一种快速高效的配电网供电恢复算法颜萍　顾锦汶　张广摘　要：配电网故障后的供电恢复是一个带约束的多目标优化问题。文中采用一种快速高效的搜索策略，建立满足系统电流、电压约束的可行方案集，然后基于模糊集技术针对开关操作次数、未失电区负荷的转移量、系统紧急备用容量等指标对各候选方案进行评估，为运行人员从中选择并执行最为理想的恢复方案提供了根据。算例仿真证明了这一方法的有效性。
关键词：配电网；恢复供电；模糊集；三相潮流计算
中图分类号：TM727.2；TM744▲AFASTEFFICIENTSERVICERESTORATIONMETHODFORDISTRIBUTIONNETWORKYanPing
ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China
GuJinwen　ZhangGuang
NanjingAutomationResearchInstitute,Nanjing210003,ChinaAbstract：Theservicerestorationofadistributionnetworkafterfaultsisaconstrainedmulti-objectiveoptimizationproblem.Thispaperusesafast,efficientsearchmethodtoconstructthecandidatesetoffeasiblerestorationplanssatisfyingthevoltageandcurrentconstraintsofthedistributionsystemandevaluatesthembasedonthreecriteria:numberofswitching,amountofliveloadtransferandcontingencypreparednessbyapplyingfuzzysettechnique.Thismethodcangeneratethemostpreferablerestorationplanfortheoperator.Thetestresultshowstheeffectivenessoftheproposedmethod.
Keywords：distributionnetwork;servicerestoration;fuzzyset;three-phasepowerflowcalculation▲0　引言　　恢复供电的主要目标是在配电网发生故障后，尽快通过网络重构在不产生系统安全越限的条件下，尽可能多和快速地恢复对非故障区失电负荷（简称失电区）的供电。有很多文献对这一问题进行了讨论^［1～7］，其中大多数采用启发式的方法^{［1，3，4］}；文献［5］将专家系统用于这一问题的求解；文献［2］将恢复供电问题描述为模糊优化问题；文献［6］将Petri网用于恢复供电问题的求解。文献［7］将模糊集用于恢复供电问题的求解。
　　由于目前我国配电网中手动开关占大多数，进行一次开关操作需要投入较多的时间与人力，从而使减少开关操作次数成为恢复供电的重要目标。但在实际运行中，运行人员不但需要考虑恢复供电所需的开关操作次数，而且需要考虑恢复供电后系统的运行情况，如负荷平衡情况、对下一次故障的准备程度等。这些往往有不同的要求，有的甚至相互矛盾，这使得解决这一多目标决策问题变得十分困难。
　　本文采用一种快速、高效的搜索策略形成候选方案集，这一搜索策略具有与穷举法相当的求解质量，但其求解时间大为减少。在系统安全约束校验中采用三相潮流算法计算电压及电流，避免了发生单相安全越界的情况。本文采用3个指标对候选方案进行评估，从中选出最为理想的方案。1　算法介绍　　配电网大多呈辐射状，其中包含大量常闭开关（分段开关）及少量常开开关（联络开关），具有环状结构、开环运行的特点。典型的配电网如图1所示。图1　典型的配电网
Fig.1　Typicaldistributionnetwork　　正常运行时，开关s1～s3作为联络开关，处于分断状态，开关s4～s8作为分段开关，处于闭合状态，馈线F1和F2通过联络开关s1相连，馈线F1和F3通过联络开关s2相连，馈线F2和F4通过联络开关s3相连，4条馈线各对配电网中的一部分负荷进行供电。
　　当配电网中发生故障时，运行人员首先对故障进行定位，并对故障区进行隔离，这时故障区下游的部分非故障负荷将处于失电状态。在图1中，假定馈线F1上a处发生故障，则分段开关s4打开，对故障进行隔离，那么s4下游的非故障区将处于失电状态，即为失电区。恢复供电的主要目标就是通过将这部分失电负荷转移到其他馈线上去，以恢复对尽可能多的失电负荷的供电。恢复方案应满足以下条件：
　　a.恢复方案应能快速得出，并能够恢复对尽可能多的失电负荷的供电，以减少停电所造成的损失；
　　b.考虑到开关操作对开关寿命的影响，以及进行开关操作所需的人力和时间，应使开关操作次数最少；
　　c.恢复后的系统结构应尽可能接近故障前的结构且应保持辐射型结构；
　　d.没有安全越限发生。
　　由于恢复过程是通过联络开关和分段开关状态的改变来实现的，因此在恢复供电后，网络的拓扑结构将被改变，在新的拓扑结构下，系统的联络开关和分段开关将与正常情况下有所不同。
　　结合图1给出本文用到的几个概念的定义：支持馈线，指通过联络开关与失电区直接相连的馈线；下一级馈线，指通过联络开关与支持馈线直接相连，但不与失电区直接相连的馈线。
　　在图1所示故障情况下，馈线F2，F3为支持馈线，馈线F4为下一级馈线。在本文以下的叙述中均以这种情况为例对所用到的各定义进行说明。算法流程图如图2所示。图2　算法流程
Fig.2　Theflowchartofthealgorithm1.1　搜索策略
　　这一搜索策略以开关操作次数最少及恢复对最大多数失电负荷的供电为优化目标，以系统的电流和电压约束作为约束条件。通过建立3个指标及对指标进行排序来寻找开关操作集(即恢复供电时所闭合的联络开关和打开的分段开关)。
1.1.1　指标的定义
　　本节给出3个指标：联络开关的最大备用容量I_M，联络开关与发生电压越限的母线之间的电气距离Z_path以及分段开关的可转移负荷I_ss。仍假定在图1中馈线F1上a处发生故障，分段开关s4打开，对故障进行隔离，对各指标进行说明。
　　联络开关的最大备用容量I_M的计算方法如下：进行三相潮流计算，得出向某一联络开关供电的电源与该联络开关之间路径上的第k条支路p相的电流I^p_k，用每一条支路每一相的额定电流I^max_k与I^p_k相减，得到I^k,p_M=I^max_k-I^p_k，取各条支路各相中最小的I^k,p_M值，即为该联络开关的最大备用容量I_M。以计算图1中联络开关s2的I_M为例，假定位于F3与母线8之间的支路为支路1，位于母线8与联络开关s2之间的支路为支路2，则对于联络开关s2，其I_M=min(I^1,a_M,I^1,b_M,I^1,c_M,I^2,a_M,I^2,b_M,I^2,c_M)。
　　联络开关与发生电压越限的母线之间的电气距离是指联络开关与该母线之间的“阻抗”值，建立这一指标的目的在于，当恢复供电过程中某一母线发生电压越限时，可用这一指标对联络开关进行排序，选择闭合合适的联络开关，来消除该母线的电压越限问题。其定义为：其中　C_p为该联络开关与产生电压越限的母线间的所有母线集；V_ts为联络开关出口处电压；I_L为各母线所带的负荷值。
　　在校验中，发生电压越限的母线往往不止一条，则在电压越下限时，某一联络开关ts的Z_path应取该联络开关与失电区中各越限母线的电气距离中的最小值。而在电压越上限时，则应取其中的最大值。在图1中，假定首先将联络开关s1闭合恢复对失电区的供电，若进行三相潮流计算发现母线2、母线7均发生电压越下限的情况，则计算联络开关s2的Z_path时，应取其与母线2、母线7之间的电气距离中的最小值。
　　对于每一联络开关，分段开关的可转移负荷是指分段开关可向该联络开关转移的负荷量，即该分[1][2][3]下一页