姚卓磊,黃文燾,余墨多,邰能靈,傅曉飛,紀坤華
(1. 電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室(上海交通大學),上海市 200240;2. 國網(wǎng)上海市電力公司,上海市 200122)
智能配電網(wǎng)是電力網(wǎng)與通信網(wǎng)高度耦合的終端供電系統(tǒng),具有自動化程度高、自愈能力強等特征。近年來,臺風、暴雨等極端災害頻發(fā),對電力網(wǎng)與通信網(wǎng)均造成極大威脅,兩者間的耦合與依賴關(guān)系嚴重影響了恢復過程,降低了智能配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與快速搶修的能力與效率[1]。2012 年,臺風“桑迪”嚴重破壞了美國紐約州電力與通信系統(tǒng),通信大規(guī)模中斷導致故障搶修滯后,災后半個月仍有17 萬用戶未恢復供電[2]。2016 年,臺風“尼伯特”造成中國福建省1 068 個通信基站故障,導致配電網(wǎng)信息無法獲取,嚴重影響故障搶修工作,閩清縣和永泰縣的低壓用戶停電比例分別為95.7%和99.4%[3]。極端災害下,電力故障導致通信系統(tǒng)失電,通信中斷又反過來影響遠程控制裝置的信息獲取和有效動作。因此,協(xié)調(diào)恢復電力與通信是提高配電系統(tǒng)應對極端災害的關(guān)鍵。
目前,配電系統(tǒng)故障恢復的研究基本針對電力網(wǎng),可分為網(wǎng)架重構(gòu)[4-6]與故障搶修2 個階段[7-9]。配電網(wǎng)故障恢復目標可歸納為停電損失最小、搶修耗時最短、重構(gòu)網(wǎng)損最小等;重構(gòu)與搶修兩階段問題的求解方法主要包括混合整數(shù)模型方法和連續(xù)非線性規(guī)劃方法[10-12]。以上模型多建立在全網(wǎng)通信完備的基礎(chǔ)上,但在實際配電網(wǎng)恢復過程中,通信故障會限制配電網(wǎng)自動化功能,影響配電網(wǎng)恢復過程[13-16]。
目前,在智能配電網(wǎng)電力通信的故障恢復研究中,文獻[17]提出了一種電力-通信耦合的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法,保證負荷轉(zhuǎn)供量與通信節(jié)點的有效供電,但未考慮通信網(wǎng)絡(luò)故障對電力網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的影響,所提方法可能會因通信失效而無法轉(zhuǎn)供。文獻[18]提出了通信先于電力的故障恢復策略,該策略適用于通信系統(tǒng)獨立供電的情況,在實際系統(tǒng)中電力故障可能會影響通信系統(tǒng)正常運行。文獻[19]提出了一種網(wǎng)格化配電網(wǎng)電力-通信協(xié)調(diào)恢復策略,分階段依次恢復核心通信線路故障、電力故障和其他通信線路故障,但未根據(jù)實際故障情況動態(tài)制定故障恢復方案,恢復效率達不到最優(yōu)。
上述研究在進行故障恢復時,未實時考慮通信故障恢復帶來的轉(zhuǎn)供能力恢復,難以實現(xiàn)最優(yōu)的恢復效果。本文提出了一種智能配電網(wǎng)電力-通信災害故障動態(tài)協(xié)調(diào)恢復方法?;谂潆娋W(wǎng)電力-通信系統(tǒng)的復雜網(wǎng)絡(luò)建模,將配電網(wǎng)災害故障恢復劃分為通信失效下的電網(wǎng)重構(gòu)與負荷快速轉(zhuǎn)供、電力通信動態(tài)協(xié)調(diào)搶修及負荷綜合恢復,考慮通信恢復帶來的轉(zhuǎn)供能力恢復,動態(tài)量化電力與通信恢復帶來的負荷恢復量,結(jié)合搶修時間等因素,制定最優(yōu)的電力通信動態(tài)協(xié)調(diào)恢復方案。通過IEEE 33 節(jié)點算例及實際配電網(wǎng)算例驗證了所提方法的有效性,可降低故障恢復耗時與停電損失。
