適應(yīng)5G通信的配電網(wǎng)分布式供電恢復(fù)策略

程曉平， 章昊， 王同文， 張駿， 于洋， 宋志偉， 芮濤， 周帆， 林振鋒

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司， 合肥 230601； 2.南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司， 南京 211102； 3. 安徽大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院， 合肥 230601)

故障是影響配電網(wǎng)供電可靠性的重要因素，配電網(wǎng)故障后，必須盡快恢復(fù)非故障停電區(qū)的供電[1-2]。智能分布式饋線自動(dòng)化技術(shù)(feeder automation， FA)是實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和自愈控制，提升終端用戶(hù)供電質(zhì)量的一種有效手段[3]，已經(jīng)在美國(guó)以及歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家有了廣泛的應(yīng)用[4-5]。近年來(lái)，中國(guó)對(duì)于分布式FA的研究也在不斷的完善。分布式FA通過(guò)智能配電終端(smart terminal unit， STU)之間的高速、實(shí)時(shí)通信，可以將非故障區(qū)的停電時(shí)間縮短至秒級(jí)。分布式FA對(duì)通信技術(shù)的要求極為嚴(yán)格，傳統(tǒng)的電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)通信因帶寬小、時(shí)延高、穩(wěn)定性不足等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足分布式FA實(shí)現(xiàn)快速配電網(wǎng)自愈控制的要求[6-7]，在實(shí)際應(yīng)用中多采用光纖、以太網(wǎng)構(gòu)建對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)[8]。但受通信線路的鋪設(shè)與維護(hù)成本限制，此類(lèi)通信網(wǎng)絡(luò)通常只建設(shè)在A+、A類(lèi)供電區(qū)域，難以解決無(wú)光纖點(diǎn)和以太網(wǎng)覆蓋區(qū)域的供電恢復(fù)問(wèn)題。

第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5th generation mobile communication technology，5G)作為即將普及的新一代無(wú)線通信技術(shù)，具有高覆蓋密度、高帶寬、低延遲、高可靠等優(yōu)點(diǎn)[9]，在實(shí)驗(yàn)室理想條件下，其測(cè)試性能基本上可以滿(mǎn)足分布式FA對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求[10-11]。已有學(xué)者提出基于5G的網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算、靈活回傳及低延時(shí)等技術(shù)的5G承載業(yè)務(wù)平臺(tái)，取代光纖通信解決配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)裝置之間的實(shí)時(shí)通信問(wèn)題[12-13]。可見(jiàn)5G有望進(jìn)一步替代由光纖、以太網(wǎng)構(gòu)成的對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)，解決分布式FA中的故障隔離、定位及自愈控制等問(wèn)題。參考現(xiàn)有的分布式供電恢復(fù)技術(shù)，在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的STU中加入5G切片認(rèn)證功能，構(gòu)造基于STU的區(qū)域代理[14-15]、饋線代理[16]、聯(lián)盟代理及多代理協(xié)同[17-19]等分布式控制架構(gòu)，可逐步實(shí)現(xiàn)5G通信技術(shù)與分布式FA的深度融合，提升配電網(wǎng)的自動(dòng)化與智能化水平。然而，傳統(tǒng)的分布式供電恢復(fù)策略多普遍存在搜索效率低、收斂性差的問(wèn)題，沒(méi)有考慮到故障恢復(fù)后的系統(tǒng)可靠性，不利于重要負(fù)荷的安全性。

針對(duì)5G通信網(wǎng)絡(luò)的特征，現(xiàn)建立一種考慮可靠性約束的配電網(wǎng)分布式供電恢復(fù)策略。該策略首先構(gòu)建可靠性模型，采用深度搜索算法搜索供電恢復(fù)路徑并生成負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的供電恢復(fù)請(qǐng)求方案，將非故障停電區(qū)域分解為多個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)供區(qū)域；其次，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的供電恢復(fù)請(qǐng)求，以最大化重要負(fù)荷供電恢復(fù)為目標(biāo)，構(gòu)建轉(zhuǎn)供區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷優(yōu)化模型，并將求解出的供電恢復(fù)方案發(fā)送至負(fù)荷終端。負(fù)荷節(jié)點(diǎn)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)多次信息交換后，將生成最終的供電恢復(fù)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)非故障停電區(qū)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的供電恢復(fù)。

