【精彩论文推荐】基于智能配电终端的分布式供电恢复方法

本文在处理包含DG的供电恢复过程中，对DG控制策略做了一定的简化处理，在下一步的研究工作中需要充分考虑DG控制策略差异性对供电恢复过程的影响，尤其需要考虑DG具备一定无功输出能力时对电压约束条件的影响。

本文以分散安装在配电网各开关处的智能终端(STU)为中心，采用对等通信方式与其它终端交互网络拓扑、开关属性、电气量等信息，在局部信息的支撑下，采用电网逐步戴维南等值方法对电气量进行简化求解，并与相邻终端协作完成非故障停电区和实际可恢复供电区的分布式搜索判断。该方法无需全局拓扑信息和电气量信息，避免了大量信息向一个或少数几个节点的集中传输，将计算任务分散到多个STU中协同完成，每个STU的计算量可控，对于存在多个非故停电区的情况可并行处理。

（来源：微信公众号 电力系统自动化 ID：AEPS-1977 作者：丛伟，盛亚如，咸国富，程云祥，尹丰钊，张丽强）

1研究背景及意义

电网是连接发、输电网和用户的重要环节，其供电可靠性至关重要。故障是影响配电网供电可靠性的重要因素，配电网故障后，必须尽快恢复非故障停电区的供电。配电网规模的不断扩大以及分布式电源(DG)的接入增加了网络结构和运行方式的复杂性，对配电网供电恢复的快速性和适应性带来了新的挑战。

当前对配电网供电恢复方法的研究重点是如何确定适当的目标函数和约束条件，如何对目标函数进行快速、高效的求解。该类方法一般采用集中式结构，需要获取配电网局部甚至全网的拓扑信息、开关量信息和电气量信息，依靠主站强大的数据存储和计算能力求解供电恢复策略，然后下发开关操作遥控命令至配电终端设备执行。集中式优化方法需要进行主从式大范围的信息交互，对信息完好性、集中式主机的依赖性较大，可能出现算法不收敛的情况。此外，遥控操作需要进行多次往返校核，会对集中式供电恢复策略的执行可靠性带来不利影响。

本文以分散安装在配电网各开关处的智能终端(STU)为中心，采用对等通信方式与其它终端交互网络拓扑、开关属性、电气量等信息，在局部信息的支撑下，采用电网逐步戴维南等值方法对电气量进行简化求解，并与相邻终端协作完成非故障停电区和实际可恢复供电区的分布式搜索判断。该方法无需全局拓扑信息和电气量信息，避免了大量信息向一个或少数几个节点的集中传输，将计算任务分散到多个STU中协同完成，每个STU的计算量可控，对于存在多个非故停电区的情况可并行处理。

2分布式供电恢复系统结构及功能

分布式供电恢复系统的结构如下图所示，以配电网为基础，包含通信网络和各STU。通信网络与配电网络拓扑结构相互独立，由STU将其联系在一起。通信网络负责将各STU连接起来并提供对等通信和信息交换的通道。配电网络为STU提供完成供电恢复所需的网络拓扑及电气量信息，并对STU的指令进行响应。

图1 分布式供电恢复系统结构及功能示意图

STU作为分布式供电恢复系统的核心，收集并存储终端安装处的局部拓扑、电气量信息，并以对等式通信的方式与相邻终端交互所需信息，然后在这些局部信息的支撑下进行目标函数和约束条件的求解，并与相邻终端协作完成对整个电网的拓扑搜索和供电恢复控制。

每个STU都能与其它终端进行对等通信交互所需信息，具体可分为数据信息和指令信息两种，数据信息用来支撑目标函数约束条件的求解和拓扑搜索，指令信息用来控制供电恢复过程。为防止因终端故障影响恢复过程，各STU可通过与相邻终端通信获得下级相邻终端的拓扑信息作为备用。

3分布式供电恢复网络拓扑搜索方法及过程

设在供电恢复开始之前已经完成故障检测和隔离等过程，且停电区域内各处分布式电源和微网已经断开相应开关，切断与主网的连接。本文的分布式供电恢复主要分为三个过程，第一步搜索非故障停电区域并寻找可恢复电源点;第二步以具备供电恢复能力的联络开关为起始点，配合网络简化等值和约束条件的计算，逆向接力搜索确定实际可恢复供电区域;第三步以停电区域内的可独立孤岛运行的分布式电源处的STU为搜索起始点，确定最大可能的孤岛供电区域。