智能配電網(wǎng)由電力網(wǎng)與通信網(wǎng)高度耦合而成,元件設(shè)備類型多樣且耦合關(guān)系復雜,可利用復雜網(wǎng)絡(luò)理論進行網(wǎng)絡(luò)建模與分析[20-22]。將母線建模為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點,將線路建模為邊[23-25];與之類似,在進行通信網(wǎng)絡(luò)建模時,將終端智能電子設(shè)備建模為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,通信節(jié)點間的連接關(guān)系建模為邊[26]。此外,將電力網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)間的耦合關(guān)系建模為電力節(jié)點與通信節(jié)點間的邊[27],通過參數(shù)設(shè)置對兩類節(jié)點與邊進行區(qū)分。在實際配電網(wǎng)中,出于經(jīng)濟性的考慮,僅對必要的核心電力節(jié)點設(shè)置對應的通信節(jié)點以減少設(shè)備投入;出于可靠性的考慮,通信節(jié)點間往往存在冗余的無線通信線路,以保證通信網(wǎng)絡(luò)的魯棒性[25]。上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示,基于此建立配電網(wǎng)電力-通信耦合模型。
圖1 配電網(wǎng)電力-通信耦合模型Fig.1 Electricity-communication coupling model of distribution network
該模型存在2 類節(jié)點,即電力節(jié)點與通信節(jié)點;存在2 種實際運行狀態(tài),即有效與因故障失效。通過對每個節(jié)點設(shè)置初始狀態(tài)變量與實際運行變量區(qū)分其初始與實際運行狀態(tài),通過變量實部與虛部區(qū)分其節(jié)點類型,如式(1)與式(2)所示。與之類似,該模型中兩節(jié)點間的連接狀態(tài)包含3 種類型:1)節(jié)點間存在線路且有效運行;2)節(jié)點間存在線路但因故障失效;3)節(jié)點間不存在直接相連線路。線路包含2 種類型,即電力線路與通信線路。線路正向與反向在線路類型與運行狀態(tài)上完全相同。對兩節(jié)點間的連接狀態(tài)設(shè)置初始狀態(tài)變量與實際運行變量以區(qū)分理想與實際運行狀態(tài),通過變量實部與虛部區(qū)分線路類型,如式(3)與式(4)所示。
式中:fx,n、fx,ne、fx,nc分別為節(jié)點x的初始運行狀態(tài)、初始電力運行狀態(tài)、初始通信運行狀態(tài);kx,n、kx,ne、kx,nc分別為節(jié)點x的實際運行狀態(tài)、實際電力運行狀態(tài)、實際通信運行狀態(tài);fxy,l、fxy,le、fxy,lc分別為線路xy的整體連接狀態(tài)、電力線路連接狀態(tài)、通信線路狀態(tài);kxy,l、kxy,le、kxy,lc分別為線路xy的實際運行狀態(tài)、實際電力運行狀態(tài)、實際通信運行狀態(tài);Ωe、Ωc、Ωv分別為電力節(jié)點、通信節(jié)點、有效運行節(jié)點的集合;ΩLe、ΩLc、ΩLv分別為電力線路、通信線路、有效運行線路的集合。通過上述方式,實現(xiàn)了電力與通信系統(tǒng)的建模,該建模本身存在以下拓撲與參數(shù)約束。
1)節(jié)點與線路運行狀態(tài)約束
對電力與通信網(wǎng)絡(luò)而言,其節(jié)點與線路在恢復過程中不改變其類型,與初始狀態(tài)相同,如式(5)至式(8)所示。
式中:kx,le和kx,lc分別為節(jié)點x的電力線路連接狀態(tài)和通信線路連接狀態(tài)。
2)相鄰節(jié)點與線路運行狀態(tài)關(guān)聯(lián)約束