1 系統(tǒng)概述

1.1 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

所研究的分布式供電恢復(fù)策略適用于基于5G的配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖1所示。相較于傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中的4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，5G核心網(wǎng)定義了增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(enhanced mobile broadband， eMBB)、海量物聯(lián)網(wǎng)通信(mass internet of things communication， mMTC)以及超高可靠與低時(shí)延通信(ultra-High reliability and low delay communication， uRLLC)三大應(yīng)用場(chǎng)景，更加適合配電系統(tǒng)饋線自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 基于5G的配電饋線自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.1 Distribution feeder automation network architecture based on 5G

節(jié)點(diǎn)STU可通過(guò)用戶(hù)前端設(shè)備(customer premises equipment， CPE)、5G通信基站、5G核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與配電業(yè)務(wù)主站、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU以及其他節(jié)點(diǎn)STU之間的信息交互。

1.2 智能終端

當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障后，節(jié)點(diǎn)STU通過(guò)上傳本地狀態(tài)信息、訪問(wèn)上下游相鄰節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)故障定位。故障定位完成后，各節(jié)點(diǎn)STU與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU之間通過(guò)信息交互和資源協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)非故障停電區(qū)的供電恢復(fù)。其中，節(jié)點(diǎn)STU負(fù)責(zé)采集本地信息、控制開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗪桶l(fā)出供電恢復(fù)請(qǐng)求等；聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU負(fù)責(zé)收集供電恢復(fù)請(qǐng)求、制定供電恢復(fù)方法、控制聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的分?jǐn)酄顟B(tài)等。為提升STU的響應(yīng)能力與執(zhí)行效率，各節(jié)點(diǎn)STU在故障發(fā)生前均對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰ⒙?lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置、通信IP地址等進(jìn)行了存儲(chǔ)。業(yè)務(wù)主站負(fù)責(zé)匯集與存儲(chǔ)故障前后的配電網(wǎng)運(yùn)行信息，進(jìn)而為節(jié)點(diǎn)STU和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU提供信息輔助服務(wù)，提升STU獲取信息的效率。

2 轉(zhuǎn)供路徑選擇

對(duì)于停電區(qū)的節(jié)點(diǎn)STU，在獲取到故障點(diǎn)與非故障停電區(qū)域信息后，需盡快選擇聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并向其發(fā)出供電恢復(fù)請(qǐng)求。通常整個(gè)非故障停電區(qū)會(huì)存在多個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)接入點(diǎn)，停電節(jié)點(diǎn)到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的路徑也可能存在多種選擇。

2.1 可靠性模型

(1)

(2)

(3)

式(3)中：?k∈K；Xk為二進(jìn)制變量，表示待恢復(fù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)是否發(fā)出供電恢復(fù)請(qǐng)求。

(4)

式(4)中：?k∈K；?n∈Nn(k)；Yij為二進(jìn)制變量，表示支路ij是否投入使用。式(4)的作用是確保所選供電路徑中的所有支路ij全部投入使用。

2.2 路徑搜索與選擇

供電路徑可靠性的計(jì)算還需要負(fù)荷到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的供電路徑集合。通過(guò)深度搜索算法求取轉(zhuǎn)供路徑。其實(shí)現(xiàn)流程步驟如下。

步驟1輸入任一非故障停電區(qū)域負(fù)荷節(jié)點(diǎn)k，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)集合H和圖G。

步驟2從負(fù)荷節(jié)點(diǎn)k出發(fā)，向外搜索與節(jié)點(diǎn)k連接的節(jié)點(diǎn)，集合M用來(lái)記錄搜索過(guò)的節(jié)點(diǎn)。

