配電網的運行可靠性具有一定的價值。

關鍵詞：配電網故障恢復輔助決策優(yōu)化計算

Analysis and Application of Auxiliary Decision-making Technology for Distribution Network Fault Restoration

SUN YongjunDONG DuoliangJI ChaoZHANG JunxiaZHENG Yan

（Inner Mongolia Power （Group） Co.，Ltd， Baotou branch，Baotou， Inner Mongolia Autonomous Region， 014030 China）

Abstract： With the increasing demand of power users for the reliability of distribution network， it is necessary to strengthen the research of auxiliary decision-making technology for Distribution Network fault restoration， which can significantly shorten the time of distribution network outage， improving the conceptual income of electric power enterprises. In the auxiliary decision-making technology of Distribution Network fault restoration， it is necessary to establish the auxiliary decision-making optimization model of Distribution Network fault restoration， and adopt the optimization algorithm to solve the model， so as to get the scheme of distribution system fault restoration. In this paper， the principle of auxiliary decision-making system for Distribution Network fault restoration is analyzed， and the auxiliary decision-making system for distribution network fault restoration is introduced， it has certain value for improving the operation reliability of distribution network.

Key Words： Distribution Network; Fault Restoration; Assistant decision; Optimization calculation

配電網在接線模式上一般為輻射狀，包括了很多的聯絡開關以及分段開關，閉環(huán)的結構、開環(huán)運行是配電網的顯著特點。當配電網中出現故障之后，要求能夠對配電網中的故障進行定位并加以隔離，同時還要求通過改變配電網中開關的分合狀態(tài)，在確保配電網運行安全的前提條件下，盡量將配電網中的負荷加以恢復[1]。本文首先分析了當前的配電網故障恢復技術現狀，之后闡述了配電網故障恢復輔助決策模型中的目標函數以及約束條件的構成，以及配電網故障恢復輔助決策模型的求解算法等，最后分析了配電網故障恢復輔助決策系統的開發(fā)，以下進行具體的分析和介紹。

1 配電網故障恢復技術現狀

在配電網的組成中，包括了眾多的分段開關、架空線路、聯絡開關以及電纜線路，開關的斷開及閉合都會直接影響到配電網的拓撲結構。當配電網發(fā)生故障時，目前在很多地區(qū)電網中還是采用人工處理故障的方式，這種方式的效率較低，并且也會使得配電網停電時間過長。隨著配電自動化覆蓋率的提升，可以利用配電自動化系統實現故障之后的供電恢復。

目前對于配電網故障恢復技術研究已經取得了一定的研究成果，有的采取專家系統或者啟發(fā)式算法來尋找配電網的供電恢復路徑。當配電網出現故障之后，依據算法會對配電網中的故障進行隔離，并根據配電網中的潮流分布以及網絡系統結構，在滿足所有的約束條件下，對沒有故障的配電區(qū)域恢復供電。對于專家系統，則是編寫一個涵蓋了大量的配電網故障判斷經驗的軟件程序系統，但由于實際配電網的結構復雜，如何進行供電恢復的決策判斷也較為復雜，故對專家系統的程序維護存在著較大的困難。

2 配電網故障恢復輔助決策模型

在對配電網進行故障恢復供電時，首先需要對配電網中的故障進行定位，之后再將定位處理的區(qū)段兩側饋電開關斷開，從而實現對故障的隔離，之后再對非故障配電區(qū)域進行快速的供電恢復。在配電網故障恢復輔助決策中，需要建立配電網故障恢復輔助決策模型，并采用算法對所建立的模型進行求解，從而得出供電恢復技術方案。

2.1配電網故障恢復輔助決策模型

當配電網發(fā)生故障之后，一般可以將配電網區(qū)域劃分為故障區(qū)域、非故障區(qū)域以及正常供電區(qū)域等。其中正常供電區(qū)域是指當配電網發(fā)生故障之后，依然可以正常供電的配電區(qū)域。而非故障區(qū)域主要是指當配電網發(fā)生故障之后，不能正常供電，但其自身所在區(qū)域不存在故障。在建立配電網故障恢復輔助決策模型時，應滿足以下幾點要求：一是配電網供電恢復的方案應保證快速高效，以便盡可能降低電力用戶的經濟損失[2];二是對配電網中不同類型的負荷應采取不同的供電恢復策略，重要電力用戶應先盡量恢復;三是在滿足供電恢復的目標前提下，應降低配電開關的操作次數，同時要保證供電恢復之后系統的負荷分配均勻。

可以利用最優(yōu)化算法來解決配電網故障供電恢復問題，建立配電網故障恢復輔助決策模型，其包括目標函數和約束條件等部分。對于供電恢復輔助決策模型中的目標函數，可以以配電網負荷恢復量最大、系統網損最小、配電開關操作數量最小、負荷最均勻等為目標函數。供電恢復輔助決策模型中的約束條件，包括系統網絡約束、配電網線路傳輸容量約束、節(jié)點電壓約束等。

2.2配電網故障恢復輔助決策模型的求解算法

從供電恢復輔助決策模型中可以看出，該優(yōu)化問題為多目標的離散非線性優(yōu)化問題。如果采用人工智能算法進行求解，可能得到的解不是全局最優(yōu)解而是局部最優(yōu)解，使得出的供電恢復技術方案不是最合理的。為此可以用預測校正內點法進行分析求解，在這種算法中，主要采用數值計算及迭代的方式進行逐步求解。