對電力與通信網(wǎng)絡(luò)而言,網(wǎng)絡(luò)上下游有效關(guān)系可以轉(zhuǎn)化為相鄰節(jié)點線路間的有效運行關(guān)系,即線路有效運行條件為兩端節(jié)點有效運行,節(jié)點有效運行條件為至少一條相連線路有效運行?;诖?,構(gòu)建電力網(wǎng)絡(luò)上下游約束,如式(9)與式(10)所示。同理,可構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)上下游約束,如式(11)與式(12)所示。
3)電力與通信網(wǎng)絡(luò)耦合約束
由于電力與通信網(wǎng)絡(luò)的耦合,帶來通信節(jié)點供電約束、聯(lián)絡(luò)開關(guān)正常動作約束,如式(13)與式(14)所示。
式中:ΩSC為聯(lián)絡(luò)開關(guān)線路集;ΩFI為光纖通信線路集。
除上述約束以外,該配電網(wǎng)電力-通信耦合模型還需滿足潮流可行性,即各節(jié)點電壓與線路潮流均滿足上下限約束。配電網(wǎng)電力系統(tǒng)在故障恢復過程中需保持輻射狀網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的核心通信節(jié)點配置備用電源,其運行狀態(tài)不受對應電力節(jié)點影響。
本文動態(tài)量化電網(wǎng)與通信網(wǎng)恢復帶來的負荷恢復量,分2 個階段分別求解智能配電網(wǎng)電力-通信故障動態(tài)協(xié)調(diào)恢復,如圖2 所示。階段1 為通信失效下的電網(wǎng)重構(gòu)與負荷快速轉(zhuǎn)供,在電力與通信系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上,考慮通信失效導致聯(lián)絡(luò)開關(guān)無法正常動作的影響,求解最優(yōu)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作方案,實現(xiàn)最多的負荷快速轉(zhuǎn)供。階段2 為電力通信動態(tài)協(xié)調(diào)搶修及負荷綜合恢復(包括負荷直接恢復與負荷轉(zhuǎn)供),通過電力故障恢復實現(xiàn)負荷直接恢復、通信故障恢復實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)供恢復,求解問題得到最優(yōu)的電力通信協(xié)調(diào)恢復方案。
圖2 電力-通信故障動態(tài)協(xié)調(diào)恢復流程圖Fig.2 Dynamic coordination recovery flow chart of electricity-communication fault
階段1 的恢復目標包括負荷恢復量最大、聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作次數(shù)最少;階段2 的恢復目標包括停電損失最小、電力與通信故障總恢復耗時最短、聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作次數(shù)最少。綜合考慮各恢復目標的優(yōu)先級,對其進行加權(quán)求和,得到目標函數(shù)f為:
式中:λ1、λ2、λ3為權(quán)重;f1、f2、f3為優(yōu)化目標子函數(shù);P0為電力系統(tǒng)總有功負荷,將其作為基準對失電損失進行標準化;t0為電力網(wǎng)絡(luò)負荷恢復用時;wi,n和pi分別為節(jié)點i的權(quán)重與有功負荷;ki,t,n為t時刻節(jié)點i的狀態(tài);Ts,k為搶修隊伍k完成搶修任務耗時;pr為電力搶修隊伍數(shù)目;cr為通信搶修隊伍數(shù)目;T01為搶修隊從位置0 移動至位置1 的所耗時間,數(shù)值上等于任一搶修隊在任意相鄰節(jié)點間移動耗時,將其作為基準對搶修耗時進行標準化。
通過分別將f1、f2、f3作為優(yōu)化目標求解故障恢復過程,得到f1、f2、f3的最大與最小值。
