配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)分析及應(yīng)用

孫勇軍 董鐸亮 冀超 張俊霞 鄭巖

摘要：隨著電力用戶對配網(wǎng)供電可靠性要求的提高，加強(qiáng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)研究具有較強(qiáng)的必要性，可以顯著縮短配電網(wǎng)的故障停電時長，提高電力企業(yè)的概念收益。在配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)中，需要建立配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策優(yōu)化模型，并采取優(yōu)化算法對所建立的模型進(jìn)行求解，從而得出配電系統(tǒng)的供電故障恢復(fù)方案。本文系統(tǒng)分析了配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)的實現(xiàn)原理，并介紹了利用可視化技術(shù)開發(fā)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)，對于提高配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性具有一定的價值。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策優(yōu)化計算

Analysis and Application of Auxiliary Decision-making Technology for Distribution Network Fault Restoration

SUN YongjunDONG DuoliangJI ChaoZHANG JunxiaZHENG Yan

（Inner Mongolia Power （Group） Co.，Ltd， Baotou branch，Baotou， Inner Mongolia Autonomous Region， 014030 China）

Abstract： With the increasing demand of power users for the reliability of distribution network， it is necessary to strengthen the research of auxiliary decision-making technology for Distribution Network fault restoration， which can significantly shorten the time of distribution network outage， improving the conceptual income of electric power enterprises. In the auxiliary decision-making technology of Distribution Network fault restoration， it is necessary to establish the auxiliary decision-making optimization model of Distribution Network fault restoration， and adopt the optimization algorithm to solve the model， so as to get the scheme of distribution system fault restoration. In this paper， the principle of auxiliary decision-making system for Distribution Network fault restoration is analyzed， and the auxiliary decision-making system for distribution network fault restoration is introduced， it has certain value for improving the operation reliability of distribution network.

Key Words： Distribution Network; Fault Restoration; Assistant decision; Optimization calculation

配電網(wǎng)在接線模式上一般為輻射狀，包括了很多的聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及分段開關(guān)，閉環(huán)的結(jié)構(gòu)、開環(huán)運(yùn)行是配電網(wǎng)的顯著特點。當(dāng)配電網(wǎng)中出現(xiàn)故障之后，要求能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)中的故障進(jìn)行定位并加以隔離，同時還要求通過改變配電網(wǎng)中開關(guān)的分合狀態(tài)，在確保配電網(wǎng)運(yùn)行安全的前提條件下，盡量將配電網(wǎng)中的負(fù)荷加以恢復(fù)[1]。本文首先分析了當(dāng)前的配電網(wǎng)故障恢復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀，之后闡述了配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型中的目標(biāo)函數(shù)以及約束條件的構(gòu)成，以及配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型的求解算法等，最后分析了配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)的開發(fā)，以下進(jìn)行具體的分析和介紹。

1 配電網(wǎng)故障恢復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀

在配電網(wǎng)的組成中，包括了眾多的分段開關(guān)、架空線路、聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及電纜線路，開關(guān)的斷開及閉合都會直接影響到配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，目前在很多地區(qū)電網(wǎng)中還是采用人工處理故障的方式，這種方式的效率較低，并且也會使得配電網(wǎng)停電時間過長。隨著配電自動化覆蓋率的提升，可以利用配電自動化系統(tǒng)實現(xiàn)故障之后的供電恢復(fù)。

目前對于配電網(wǎng)故障恢復(fù)技術(shù)研究已經(jīng)取得了一定的研究成果，有的采取專家系統(tǒng)或者啟發(fā)式算法來尋找配電網(wǎng)的供電恢復(fù)路徑。當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障之后，依據(jù)算法會對配電網(wǎng)中的故障進(jìn)行隔離，并根據(jù)配電網(wǎng)中的潮流分布以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在滿足所有的約束條件下，對沒有故障的配電區(qū)域恢復(fù)供電。對于專家系統(tǒng)，則是編寫一個涵蓋了大量的配電網(wǎng)故障判斷經(jīng)驗的軟件程序系統(tǒng)，但由于實際配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何進(jìn)行供電恢復(fù)的決策判斷也較為復(fù)雜，故對專家系統(tǒng)的程序維護(hù)存在著較大的困難。