在配電網故障恢復輔助決策模型求解過程中，需要不斷計算配電網中的潮流分布，以便判斷得出的供電恢復方案是否都滿足約束條件，保證恢復之后的配電網能夠保持安全穩(wěn)定運行。在配電網故障恢復輔助決策模型求解過程中，首先制定好算法的收斂標準，即設定一個互補收斂間隙，之后在迭代計算過程中，只要不符合收斂條件，就繼續(xù)迭代計算。但需要求解出在仿射方向和校正方向上的修正量，并反應在之后的計算過程中，不斷對模型中的變量進行更新，從而使得快速找到最優(yōu)解，得出配電網的供電恢復方案。

3 配電網可視化故障恢復輔助決策系統的設計

根據上述所分析的配電網可視化故障恢復輔助決策方法，可以開發(fā)出配電網可視化故障恢復輔助決策系統，以滿足實際的配電網運行需求。該系統主要包括數據處理和監(jiān)控等部分。對于系統中的監(jiān)控模塊，可以用來實時監(jiān)測配電網的具體運行狀況，當配電網出現故障時，可以及時做出反應，加強配電網運維人員和配電網之間的互動。以下詳細分析配電網可視化故障恢復輔助決策的基本結構和基本功能。

3.1 配電網故障恢復輔助決策系統的結構設計

在開發(fā)配電網故障恢復輔助決策系統之前，需要先對配電網故障恢復輔助決策系統的結構進行合理的規(guī)劃和設計，保證系統中的各個功能模塊能夠保持協調穩(wěn)定運行，順利生成配電網供電恢復輔助決策方案。同時在配電網故障恢復輔助決策系統的開發(fā)過程中，將引入可視化技術來搭建整個系統平臺，使得配網監(jiān)控人員能夠更好地通過圖像或者是圖形界面來完成對配電網運行狀態(tài)的監(jiān)控[3]。在該輔助決策系統中，采用了先進的網絡通信技術、虛擬現實技術、數據挖掘技術以及相配套的多媒體技術，通過充分融合這些技術的優(yōu)勢，該系統在實際應用中也取得了較好的應用效果。

輔助決策系統平臺分為前臺展示層、中間服務層以及后臺數據層等3個不同的層次。其中后臺數據層包含了多個配電網業(yè)務數據接口和數據庫服務系統，以便可視化展示前端能夠隨時調取后臺數據庫系統中的數據信息。中間服務層包含和前端web瀏覽的數據通信接口、對各個配電網業(yè)務系統的邏輯控制，并在邏輯控制中采用了虛擬現實技術，以便強化對配電網故障定位和供電恢復輔助決策的應用效果，使得對配電網的故障定位更為準確，所得出的供電恢復輔助決策方案更具有實際操作性[4]。前臺展示層利用多種豐富的多媒體技術，通過數據接口調用后臺數據信息，并將服務層處理之后的數據信息展示在配電網監(jiān)控人員面前。

3.2 配電網故障恢復輔助決策系統的功能

在配電網故障恢復輔助決策系統中，具備了多種不同的功能，主要的功能包括數據信息的可視化展示功能、數據通信功能、數據查詢功能以及配電網故障后的供電恢復輔助決策功能。對于系統中的可視化展示功能，可以采用SVG技術，在開發(fā)過程中，應強調人機交互，開發(fā)出友好的操作界面。對于數據通信功能，配電網輔助決策主站系統可以下發(fā)數據總召喚命令，同時接收配電網現場終端發(fā)送上來的數據，并按照客戶端/服務器的方式進行數據通信。此外，由于配電網在運行過程中會產生大量的數據信息，應該將這些數據信息存儲起來，并在輔助決策系統中開發(fā)出數據查詢功能[5-6]。當配電網監(jiān)控人員需要對某些數據進行查找時，能夠通過系統界面，對配電網的歷史故障信息、故障診斷結構、故障恢復后的系統運行狀態(tài)等數據進行查詢及分析。對于配電網故障后的供電恢復輔助決策功能，當配電網中的饋線發(fā)現故障時，經過系統中算法的分析和計算，可以將故障定位的結果展示在系統的界面上，并將故障區(qū)段兩側的開關用不同的顏色標注出來，通過點擊系統中的故障與恢復功能按鈕，并進一步生成故障恢復方案。隨著配電網故障定位及供電恢復技術的成熟，今后配電網故障恢復輔助決策系統的性能也將隨之提高，更好地保障配電網的安全穩(wěn)定運行。

4 結論

隨著配電網智能化技術水平的提高，今后配電網的故障自動定位及故障自動恢復將是其基本功能，也是構建配電網自動化系統的關鍵技術。通過配電網的故障自動隔離和供電恢復，將有效提高配電網的運行安全性和穩(wěn)定性水平。本文所分析的配電網故障恢復輔助決策技術，可以在實際的配電網運行管理中加以應用。

參考文獻

[1] 趙志軍，姚國強，范駿杰，等.配電網故障快速恢復調控輔助決策技術[J].農村電氣化，2020（3）：42-44.

[2] 施鵬佳，焦昊，張楷旋，等.配電網負荷轉供輔助決策系統開發(fā)與應用[J].電力系統及其自動化學報，2017，29（5）：1-6.

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[4] 劉剛，陳莎，仝進，等.含分布式電源接入的配電網故障恢復方法[J].電測與儀表，2020，57（18）：50-56.

[5] 陳立新.對智能配電網故障的自動化處理技術探討[J].電氣時代，2020（3）：68-69.

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