上述目標函數(shù)中,階段1 負荷恢復量最大的目標與階段2 停電損失最小的目標進行了整合,各優(yōu)化目標優(yōu)先級由高到低分別為停電損失最小、電力與通信故障恢復時間最短、聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作次數(shù)最少,符合實際配電網(wǎng)恢復目標順序。
階段1 的目的是考慮通信中斷對聯(lián)絡(luò)開關(guān)正常動作影響,僅通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作進行網(wǎng)架重構(gòu),在短時間內(nèi)實現(xiàn)最優(yōu)的負荷轉(zhuǎn)供效果。選取聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)標志作為決策變量,優(yōu)化目標函數(shù)如式(15)所示。需滿足的約束條件包括配電網(wǎng)電力-通信系模型所含約束,即節(jié)點與線路配置與實際運行約束、起始電力節(jié)點有效運行、網(wǎng)絡(luò)拓撲約束、網(wǎng)絡(luò)上下游有效性約束、電力網(wǎng)絡(luò)潮流有效性約束、電力與通信網(wǎng)絡(luò)耦合約束。
綜上所述,本階段的優(yōu)化問題為:根據(jù)上述建模進行負荷轉(zhuǎn)供優(yōu)化,得到現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)故障條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)供方案。
階段2 量化了電力與通信故障恢復帶來的負荷恢復量。在恢復過程中不斷調(diào)整,并綜合考慮搶修時間與搶修隊位置分布,制定電力通信動態(tài)協(xié)調(diào)恢復方案。
2.3.1 故障動態(tài)恢復下負荷恢復量
進行電力-通信混合協(xié)調(diào)恢復的關(guān)鍵是明確電力與通信故障恢復效果的定義以及量化比較方法??紤]到在故障恢復過程中,電力故障恢復可以實現(xiàn)直接的負荷恢復,通信故障恢復通過提升負荷轉(zhuǎn)供能力實現(xiàn)間接的負荷恢復。基于此,計算電力與通信故障恢復帶來的負荷恢復量為:
式中:wj,e為故障j恢復效果量化結(jié)果;k′i,n為該故障恢復后節(jié)點i的運行狀態(tài);Ne故障節(jié)點的集合。
在恢復過程中,綜合考慮故障恢復帶來的負荷恢復量與搶修隊位置分布,優(yōu)化求解恢復方案,并隨負荷恢復動態(tài)更新。
2.3.2 故障搶修變量與約束條件
本階段設(shè)置電力與通信搶修隊,分別按序進行電力與通信故障的恢復工作?;诖?,構(gòu)建故障恢復任務分配與恢復順序變量ai,k和bij,k,其中,ai,k為故障節(jié)點i是否由搶修隊k進行恢復的狀態(tài)變量,值為1 表示是,值為0 表示否;bij,k為故障節(jié)點i與j由搶修隊k進行恢復,且故障節(jié)點i恢復順序優(yōu)先于故障節(jié)點j的狀態(tài)變量,值為1 表示是,值為0 表示否。
基于上述變量,搶修隊安排需滿足以下約束。
1)搶修資源約束
每個故障由單個對應類型的搶修隊進行恢復,且搶修隊按嚴格先后順序進行故障搶修,如式(20)所示。
2)故障恢復時間約束
基于故障恢復方案、故障搶修耗時得到網(wǎng)絡(luò)綜各故障恢復的具體時刻,如式(21)至式(23)所示。
式中:Ti,k,e、Ti,k,s分別為搶修隊k恢復故障節(jié)點i的終止時間與起始時間;Tk,0i為搶修隊k從初始位置移動到故障節(jié)點i位置耗時,該耗時可為0;Ti為故障節(jié)點i的搶修耗時。
式中:Tj,k,s為搶修隊k恢復故障節(jié)點j的起始時間;Tk,ij為搶修隊k從故障節(jié)點i移動到故障節(jié)點j所需的時間。
式中:ki為故障節(jié)點i對應線路的狀態(tài)標志;T為當前時刻。
綜上所述,本階段的優(yōu)化問題如式(24)所示。