步驟3當(dāng)搜索到的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)沒(méi)有繼續(xù)向下的節(jié)點(diǎn)時(shí)，返回上一級(jí)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)向搜索其他未搜索節(jié)點(diǎn)。直到搜索到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)集合H中的節(jié)點(diǎn)。記錄此時(shí)的k到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的路徑。

步驟4重復(fù)步驟2，直到遍歷所有路徑。得到節(jié)點(diǎn)k供電路徑集合節(jié)點(diǎn)的Nn。

步驟5重復(fù)步驟1，直到所有待恢復(fù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)均完成搜索。

經(jīng)過(guò)上述流程，非故障停電區(qū)域節(jié)點(diǎn)STUk獲得了有效供電路徑集合，結(jié)合相應(yīng)供電路徑的可靠性模型，即可選擇出合適的供電路徑，STUk將向合適的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)發(fā)出供電恢復(fù)請(qǐng)求。

3 供電恢復(fù)模型

聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU 在收到非故障停電區(qū)域STU 發(fā)來(lái)的轉(zhuǎn)供請(qǐng)求后，需根據(jù)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)在配電網(wǎng)拓?fù)渲械奈恢茫瑯?gòu)建單輻射型供電網(wǎng)絡(luò)。如果請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)可構(gòu)成完整的輻射網(wǎng)絡(luò)，則根據(jù)供電恢復(fù)目標(biāo)，制定供電恢復(fù)計(jì)劃；如果請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)不能與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)及其他請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)一起構(gòu)成單輻射網(wǎng)絡(luò)，則不參與此次供電恢復(fù)計(jì)劃。

3.1 供電恢復(fù)目標(biāo)

針對(duì)可構(gòu)成單輻射供電網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STUn以最大程度的恢復(fù)停電負(fù)荷為目標(biāo)，優(yōu)先恢復(fù)一類(lèi)負(fù)荷供電，再恢復(fù)二類(lèi)負(fù)荷供電，最后恢復(fù)三類(lèi)負(fù)荷供電。其目標(biāo)函數(shù)可描述為

maxG=ω1G1+ω2G2+ω3G3

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：G、G1、G2和G3分別為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)單輻射供電區(qū)域內(nèi)的總負(fù)荷、一類(lèi)負(fù)荷、二類(lèi)負(fù)荷和三類(lèi)負(fù)荷的供電恢復(fù)目標(biāo)；ω1、ω2和ω3分別為一類(lèi)負(fù)荷、二類(lèi)負(fù)荷和三類(lèi)負(fù)荷供電恢復(fù)的權(quán)重因子，且有ω1+ω2+ω3=1，ω1>ω2>ω3；d1，i、d2，i和d3，i分別為節(jié)點(diǎn)i的一類(lèi)負(fù)荷、二類(lèi)負(fù)荷和三類(lèi)負(fù)荷的控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)，該變量為0時(shí)代表開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，為1時(shí)代表開(kāi)關(guān)閉合。

3.2 潮流約束及其凸包松弛

式(5)中的目標(biāo)函數(shù)還需充分考慮配電網(wǎng)潮流約束，即

(9)

(10)

(11)

(12)

Vmin≤Vi≤Vmax

(13)

0≤Iij≤Imax

(14)

(15)

(16)

(17)

將式(17)代入式(11)～式(14)中，得到潮流方程的新形式為

(18)

(19)

(20)

(21)

令xij=[Pij，Qij，vi，iij]T(?(i，j)∈N)，結(jié)合式(13)～式(15)的安全運(yùn)行約束，式(20)的可行域集合可以定義為

(22)

由凸包的定義，易得上面非凸集合ΩS的凸包形式為

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

經(jīng)過(guò)上面的推導(dǎo)，原潮流約束方程已被轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)為凸包模型，該模型形式包含了一個(gè)二階錐不等式和一個(gè)含有支路安全約束的線性不等式。因此，式(5)的目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題將進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃問(wèn)題，可采用商業(yè)求解器CPLEX進(jìn)行求解。