3.1 非故障停电区的搜索方法

非故障停电区的接力搜索流程如下。

1)由根节点开始依次向下游相邻子节点发送停电区搜索指令。

2)相关节点接收指令后，判断是否满足搜索停止条件，若不满足则将指令向下游相邻子节点转发，以此类推，直至满足搜索停止条件。

3)搜索停止条件为STU对应的开关为末端分支开关、联络开关、处于分闸状态且不可操作的开关。

搜索停止后需进行信息的返回确认过程如下。

1)信息返回确认从停止搜索的各节点即停电区域内各叶子节点开始，向父节点依次传递有无可用来进行供电恢复的电源点信息。

2)中间节点接收所有子节点信息并进行判断，然后将后代有无电源点信息向父节点发送，依次类推。另外，信息返回至分支点时，需在分支点处对各分支是否具备供电恢复条件进行标记。

3)确认信息返回根节点后，由根节点进行区域类型判断，若后代无电源点说明此区域不具备恢复条件，不再继续进行供电恢复操作，否则进行第二步，确定实际可恢复供电的范围。

3.2 实际可恢复供电区域的判断方法

由根节点将“开始供电恢复搜索”指令发送至各可恢复供电的电源点，从各电源点开始依次向上游搜索判断实际的供电恢复区域，流程如下。

1)各电源对应的节点接收到来自根节点的供电恢复开始指令后，以此为起始点，将供电恢复指令和网络等值参数向上级父节点发送。

2)上级父节点收到信息后，基于本地电气量信息和来自子节点的网络等值参数进行约束条件验证，约束条件满足则重新生成等值参数并继续向上级父节点发送相关信息，约束条件不满足则停止供电恢复。

3)出现约束条件不满足的情况停止搜索，此时即确定了实际可恢复供电范围，若一直搜索到根节点约束条件依旧满足，则说明整个停电区均可恢复供电。

3.3 分布式电源孤岛搜索

配电网发生故障后，故障隔离区域内的分布式电源将会断开并网开关与主网脱离。由于部分DG具有一定的供电容量，因此在完成主网的供电恢复后，还需要对可独立孤岛运行、在供电恢复范围以外的DG进行供电恢复控制，形成能够稳定运行的孤岛，以充分发挥DG对局部负荷连续供电的支撑能力。

由停电区根节点发送“DG孤岛搜索”指令至各具备孤岛运行能力的DG，对应DG处的STU收到指令后，以自身为起始点，采用与第二步搜索原则相似的方式进行搜索。当约束条件不满足时则停止搜索，形成由DG供电的孤岛。若具备同期并网的能力，则在满足并网条件时并网;否则保持孤岛运行状态，直到具备并网条件。

4仿真算例

算例采用美国PG&E 69节点的配电系统，如图2所示。图中黑色实心点代表支路负荷，开关等值为支路，实线和虚线分别表示开关闭合和断开。分段开关编号与支路末节点编号相同，联络开关编号为69~73，由于STU安装在各开关处，其编号与对应开关编号相同。

假设节点6和节点27处发生故障，开关6，7，27和28断开。利用本文所提出的分布式供电恢复的三个步骤进行供电恢复，最终形成的供电恢复方案如图2所示，断开分段开关43，11和29，闭合联络开关69，71和73及非故障停电区的DG并网开关。

图2 接入DG后PG&E 69节点配网系统

本文提出的分布式方法对上述多故障情况可并行处理，将计算任务分布到停电区内的各智能终端，无需获取、管理大规模网络拓扑信息，无需进行主从式大规模电气量和开关量信息的传输，仅进行本地计算，计算量小且计算方法简单，每个STU平均仿真计算时长为0.0136s，具有较好的计算快速性，考虑到STU可以并行计算，随着网络规模的扩大，分布式供电恢复方法适应性好、灵活性高、计算速度快的优点将会更加明显。

5总结与展望

本文提出的分布式供电恢复方法具有以下特点。

1)将整个网络的拓扑、电气量等信息分散存储在各STU，无需集中式的管理主机，适合配电网点多面广的结构，具有较好的适应性和灵活性。

2)通过相邻终端间对等式的“点对点”通信方式代替集中式方法中“点对多点”的通信方式进行分布式网络拓扑搜索，减少了通信压力。

3)分布式供电恢复方法将计算功能分配至各STU完成，不需进行集中式的潮流计算，约束条件的求解以电网逐步戴维南等值为基础，计算量小，速度快，不会出现结果不收敛的情况。

4)各STU均具备独立引导供电恢复的能力，对于故障导致多个停电区的情况可并行处理，提高了供电恢复速度。

本文在处理包含DG的供电恢复过程中，对DG控制策略做了一定的简化处理，在下一步的研究工作中需要充分考虑DG控制策略差异性对供电恢复过程的影响，尤其需要考虑DG具备一定无功输出能力时对电压约束条件的影响。