本文對電力與通信故障恢復所帶來的負荷恢復量進行量化比較,確定了電力與通信故障間的恢復優(yōu)先級,實現(xiàn)了電力與通信故障的混合恢復;通過在每次故障恢復后更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與故障恢復帶來的負荷恢復量,實現(xiàn)了故障恢復方案的動態(tài)調(diào)整。
負荷轉(zhuǎn)供與故障恢復均為混合整數(shù)線性規(guī)劃(mixed-integer linear programming,MILP)問題,可以采用商業(yè)求解器CPLEX 進行求解。整體恢復方案求解步驟如下:
步驟1:故障發(fā)生后,進行故障隔離,斷開故障線路。
步驟2:根據(jù)電力與通信網(wǎng)絡(luò)上下游有效性約束(如式(9)至式(12)所示)和電力-通信耦合約束(如式(13)與式(14)所示),更新電力與通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與線路的實際運行狀態(tài)。
步驟3:考慮通信線路故障對聯(lián)絡(luò)開關(guān)有效動作的影響,得到最優(yōu)的網(wǎng)架重構(gòu)方案,優(yōu)化問題如式(18)所示。
步驟4:根據(jù)式(19)更新各故障恢復帶來的負荷恢復量,進行故障恢復方案優(yōu)化,如式(24)所示。
步驟5:當某一故障恢復完成,根據(jù)式(9)至式(14),更新網(wǎng)絡(luò)各線路與節(jié)點的實際運行狀態(tài)。
步驟6:判斷負荷是否完全恢復,判斷式如式(25)所示。
如果負荷完全恢復,跳轉(zhuǎn)至步驟7,否則跳轉(zhuǎn)至步驟4。
步驟7:判斷故障恢復是否完成,判斷式如式(26)所示。
如果故障恢復完成,則流程結(jié)束,否則跳轉(zhuǎn)至步驟8。
步驟8:根據(jù)式(24)進行故障恢復方案優(yōu)化,并執(zhí)行直到故障完全恢復,流程結(jié)束。
求解步驟的流程如圖3 所示。
圖3 故障動態(tài)協(xié)調(diào)恢復流程圖Fig.3 Flow chart of dynamic coordinated recovery from fault
為了驗證本文方法的有效性,采用IEEE 33 節(jié)點配電網(wǎng)(簡稱算例1)以及中國某城鎮(zhèn)10 kV 配電網(wǎng)(簡稱算例2)作為算例。上述兩系統(tǒng)具有閉環(huán)設(shè)計開環(huán)運行的網(wǎng)絡(luò)特性,IEEE 33 節(jié)點配電網(wǎng)具有更好的負荷轉(zhuǎn)供能力,實際配電網(wǎng)則包含更多實際環(huán)境中的網(wǎng)架設(shè)計問題,可驗證本文方法對不同拓撲的適用性和有效性。
算例1 各節(jié)點權(quán)重均設(shè)置為1,有功負荷如附錄A 表A1 所示。
基于復雜網(wǎng)絡(luò)理論對配電網(wǎng)的重要電力節(jié)點進行辨識[28],將其作為網(wǎng)絡(luò)主體,相應的通信線路采用光纖通信,其余部分采用無線通信。在該建?;A(chǔ)上,設(shè)置7 個電力線路故障,分別為線路3-4、23-24、20-21、7-8、9-10、13-14、16-17,并設(shè)置2 個通信故障,分別為線路17-32 與通信節(jié)點8。此外,設(shè)置2 個電力搶修隊與1 個通信搶修隊,以非聯(lián)絡(luò)開關(guān)線路作為交通線路,以距網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點最短距離和最小為原則,將電力搶修隊初始位置設(shè)定在節(jié)點4 與節(jié)點13,將通信搶修隊初始位置設(shè)定在節(jié)點5,具體如圖4 所示。
圖4 算例1 的電力-通信拓撲與故障恢復配置Fig.4 Topology of electricity-communication and fault recovery configuration in case 1
故障搶修過程中,搶修隊節(jié)點間的移動耗時為5 min,通信線路的搶修耗時為20 min,通信節(jié)點的搶修耗時為30 min,各電力故障的搶修耗時如附錄A 表A2 所示。
