基于啟發(fā)式搜索和模糊綜合評判的配電網(wǎng)供電恢復

周年榮 毛天 常亞東 張林山

配電網(wǎng)故障恢復是在隔離故障設備以后，依據(jù)當前網(wǎng)絡拓撲及潮流分布，在滿足系統(tǒng)潮流安全約束的條件下，尋找最優(yōu)的非故障失電區(qū)的恢復方案，對當前故障后的配電網(wǎng)實現(xiàn)重構(gòu)的過程。因此，恢復供電恢復問題實際上對支路開關(guān)0-1狀態(tài)進行最優(yōu)組合。

1、基于啟發(fā)式搜索的故障恢復流程

啟發(fā)式故障恢復算法的流程圖如圖1所示。算法首先根據(jù)故障后的情況，搜索出受故障影響的供電區(qū)域，并根據(jù)潮流計算的結(jié)果確定電網(wǎng)在恢復前的初始狀態(tài)，統(tǒng)計停電區(qū)域的失電總負荷和優(yōu)先級較高的負荷，以及各條正常供電饋線的聯(lián)絡線有效備用容量。

圖1 算法流程

2、供電恢復方案評價指標

1）開關(guān)操作次數(shù)（SN）

故障恢復的最終方案由一些開關(guān)操作構(gòu)成，不管開關(guān)是否閉合還是斷開都要對開關(guān)的壽命產(chǎn)生影響。此外，由于我國配電網(wǎng)中手動開關(guān)占多數(shù)，開關(guān)操作次數(shù)的是多少影響著恢復時間，因此應該盡量減少對開關(guān)的頻繁操作。開關(guān)操作次數(shù)是對方案進行評估的重要指標，其隸屬度函數(shù)如圖2所示，取SN1、SN2分別為1和7。

為了比較不同可行供電恢復方案的優(yōu)劣，本文仍然認為開關(guān)操作次數(shù)之差小于或者等于2的恢復方案具備可比性。

2）負荷轉(zhuǎn)移量（LT）

當分區(qū)恢復無法完全恢復停電區(qū)域的供電，此時需要將停電區(qū)域的支持饋線上的一些負荷轉(zhuǎn)移到下一級饋線上去以增加支持饋線的備用容量。但是符合轉(zhuǎn)移涉及開關(guān)操作，影響正常供電負荷的切換。在恢復過程中，希望負荷轉(zhuǎn)移對正常供電區(qū)域的影響越小越好。

圖2 開關(guān)操作次數(shù) 圖3 負荷轉(zhuǎn)移量

負荷轉(zhuǎn)移量LT定義為某方案的負荷轉(zhuǎn)移量之和，LTa為接受負荷轉(zhuǎn)移的饋線的總負荷。隸屬度函數(shù)如圖3所示。

3）饋線容量裕度（M）

制定恢復方案應考慮配電網(wǎng)再次處理故障的能力，為此引入饋線的容量裕度來衡量。饋線的容量裕度是指該饋線再次發(fā)生故障時的恢復儲備程度，用恢復方案集中饋線的容量裕度指標M的最小值作為評價指標，其中M定義為：

式中LTSj為饋線j相連的聯(lián)絡開關(guān)有效備用容量，LL，j為其轉(zhuǎn)移負荷值，N為恢復方案集中聯(lián)絡開關(guān)個數(shù)。隸屬度函數(shù)如圖4，取M1為5.0。

圖4 饋線容量裕度 圖5 最大電壓降

4）最大電壓降（ΔV/V）

最大電壓降是指故障后配電網(wǎng)絡的所有饋線中電壓降落百分數(shù)的最大值（圖5），該指標是對方案實施后對系統(tǒng)電壓質(zhì)量的評價的重要數(shù)據(jù)。最大電壓降定義為：

式中Vi為節(jié)點電壓的實際值，V0為系統(tǒng)電源電壓。

3、基于啟發(fā)式搜索和模糊綜合評判的配電網(wǎng)供電恢復實例

該算例為某一個實際配電網(wǎng)絡，假設故障發(fā)生在c1和c2之間，故障隔離后，c2的下游支路構(gòu)成停電區(qū)域。如圖6中實線所示，其中虛線為聯(lián)絡開關(guān)支路。系統(tǒng)參數(shù)包含各饋線的節(jié)點參數(shù)、各饋線的線路參數(shù)和聯(lián)絡開關(guān)支路參數(shù)。饋線節(jié)點參數(shù)包含節(jié)點編號、節(jié)點類型和負荷信息，以及饋線正常狀態(tài)運行時的電壓幅值和相角信息。

圖6 某實際配電網(wǎng)接線圖

表1 故障恢復候選方案集

當圖6中c1和c2之間發(fā)生故障時，故障區(qū)域發(fā)生在3號饋線，失去負荷的節(jié)點總數(shù)由11個，總共失去有功負荷總量為2.38518kW。采用本文提出的啟發(fā)式搜索故障恢復算法，可迅速求解出快速恢復供電的候選方案集，見表1。

為了評價供電恢復方案的優(yōu)劣，本文分別計算了恢復方案的評價指標：開關(guān)操作次數(shù)指標、負荷轉(zhuǎn)移量指標、饋線容量裕度指標和最大電壓降指標。其中，第1條至第4條聯(lián)絡線的有效備用容量分別是10.2453、9.5012、5.9458、6.4555。然后，采用加權(quán)求和的方式，選取取值最大的方案為候選方案中最優(yōu)方案，具體見表5。關(guān)于權(quán)值的選取方式，本文選取和的權(quán)重分別為0.4、0.3、0.15和0.15。因此，恢復方案1的綜合評價分數(shù)最高，應選擇為最優(yōu)供電恢復方案。