4 分布式供電恢復(fù)實(shí)現(xiàn)流程

非故障停電區(qū)節(jié)點(diǎn)STU和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU之間通過(guò)信息交互實(shí)現(xiàn)分布式供電恢復(fù)的流程如圖2所示。

圖2 供電恢復(fù)流程圖Fig.2 Flow chart of power supply restoration

4.1 節(jié)點(diǎn)STU

節(jié)點(diǎn)STU在檢測(cè)到自身斷電后，將訪問(wèn)區(qū)域數(shù)據(jù)中心查詢(xún)故障信息，待故障定位結(jié)束后，將開(kāi)始請(qǐng)求恢復(fù)供電，具體流程如下。

步驟1向區(qū)域數(shù)據(jù)中心獲取非故障停電區(qū)域范圍及各支路停電前的電流信息等。

步驟2利用深度搜索算法搜索供電恢復(fù)路徑。

步驟3根據(jù)可靠性模型選擇聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)及轉(zhuǎn)供路徑。

步驟4節(jié)點(diǎn)STU向聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU發(fā)出供電恢復(fù)請(qǐng)求。

步驟5等待聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU的應(yīng)答信息。

步驟6判斷聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU所返回的負(fù)荷供電策略是否能滿(mǎn)足當(dāng)前節(jié)點(diǎn)一類(lèi)負(fù)荷的供電需求。

步驟7若滿(mǎn)足，則等待聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU發(fā)送來(lái)的斷路器分段信號(hào)，執(zhí)行負(fù)荷投切，斷開(kāi)線路分段開(kāi)關(guān)；反之，則返回步驟3重新選擇聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與轉(zhuǎn)供路徑。

4.2 聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU

步驟1聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU在故障定位完成后，周期性地收集停電區(qū)節(jié)點(diǎn)STU發(fā)來(lái)的供電恢復(fù)請(qǐng)求。

步驟2根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ瑯?gòu)造請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的單輻射型連通網(wǎng)絡(luò)，更新聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的供電區(qū)域。

步驟3根據(jù)目標(biāo)函數(shù)[式(5)]，以最大化恢復(fù)供電區(qū)域內(nèi)的一類(lèi)、二類(lèi)、三類(lèi)負(fù)荷為目標(biāo)，求解供電恢復(fù)策略。

步驟4根據(jù)求解結(jié)果，形成供電恢復(fù)方案，并將其發(fā)送至非故障停電區(qū)的節(jié)點(diǎn)STU。

步驟5對(duì)比本次供電方案與上一次的供電方案是否相同，若相同，則表明節(jié)點(diǎn)STU請(qǐng)求結(jié)束，執(zhí)行下一步，若不同，返回步驟1收集新的供電恢復(fù)請(qǐng)求。

步驟6向當(dāng)前的供電區(qū)域末端節(jié)點(diǎn)STU發(fā)出斷開(kāi)下游分段開(kāi)關(guān)指令。

步驟7等待分段開(kāi)關(guān)指令的返回信號(hào)，閉合本地聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。

5 仿真分析

5.1 算例參數(shù)

以IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為研究對(duì)象驗(yàn)證所提分布式供電恢復(fù)策略的有效性，并采用MATLAB2016a進(jìn)行仿真分析。如圖3所示，該配電系統(tǒng)有33個(gè)節(jié)點(diǎn)、32條支路，4個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)分別位于25、33、18、22節(jié)點(diǎn)相鄰的B、C、D、E節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)備用容量分別為300、600、600、800 kW，系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓為12.66 kV，基準(zhǔn)功率為10 MW，各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷按優(yōu)先級(jí)程度分為一類(lèi)、二類(lèi)、三類(lèi)，相應(yīng)的負(fù)荷值優(yōu)先級(jí)分別為0.5、0.3和0.2。轉(zhuǎn)供支路故障發(fā)生概率λij取0.001～0.003的隨機(jī)值。5G承載網(wǎng)下的數(shù)據(jù)傳輸延遲如表1所示[20]，仿真模型中均采取數(shù)據(jù)延遲的最大值。