針對上述場景,分別采用2 種方法進行故障恢復。方法1 為本文所提方法,方法2 為文獻[19]所提方法。文獻[19]在負荷轉(zhuǎn)供之后,將影響聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作的通信網(wǎng)絡(luò)故障定義為關(guān)鍵通信故障,依次恢復關(guān)鍵通信故障、電力網(wǎng)絡(luò)故障、其他通信網(wǎng)絡(luò)故障,最終完成電力-通信故障恢復。
考慮到本文搶修隊設(shè)置與文獻[19]存在較大差別,這里對方法2 中關(guān)鍵通信故障與電力故障搶修方案進行分別求解后,同時開始執(zhí)行。從停電損失、搶修耗時2 個角度分析各方法的恢復效果,效果對比如附錄A 圖A1 和圖A2 所示。方法1 和方法2 的失電損失分別為1 498.33 kW·h 和1 793.33 kW·h,本文所提方法降低了16.45%的停電損失。分析其原因可知,方法2 優(yōu)先對通信故障導致的失電負荷進行恢復,但對該通信故障恢復帶來的負荷恢復提升未做過多考慮,部分情況下導致了電力故障恢復的滯后,例如本算例中的通信線路17-32 未能達到最優(yōu)恢復效果。本文方法通過對通信故障與電力故障恢復進行混合優(yōu)化,充分考慮了各故障恢復帶來的負荷恢復提升,實現(xiàn)了最優(yōu)的恢復效果。方法1和方法2 的故障搶修耗時分別為230 min 和250 min,且在故障恢復過程中,搶修曲線無明顯差別。就算法計算耗時而言,方法1 與方法2 的耗時分別為26.43 s 和12.82 s。方法1 由于需要對恢復方案進行動態(tài)調(diào)整,計算量較大,算法計算耗時較方法2 長,但對實際故障恢復影響不大。
與對比方法相比,本文方法在故障搶修曲線基本一致的情況下,實現(xiàn)了更為良好的負荷恢復效果。由于本文方法與對比方法存在不同程度的搶修隊閑置情況,為了消除此影響,對3 支搶修隊各自的搶修時間進行求和,以負荷恢復完成劃分故障搶修階段,并據(jù)此定義搶修隊負荷恢復總耗時,結(jié)合前述指標,算例1 各方法恢復效果對比結(jié)果如附錄A 表A3 所示??梢钥吹?,排除搶修資源不充分利用的影響,在IEEE 33 節(jié)點系統(tǒng)中,本文所提方法的負荷恢復與故障搶修速度仍然快于對比方法。這是因為電力系統(tǒng)與通信系統(tǒng)高度耦合,電力與通信故障的恢復過程也相互影響,表現(xiàn)為電力故障影響通信系統(tǒng)供電,通信故障影響聯(lián)絡(luò)開關(guān)正常動作。此外,在配電網(wǎng)負荷恢復過程中,電力與通信故障恢復帶來的負荷恢復量是動態(tài)變化的。對比方法對關(guān)鍵通信故障進行識別與恢復方案制定,將其與電力故障恢復方案進行合并,忽略了上述影響;本文方法考慮電力與通信故障恢復過程的相互影響,通過對電力與通信故障恢復帶來的負荷恢復量進行動態(tài)量化,實現(xiàn)了電力-通信災害故障動態(tài)協(xié)調(diào)恢復,達到了更好的負荷恢復效果。
為避免結(jié)果偶然性與進一步驗證本文方法在實際場景下的恢復效果,還需要采用實際配電網(wǎng)進行算例分析。
為了驗證本文所提恢復策略在該場景下的恢復效果,采用算例2 對該網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點進行辨識[28],網(wǎng)絡(luò)主體部分通信線路為光纖通信,其余部分用無線通信進行補齊。在該網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置13 個電力線路故障與4 個通信故障。此外,設(shè)置3 個電力搶修隊與2 個通信搶修隊,其中,電力搶修隊初始位置為節(jié)點4、節(jié)點9、節(jié)點46;通信搶修隊初始位置為節(jié)點9、節(jié)點46,具體如圖5 所示。在實際配電網(wǎng)中,由于經(jīng)濟性或通信可靠性限制,聯(lián)絡(luò)開關(guān)配置可能較少,且部分城鎮(zhèn)配電網(wǎng)可能會存在大分支現(xiàn)象,進而影響配電網(wǎng)災后的故障恢復。
