本文在處理包含DG的供電恢復(fù)過程中，對DG控制策略做了一定的簡化處理，在下一步的研究工作中需要充分考慮DG控制策略差異性對供電恢復(fù)過程的影響，尤其需要考慮DG具備一定無功輸出能力時對電壓約束條件的影響。
本文以分散安裝在配電網(wǎng)各開關(guān)處的智能終端(STU)為中心，采用對等通信方式與其它終端交互網(wǎng)絡(luò)拓撲、開關(guān)屬性、電氣量等信息，在局部信息的支撐下，采用電網(wǎng)逐步戴維南等值方法對電氣量進行簡化求解，并與相鄰終端協(xié)作完成非故障停電區(qū)和實際可恢復(fù)供電區(qū)的分布式搜索判斷。該方法無需全局拓撲信息和電氣量信息，避免了大量信息向一個或少數(shù)幾個節(jié)點的集中傳輸，將計算任務(wù)分散到多個STU中協(xié)同完成，每個STU的計算量可控，對于存在多個非故停電區(qū)的情況可并行處理。
（來源：微信公眾號 電力系統(tǒng)自動化 ID：AEPS-1977 作者：叢偉，盛亞如，咸國富，程云祥，尹豐釗，張麗強）
1研究背景及意義
電網(wǎng)是連接發(fā)、輸電網(wǎng)和用戶的重要環(huán)節(jié)，其供電可靠性至關(guān)重要。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。配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大以及分布式電源(DG)的接入增加了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式的復(fù)雜性，對配電網(wǎng)供電恢復(fù)的快速性和適應(yīng)性帶來了新的挑戰(zhàn)。
當前對配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法的研究重點是如何確定適當?shù)哪繕撕瘮?shù)和約束條件，如何對目標函數(shù)進行快速、高效的求解。該類方法一般采用集中式結(jié)構(gòu)，需要獲取配電網(wǎng)局部甚至全網(wǎng)的拓撲信息、開關(guān)量信息和電氣量信息，依靠主站強大的數(shù)據(jù)存儲和計算能力求解供電恢復(fù)策略，然后下發(fā)開關(guān)操作遙控命令至配電終端設(shè)備執(zhí)行。集中式優(yōu)化方法需要進行主從式大范圍的信息交互，對信息完好性、集中式主機的依賴性較大，可能出現(xiàn)算法不收斂的情況。此外，遙控操作需要進行多次往返校核，會對集中式供電恢復(fù)策略的執(zhí)行可靠性帶來不利影響。
本文以分散安裝在配電網(wǎng)各開關(guān)處的智能終端(STU)為中心，采用對等通信方式與其它終端交互網(wǎng)絡(luò)拓撲、開關(guān)屬性、電氣量等信息，在局部信息的支撐下，采用電網(wǎng)逐步戴維南等值方法對電氣量進行簡化求解，并與相鄰終端協(xié)作完成非故障停電區(qū)和實際可恢復(fù)供電區(qū)的分布式搜索判斷。該方法無需全局拓撲信息和電氣量信息，避免了大量信息向一個或少數(shù)幾個節(jié)點的集中傳輸，將計算任務(wù)分散到多個STU中協(xié)同完成，每個STU的計算量可控，對于存在多個非故停電區(qū)的情況可并行處理。
2分布式供電恢復(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
分布式供電恢復(fù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，以配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，包含通信網(wǎng)絡(luò)和各STU。通信網(wǎng)絡(luò)與配電網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)相互獨立，由STU將其聯(lián)系在一起。通信網(wǎng)絡(luò)負責將各STU連接起來并提供對等通信和信息交換的通道。配電網(wǎng)絡(luò)為STU提供完成供電恢復(fù)所需的網(wǎng)絡(luò)拓撲及電氣量信息，并對STU的指令進行響應(yīng)。