仿真分析中考慮如下故障場(chǎng)景：假設(shè)節(jié)點(diǎn)1、2之間發(fā)生永久性故障F1，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)該線路出線端的斷路器，隔離故障。下面將從非故障停電區(qū)供電恢復(fù)過(guò)程、負(fù)荷供電恢復(fù)情況、轉(zhuǎn)供區(qū)域電壓恢復(fù)情況3個(gè)方面說(shuō)明所提出的分布式供電恢復(fù)策略的有效性。

表1 5G承載網(wǎng)下的數(shù)據(jù)傳輸延遲Table 1 Data transmission delay in 5G bearer network

圖3 IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)Fig.3 IEEE 33 bus system

5.2 供電恢復(fù)過(guò)程

故障F1發(fā)生后，1節(jié)點(diǎn)STU將斷開(kāi)下游的分段開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)故障隔離，節(jié)點(diǎn)2～33將發(fā)生斷電，形成非故障停電區(qū)。STU2-STU33通過(guò)訪問(wèn)區(qū)域數(shù)據(jù)中心，搜索供電恢復(fù)路徑，并根據(jù)可靠性模型選擇聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與供電路徑。聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STUB、STUC、STUD、STUE在收到供電恢復(fù)請(qǐng)求后，根據(jù)流程圖2，啟動(dòng)供電恢復(fù)過(guò)程。

仿真運(yùn)行的供電恢復(fù)過(guò)程可以根據(jù)請(qǐng)求與響應(yīng)的次數(shù)劃分4個(gè)階段。第1階段確定聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STUB的供電恢復(fù)區(qū)域包括節(jié)點(diǎn)2、23、24、25，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STUC的供電恢復(fù)區(qū)域包括節(jié)點(diǎn)27、28、29、30、31、32、33，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STUD的供電恢復(fù)區(qū)域包括節(jié)點(diǎn)10、11、12、13、14、15、16、17、18，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STUE的供電恢復(fù)區(qū)域包括節(jié)點(diǎn)3、4、5、6、7、8、9、19、20、21、22、26，節(jié)點(diǎn)9向聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)E請(qǐng)求供電恢復(fù)失敗；在第2階段，節(jié)點(diǎn)9向聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STUD發(fā)出供電恢復(fù)請(qǐng)求，請(qǐng)求成功；第3階段，STUB向供電區(qū)邊緣STU2發(fā)出斷開(kāi)下游分段開(kāi)關(guān)K2的指令，STUC向STU27發(fā)出斷開(kāi)下游分段開(kāi)關(guān)K26的指令，STUD向STU9發(fā)出斷開(kāi)下游分段開(kāi)關(guān)K8指令，STUE向STU3、STU8、STU26分別發(fā)出斷開(kāi)下游分段開(kāi)關(guān)K2、K8、K26的指令；第4階段，各聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU閉合聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)。經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，可以得到非故障停電區(qū)節(jié)點(diǎn)2～33的負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，各聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的供電恢復(fù)區(qū)域如圖4所示。

策略在實(shí)施過(guò)程中，保持各代理節(jié)點(diǎn)及請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)均為并行工作。表2為各階段請(qǐng)求、計(jì)算、應(yīng)答、指令發(fā)送及開(kāi)關(guān)動(dòng)作延遲時(shí)間。其中，節(jié)點(diǎn)STU與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通信延遲為128 ms，第1階段中聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU計(jì)算供電恢復(fù)策略需3 400 ms；第2階段中聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU計(jì)算供電恢復(fù)策略需270 ms；第3階段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU給開(kāi)關(guān)K2、K8、K26發(fā)出斷開(kāi)指令需130 ms，分段開(kāi)關(guān)動(dòng)作需500 ms；第4階段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU控制本地聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)需2 ms，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作需500 ms。因此，在故障信息確定后，非故障停電區(qū)實(shí)現(xiàn)分布式供電恢復(fù)的時(shí)間約為6.31 s。