圖5 算例2 的電力-通信拓撲與故障恢復配置Fig.5 Topology of electricity-communication and fault recovery configuration in case 2
搶修隊節(jié)點間的移動耗時為5 min,通信線路的搶修耗時為30 min,各電力故障的搶修耗時如附錄A 表A4 所示。
針對上述算例場景,分別采用2 種方法進行故障恢復。方法1 為本文所提方法,方法2 為文獻[19]所提方法。其中,方法2 對關(guān)鍵通信故障與電力故障搶修方案進行分別求解后,同時開始執(zhí)行。從停電損失、搶修耗時2 個角度分析各方法的恢復效果,效果對比如附錄A 圖A3 和圖A4 所示。方法1 和方法2 失電損失分別為2 509.75 kW·h 和2 766.17 kW·h,本文所提方法降低了9.27%的停電損失。該結(jié)果及其原因與算例1 一致。算法計算耗時方面,方法1 和方法2 的耗時分別為49.05 s 和23.51 s,本文所提方法計算耗時相對較長,但對實際恢復過程影響較小。
由于實際配電網(wǎng)存在大分支情況,故障搶修與負荷恢復同時完成,考慮到不同方法的搶修資源閑置情況和搶修隊總耗時定義,并結(jié)合前述指標,算例2 方法恢復效果的對比結(jié)果如附錄A 表A5 所示。在實際配電網(wǎng)中,本文方法在恢復效果上優(yōu)于對比方法,該結(jié)果與IEEE 33 節(jié)點系統(tǒng)中的結(jié)果相同。此外,對比算例1 和算例2 的結(jié)果可知,雖然算例2整體負荷量比算例1 低,但由于實際配電網(wǎng)中存在節(jié)點多、負荷分散、故障分布廣、大分支以及聯(lián)絡(luò)開關(guān)分布不合理等現(xiàn)象,遠端節(jié)點負荷難以通過轉(zhuǎn)供方式進行恢復,必須對上游的故障節(jié)點恢復之后才能實現(xiàn)供電恢復。因此,算例2 的停電損失較算例1明顯增高,這也是實際環(huán)境中配電網(wǎng)故障恢復面臨的主要問題。同時,該問題極大限制了配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的負荷轉(zhuǎn)供效果,進而導致了通信故障恢復帶來的轉(zhuǎn)供能力恢復較少。因此,在算例2 中,本文方法較對比方法的恢復效果改善程度降低。該現(xiàn)象證明本文方法恢復效果改善的直接原因在于電力與通信故障動態(tài)協(xié)調(diào)恢復帶來的配電網(wǎng)自動化功能快速恢復。
本文針對智能配電網(wǎng)電網(wǎng)與通信網(wǎng)復雜耦合影響恢復過程的難題,提出了智能配電網(wǎng)電力-通信災害故障兩階段動態(tài)協(xié)調(diào)恢復方法,加快負荷恢復,降低停電損失。經(jīng)IEEE 33 節(jié)點算例與實際配電網(wǎng)算例驗證表明:
1)所提建模方法考慮了配電網(wǎng)與通信網(wǎng)間的耦合關(guān)系,包括電力節(jié)點對通信節(jié)點的供電、通信對聯(lián)絡(luò)開關(guān)正常動作的支撐作用,并將其轉(zhuǎn)化為約束條件,實現(xiàn)在恢復過程中實時考慮耦合關(guān)系,使得恢復方案更優(yōu)。
2)配電網(wǎng)電力-通信災害故障協(xié)調(diào)恢復方法可動態(tài)計算電力-通信故障恢復帶來的負荷恢復量,實現(xiàn)了故障恢復方案隨恢復過程的實時優(yōu)化調(diào)整,提高了故障恢復的效率與效果,多個場景經(jīng)驗證均可降低災害故障恢復耗時以及恢復過程中的停電損失。
本文研究對搶修隊移動的設(shè)置較為理想化,后續(xù)可以考慮實際路網(wǎng)進行協(xié)調(diào)恢復策略研究。此外,本文后續(xù)研究方向還包括考慮分布式電源的電力-通信災害故障恢復。
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