圖1 分布式供電恢復(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能示意圖
STU作為分布式供電恢復(fù)系統(tǒng)的核心，收集并存儲終端安裝處的局部拓撲、電氣量信息，并以對等式通信的方式與相鄰終端交互所需信息，然后在這些局部信息的支撐下進行目標函數(shù)和約束條件的求解，并與相鄰終端協(xié)作完成對整個電網(wǎng)的拓撲搜索和供電恢復(fù)控制。
每個STU都能與其它終端進行對等通信交互所需信息，具體可分為數(shù)據(jù)信息和指令信息兩種，數(shù)據(jù)信息用來支撐目標函數(shù)約束條件的求解和拓撲搜索，指令信息用來控制供電恢復(fù)過程。為防止因終端故障影響恢復(fù)過程，各STU可通過與相鄰終端通信獲得下級相鄰終端的拓撲信息作為備用。
3分布式供電恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索方法及過程
設(shè)在供電恢復(fù)開始之前已經(jīng)完成故障檢測和隔離等過程，且停電區(qū)域內(nèi)各處分布式電源和微網(wǎng)已經(jīng)斷開相應(yīng)開關(guān)，切斷與主網(wǎng)的連接。本文的分布式供電恢復(fù)主要分為三個過程，第一步搜索非故障停電區(qū)域并尋找可恢復(fù)電源點;第二步以具備供電恢復(fù)能力的聯(lián)絡(luò)開關(guān)為起始點，配合網(wǎng)絡(luò)簡化等值和約束條件的計算，逆向接力搜索確定實際可恢復(fù)供電區(qū)域;第三步以停電區(qū)域內(nèi)的可獨立孤島運行的分布式電源處的STU為搜索起始點，確定最大可能的孤島供電區(qū)域。
3.1 非故障停電區(qū)的搜索方法
非故障停電區(qū)的接力搜索流程如下。
1)由根節(jié)點開始依次向下游相鄰子節(jié)點發(fā)送停電區(qū)搜索指令。
2)相關(guān)節(jié)點接收指令后，判斷是否滿足搜索停止條件，若不滿足則將指令向下游相鄰子節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，以此類推，直至滿足搜索停止條件。
3)搜索停止條件為STU對應(yīng)的開關(guān)為末端分支開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、處于分閘狀態(tài)且不可操作的開關(guān)。
搜索停止后需進行信息的返回確認過程如下。
1)信息返回確認從停止搜索的各節(jié)點即停電區(qū)域內(nèi)各葉子節(jié)點開始，向父節(jié)點依次傳遞有無可用來進行供電恢復(fù)的電源點信息。
2)中間節(jié)點接收所有子節(jié)點信息并進行判斷，然后將后代有無電源點信息向父節(jié)點發(fā)送，依次類推。另外，信息返回至分支點時，需在分支點處對各分支是否具備供電恢復(fù)條件進行標記。
3)確認信息返回根節(jié)點后，由根節(jié)點進行區(qū)域類型判斷，若后代無電源點說明此區(qū)域不具備恢復(fù)條件，不再繼續(xù)進行供電恢復(fù)操作，否則進行第二步，確定實際可恢復(fù)供電的范圍。
3.2 實際可恢復(fù)供電區(qū)域的判斷方法
由根節(jié)點將“開始供電恢復(fù)搜索”指令發(fā)送至各可恢復(fù)供電的電源點，從各電源點開始依次向上游搜索判斷實際的供電恢復(fù)區(qū)域，流程如下。
1)各電源對應(yīng)的節(jié)點接收到來自根節(jié)點的供電恢復(fù)開始指令后，以此為起始點，將供電恢復(fù)指令和網(wǎng)絡(luò)等值參數(shù)向上級父節(jié)點發(fā)送。
2)上級父節(jié)點收到信息后，基于本地電氣量信息和來自子節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)等值參數(shù)進行約束條件驗證，約束條件滿足則重新生成等值參數(shù)并繼續(xù)向上級父節(jié)點發(fā)送相關(guān)信息，約束條件不滿足則停止供電恢復(fù)。
