變電站全停預案自動生成技術研究

張 耀，管仙美，魯晨浩，殷一般，付俊強，傅 琳

（1.國網浙江省電力有限公司開化縣供電公司，浙江 開化 324399；2.杭州久益電力科技有限公司，浙江 杭州 311215）

隨著配電網架不斷增強，配電網自動化程度持續提高，故障恢復時間不斷縮短，但與國外發達國家相比，在供電可靠性、配電線路平均負載率等方面仍需要進一步提高。由于配電網閉環設計、開環運行的特點，我國配電網容載比普遍較高，但可靠性水平并不高，其根本區別在于對配電網轉供能力的利用上。

雖然我國配電網普遍實現了聯絡，配電網架提供了負荷在變電站間進行轉移的物理通道，但是長期以來由于大部分中低壓配電網絡自動化程度較低，部分饋線自動化只能依據預先選定的路徑恢復負荷，靈活性較差。當發生大面積故障時，特別是變電站全停時，饋線自動化存在失效風險，配電網也就失去自動轉移負荷的能力。在這種情況下，需要依賴人工來開展故障恢復決策計算工作，由于配電網絡的復雜性，其決策過程復雜、約束條件動態變化、對數據集成度要求較高，人工計算周期較長，而且無法優選，限制了配電網轉供能力的充分發揮。特別是當發生變電站全停事故時，幾十條線路同時停電，轉移負荷時涉及大量線路，同時還存在多條線路交叉轉供的情況，僅從線路連接的角度看可用于故障恢復的路徑選擇性過多，需要通過大量計算以獲得分析所需數據，然后再依據調度人員的分析來比較各恢復方案以選擇最優方案，因此恢復路徑選擇周期較長，無法滿足快速復電需要。

配電網自動化技術的不斷提升有利于配電輸送甚至于整個供電系統能夠安全高效的運行，多種應用于配電自動化的技術模塊也在不斷進行開發[1]。現有的配電網故障快速決策模型，并沒有充分考慮到電網典型結構與故障類型，容易忽視不同結構之間的差異性，從而導致決策結果與實際偏差較大，影響到算法的實用化效果。

故障處理在電力運行中是一項非常重要的工作，有效提高故障處理的正確性和快速能力，不僅能保障電網的安全運行，解除故障對設備及人員的威脅，更能快速恢復用戶供電，將盡可能降低事故影響及停電損失。目前為了提高故障恢復決策效率，有研究基于拓撲層面引入頂點狀態屬性這一抽象概念進行多路徑快速搜索，來獲取恢復路徑[2]。這一方法的搜索時間會因配電網絡復雜程度的增加而增加，當發生大面積停電時實用性不足。還有研究通過構建人工神經網絡來解決復雜的配電網故障恢復[3]，但是該方式構建過程需建立數據完善的數據庫，數據庫的建立難度和后期維護成本較高，且要花大量時間對其進行訓練，因此在實際運用中能準確生成恢復方案較為困難。

為解決發生全停事故時計算效率低的問題，本研究通過計算機建立完整的配電網絡決策模型，當發生變電站全停事時，可以快速計算恢復預案，大大縮短了故障發生后的計算決策時間，為快速恢復提供保障。

1 變電站全停預案自動生成設計思路

引起變電站全停事故的故障原因有很多種，為了能應對各種原因引起的全停事故，首先需要建立計算機主配網模型，調取并集成配電網實時數據及線路相關各設備基本電氣參數。其次對配電網絡的連接方式進行分析，掌握網架存在的故障風險與薄弱環節，同時在主配網完整模型的基礎上，對線路轉供能力進行計算分析，并對配電網進行風險預估發現可能失負荷風險。接下來針對不同變電站生成相應的恢復預案并儲存在數據庫中，以供發生停電事故時可以快速匹配并調取使用。當變電站發生全停事故時，要快速獲取預估當天最大預測負荷，或者通過系統自動調取停電前斷面數據，根據停電時段與預測負荷，對斷面數據進行調整，自動生成能用來指導故障恢復的方案。