2 配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型

在對配電網(wǎng)進(jìn)行故障恢復(fù)供電時，首先需要對配電網(wǎng)中的故障進(jìn)行定位，之后再將定位處理的區(qū)段兩側(cè)饋電開關(guān)斷開，從而實現(xiàn)對故障的隔離，之后再對非故障配電區(qū)域進(jìn)行快速的供電恢復(fù)。在配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策中，需要建立配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型，并采用算法對所建立的模型進(jìn)行求解，從而得出供電恢復(fù)技術(shù)方案。

2.1配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型

當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障之后，一般可以將配電網(wǎng)區(qū)域劃分為故障區(qū)域、非故障區(qū)域以及正常供電區(qū)域等。其中正常供電區(qū)域是指當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障之后，依然可以正常供電的配電區(qū)域。而非故障區(qū)域主要是指當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障之后，不能正常供電，但其自身所在區(qū)域不存在故障。在建立配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型時，應(yīng)滿足以下幾點要求：一是配電網(wǎng)供電恢復(fù)的方案應(yīng)保證快速高效，以便盡可能降低電力用戶的經(jīng)濟(jì)損失[2];二是對配電網(wǎng)中不同類型的負(fù)荷應(yīng)采取不同的供電恢復(fù)策略，重要電力用戶應(yīng)先盡量恢復(fù);三是在滿足供電恢復(fù)的目標(biāo)前提下，應(yīng)降低配電開關(guān)的操作次數(shù)，同時要保證供電恢復(fù)之后系統(tǒng)的負(fù)荷分配均勻。

可以利用最優(yōu)化算法來解決配電網(wǎng)故障供電恢復(fù)問題，建立配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型，其包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件等部分。對于供電恢復(fù)輔助決策模型中的目標(biāo)函數(shù)，可以以配電網(wǎng)負(fù)荷恢復(fù)量最大、系統(tǒng)網(wǎng)損最小、配電開關(guān)操作數(shù)量最小、負(fù)荷最均勻等為目標(biāo)函數(shù)。供電恢復(fù)輔助決策模型中的約束條件，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)約束、配電網(wǎng)線路傳輸容量約束、節(jié)點電壓約束等。

2.2配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型的求解算法

從供電恢復(fù)輔助決策模型中可以看出，該優(yōu)化問題為多目標(biāo)的離散非線性優(yōu)化問題。如果采用人工智能算法進(jìn)行求解，可能得到的解不是全局最優(yōu)解而是局部最優(yōu)解，使得出的供電恢復(fù)技術(shù)方案不是最合理的。為此可以用預(yù)測校正內(nèi)點法進(jìn)行分析求解，在這種算法中，主要采用數(shù)值計算及迭代的方式進(jìn)行逐步求解。

在配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型求解過程中，需要不斷計算配電網(wǎng)中的潮流分布，以便判斷得出的供電恢復(fù)方案是否都滿足約束條件，保證恢復(fù)之后的配電網(wǎng)能夠保持安全穩(wěn)定運(yùn)行。在配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策模型求解過程中，首先制定好算法的收斂標(biāo)準(zhǔn)，即設(shè)定一個互補(bǔ)收斂間隙，之后在迭代計算過程中，只要不符合收斂條件，就繼續(xù)迭代計算。但需要求解出在仿射方向和校正方向上的修正量，并反應(yīng)在之后的計算過程中，不斷對模型中的變量進(jìn)行更新，從而使得快速找到最優(yōu)解，得出配電網(wǎng)的供電恢復(fù)方案。