3)出現(xiàn)約束條件不滿足的情況停止搜索，此時即確定了實際可恢復(fù)供電范圍，若一直搜索到根節(jié)點約束條件依舊滿足，則說明整個停電區(qū)均可恢復(fù)供電。
3.3 分布式電源孤島搜索
配電網(wǎng)發(fā)生故障后，故障隔離區(qū)域內(nèi)的分布式電源將會斷開并網(wǎng)開關(guān)與主網(wǎng)脫離。由于部分DG具有一定的供電容量，因此在完成主網(wǎng)的供電恢復(fù)后，還需要對可獨立孤島運行、在供電恢復(fù)范圍以外的DG進行供電恢復(fù)控制，形成能夠穩(wěn)定運行的孤島，以充分發(fā)揮DG對局部負荷連續(xù)供電的支撐能力。
由停電區(qū)根節(jié)點發(fā)送“DG孤島搜索”指令至各具備孤島運行能力的DG，對應(yīng)DG處的STU收到指令后，以自身為起始點，采用與第二步搜索原則相似的方式進行搜索。當約束條件不滿足時則停止搜索，形成由DG供電的孤島。若具備同期并網(wǎng)的能力，則在滿足并網(wǎng)條件時并網(wǎng);否則保持孤島運行狀態(tài)，直到具備并網(wǎng)條件。
4仿真算例
算例采用美國PG&E 69節(jié)點的配電系統(tǒng)，如圖2所示。圖中黑色實心點代表支路負荷，開關(guān)等值為支路，實線和虛線分別表示開關(guān)閉合和斷開。分段開關(guān)編號與支路末節(jié)點編號相同，聯(lián)絡(luò)開關(guān)編號為69~73，由于STU安裝在各開關(guān)處，其編號與對應(yīng)開關(guān)編號相同。
假設(shè)節(jié)點6和節(jié)點27處發(fā)生故障，開關(guān)6，7，27和28斷開。利用本文所提出的分布式供電恢復(fù)的三個步驟進行供電恢復(fù)，最終形成的供電恢復(fù)方案如圖2所示，斷開分段開關(guān)43，11和29，閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)69，71和73及非故障停電區(qū)的DG并網(wǎng)開關(guān)。
圖2 接入DG后PG&E 69節(jié)點配網(wǎng)系統(tǒng)
本文提出的分布式方法對上述多故障情況可并行處理，將計算任務(wù)分布到停電區(qū)內(nèi)的各智能終端，無需獲取、管理大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)拓撲信息，無需進行主從式大規(guī)模電氣量和開關(guān)量信息的傳輸，僅進行本地計算，計算量小且計算方法簡單，每個STU平均仿真計算時長為0.0136s，具有較好的計算快速性，考慮到STU可以并行計算，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，分布式供電恢復(fù)方法適應(yīng)性好、靈活性高、計算速度快的優(yōu)點將會更加明顯。
5總結(jié)與展望
本文提出的分布式供電恢復(fù)方法具有以下特點。
1)將整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲、電氣量等信息分散存儲在各STU，無需集中式的管理主機，適合配電網(wǎng)點多面廣的結(jié)構(gòu)，具有較好的適應(yīng)性和靈活性。
2)通過相鄰終端間對等式的“點對點”通信方式代替集中式方法中“點對多點”的通信方式進行分布式網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索，減少了通信壓力。
3)分布式供電恢復(fù)方法將計算功能分配至各STU完成，不需進行集中式的潮流計算，約束條件的求解以電網(wǎng)逐步戴維南等值為基礎(chǔ)，計算量小，速度快，不會出現(xiàn)結(jié)果不收斂的情況。
4)各STU均具備獨立引導(dǎo)供電恢復(fù)的能力，對于故障導(dǎo)致多個停電區(qū)的情況可并行處理，提高了供電恢復(fù)速度。
本文在處理包含DG的供電恢復(fù)過程中，對DG控制策略做了一定的簡化處理，在下一步的研究工作中需要充分考慮DG控制策略差異性對供電恢復(fù)過程的影響，尤其需要考慮DG具備一定無功輸出能力時對電壓約束條件的影響。