5.3 負(fù)荷供電恢復(fù)情況

各聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)供電區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷恢復(fù)情況如表3所示。由Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)負(fù)荷的恢復(fù)情況可知，各區(qū)域優(yōu)先恢復(fù)Ⅰ類(lèi)負(fù)荷需求，其次恢復(fù)Ⅱ類(lèi)負(fù)荷需求，最后恢復(fù)Ⅲ類(lèi)負(fù)荷需求。其中，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)B、C、D、E對(duì)應(yīng)的供電區(qū)域的一類(lèi)負(fù)荷均得到完全恢復(fù)，二類(lèi)負(fù)荷和三類(lèi)負(fù)荷未得到完全恢復(fù)。聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)B、C、D、E的供電區(qū)域內(nèi)已恢復(fù)的總負(fù)荷需求分別占總供電恢復(fù)請(qǐng)求的61.0%、61.8%、60.5%、68.9%。

表2 供電恢復(fù)過(guò)程所需時(shí)間Table 2 Time required for power supply restoration

表3 負(fù)荷供電恢復(fù)信息Table 3 Load supply recovery information

圖4 供電區(qū)域選擇示意圖Fig.4 Schematic diagram of power supply area selection

5.4 電壓恢復(fù)情況

為進(jìn)一步說(shuō)明所提出分布式供電恢復(fù)策略的有效性。非故障停電區(qū)實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)后的節(jié)點(diǎn)電壓曲線如圖5所示。供電恢復(fù)過(guò)程完成后各節(jié)點(diǎn)的電壓標(biāo)幺值均維持在0.95～0.97 pu，供電恢復(fù)后的電壓可以滿(mǎn)足負(fù)荷接入的要求。

4個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)供電區(qū)域內(nèi)供電節(jié)點(diǎn)至供電區(qū)域末端節(jié)點(diǎn)的電壓曲線如圖6所示。可見(jiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)B、C、D、E閉合后，節(jié)點(diǎn)電壓曲線沿首端節(jié)點(diǎn)至末端節(jié)點(diǎn)逐漸降低。其中C區(qū)9節(jié)點(diǎn)和D區(qū)8節(jié)點(diǎn)的電壓均降至0.95附近，可見(jiàn)9節(jié)點(diǎn)首次向STUE請(qǐng)求失敗的原因之一是因?yàn)闊o(wú)法滿(mǎn)足節(jié)點(diǎn)電壓的要求。

圖5 非故障停電區(qū)節(jié)點(diǎn)電壓情況Fig.5 Non-faulty power-off area node voltage situation

6 結(jié)論

提出了一種基于5G通信的配電網(wǎng)分布式供電恢復(fù)策略來(lái)解決配電網(wǎng)發(fā)生故障后的供電恢復(fù)問(wèn)題。各非故障停電區(qū)域節(jié)點(diǎn)STU根據(jù)可靠性模型發(fā)出供電恢復(fù)請(qǐng)求，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)STU根據(jù)自身供電能力和請(qǐng)求情況進(jìn)行計(jì)算，得出最優(yōu)供電恢復(fù)方案。經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證，所提分布式供電恢復(fù)策略可以得到以下結(jié)論。

(1)該策略在故障發(fā)生后，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)供區(qū)域的快速劃分與負(fù)荷投切策略的分布式求解，計(jì)算量低、供電恢復(fù)速度快。

(2)負(fù)荷投切策略中，考慮了轉(zhuǎn)供區(qū)域的潮流安全問(wèn)題，在優(yōu)先恢復(fù)一類(lèi)負(fù)荷供電的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供區(qū)域內(nèi)供電恢復(fù)的最大化。

圖6 各供電區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)電壓曲線Fig.6 Node voltage curve in each supply area

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