2 關鍵技術

2.1 轉供聯絡區域決策模型

建立聯絡區域概念，即配電線路轉供只能在同一個區域內進行轉供。以圖1 所示的形式來動態展現多個聯絡實區域與變電站之間的關系，對轉供區域相關聯的變電站進行分類整合，再進行合理有序的排布。聯絡區域內強聯絡，各區域之間弱聯絡，從而把供電恢復路徑全局搜索問題分解成多個區域內路徑優選問題，縮小問題尋優規模，在實現時，可以轉供成多任務并行計算，而且區域劃分只與網架結構有關，與負荷變化無關，當網架穩定時，只需要計算一次即可完成，同時避免了因開關變位而引起的轉供路徑選擇問題。

圖1 聯絡實區與變電站關系的圖形樹

轉供聯絡實區域需要跨越不同的變電站，建立不同變電站之間的物理聯絡通道。以圖形樹的形式來動態展現多個聯絡實區域與和變電站之間的關系，對轉供區域相關聯的變電站進行分類整合，再進行合理有序的排布[4]。利用圖形具有直觀展現的優勢，根據聯絡區域及變電站的各項運行數據可將計算結果所得路徑直接顯示，以供參考。

在建立模型時，要考慮到盡可能多的恢復供電，同時要滿足網損最小、開關操作次數最少，負荷均衡，饋線容量裕度與負荷均衡率合理等條件。

基于實區域的配電網轉供聯絡區域模型能夠在變電站級展現各個變電站之間聯絡關系的強弱，不僅能為調控故障處置提供直觀的參考，還可以有效指導重大運行方式的調整及安排。

2.2 全停預案生成

配電網有架空線與電纜2 種方式供電，根據有無聯絡及聯絡的多寡，可以分為輻射狀、單環網及雙環網結構，不同的接線方式在恢復負荷時對網架提出不同的要求。在故障恢復時，上述各種結構可能都會出現，應能夠識別出停電線路所屬的結構類型，并結合所處的供電聯絡區域，評估其在供電恢復過程中所處的優先級。當停電故障發生區域存在重要用戶時，還需要負荷恢復的優先級順序。

對于不同變電站之間的單環網，當變電站全停時，只有唯一的供電路徑，而對于雙環網及多路供電的接線方式，可供選擇的轉供電路徑較多，不同的選擇對關鍵節點（如高負載率的主變）的影響不同，從而導致有不同的方案，方案的多寡與有效多路供電的數量有關，這在一定程度上反映網架的薄弱，當網架聯絡比較多，相對堅強時，可行的供電方案就多，當網架聯絡薄弱時，可行轉供電方案就少。

在技術研究方向，首先對配電網典型結構進行分析，根據網架結構特點與聯絡強弱的不同，設計不同的計算策略，把故障恢復決策中的強約束，以算法的形式固化下來，針對實際的弱約束，以指標的形式來影響策略，有效解決了故障恢復過程中的約束條件的動態變化問題。

綜合利用多種智能恢復算法來建立恢復模型，進而生成完整的恢復預案。當停電事故發生在簡單網絡中，利用啟發式搜索規則確定一個最優的搜索方向，通過調取以往恢復方案可列出優先考慮可控制的開關，然后依據相近的饋線負荷轉供能力對部分負荷進行轉移[5]。該方法所須計算量小，可以快速準確的找到恢復方案。但當配電網更為復雜時，需要利用結合專家系統進行進一步的優化，通過專門知識與經驗的規則化表示并采用某種推理機制，模擬專家決策過程。專家系統利用人工智能方法，在知識庫構建完備的條件下可用于大規模網絡計算，可針對不同的應用場合選擇不同的算法[6]。

針對目前的調控事故預案與實際方式偏差的問題，為調度人員提供了決策快速調整與分析工具，在計算前，允許調度人員根據實際的情況，對網架、負荷、聯絡進行局部調整，在計算后，允許調度人員調整調控目標策略，對決策方案權重進行調整，從而優選符合調控策略的最優方案。

3 結束語

變電站全停預案自動生成技術在故障發生前能夠盡可能全面地考慮到不同轉供電方案的優劣，恢復方案生成需要的所有的計算和分析過程不占用故障決策時間。在全停事故發生時，及時為調度人員提供適合的恢復方式，減少人工計算過程，縮短故障決策過程，極大地提高了故障恢復的效率。在實際應用中，還將不斷探索更快檢索適配預案的方法，更好地提升故障決策的效率和準確性。