3 配電網(wǎng)可視化故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)上述所分析的配電網(wǎng)可視化故障恢復(fù)輔助決策方法，可以開發(fā)出配電網(wǎng)可視化故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)，以滿足實際的配電網(wǎng)運(yùn)行需求。該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控等部分。對于系統(tǒng)中的監(jiān)控模塊，可以用來實時監(jiān)測配電網(wǎng)的具體運(yùn)行狀況，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，可以及時做出反應(yīng)，加強(qiáng)配電網(wǎng)運(yùn)維人員和配電網(wǎng)之間的互動。以下詳細(xì)分析配電網(wǎng)可視化故障恢復(fù)輔助決策的基本結(jié)構(gòu)和基本功能。

3.1 配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在開發(fā)配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)之前，需要先對配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計，保證系統(tǒng)中的各個功能模塊能夠保持協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行，順利生成配電網(wǎng)供電恢復(fù)輔助決策方案。同時在配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)的開發(fā)過程中，將引入可視化技術(shù)來搭建整個系統(tǒng)平臺，使得配網(wǎng)監(jiān)控人員能夠更好地通過圖像或者是圖形界面來完成對配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控[3]。在該輔助決策系統(tǒng)中，采用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以及相配套的多媒體技術(shù)，通過充分融合這些技術(shù)的優(yōu)勢，該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中也取得了較好的應(yīng)用效果。

輔助決策系統(tǒng)平臺分為前臺展示層、中間服務(wù)層以及后臺數(shù)據(jù)層等3個不同的層次。其中后臺數(shù)據(jù)層包含了多個配電網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)，以便可視化展示前端能夠隨時調(diào)取后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息。中間服務(wù)層包含和前端web瀏覽的數(shù)據(jù)通信接口、對各個配電網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的邏輯控制，并在邏輯控制中采用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以便強(qiáng)化對配電網(wǎng)故障定位和供電恢復(fù)輔助決策的應(yīng)用效果，使得對配電網(wǎng)的故障定位更為準(zhǔn)確，所得出的供電恢復(fù)輔助決策方案更具有實際操作性[4]。前臺展示層利用多種豐富的多媒體技術(shù)，通過數(shù)據(jù)接口調(diào)用后臺數(shù)據(jù)信息，并將服務(wù)層處理之后的數(shù)據(jù)信息展示在配電網(wǎng)監(jiān)控人員面前。

3.2 配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)的功能

在配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)中，具備了多種不同的功能，主要的功能包括數(shù)據(jù)信息的可視化展示功能、數(shù)據(jù)通信功能、數(shù)據(jù)查詢功能以及配電網(wǎng)故障后的供電恢復(fù)輔助決策功能。對于系統(tǒng)中的可視化展示功能，可以采用SVG技術(shù)，在開發(fā)過程中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互，開發(fā)出友好的操作界面。對于數(shù)據(jù)通信功能，配電網(wǎng)輔助決策主站系統(tǒng)可以下發(fā)數(shù)據(jù)總召喚命令，同時接收配電網(wǎng)現(xiàn)場終端發(fā)送上來的數(shù)據(jù)，并按照客戶端/服務(wù)器的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。此外，由于配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，應(yīng)該將這些數(shù)據(jù)信息存儲起來，并在輔助決策系統(tǒng)中開發(fā)出數(shù)據(jù)查詢功能[5-6]。當(dāng)配電網(wǎng)監(jiān)控人員需要對某些數(shù)據(jù)進(jìn)行查找時，能夠通過系統(tǒng)界面，對配電網(wǎng)的歷史故障信息、故障診斷結(jié)構(gòu)、故障恢復(fù)后的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢及分析。對于配電網(wǎng)故障后的供電恢復(fù)輔助決策功能，當(dāng)配電網(wǎng)中的饋線發(fā)現(xiàn)故障時，經(jīng)過系統(tǒng)中算法的分析和計算，可以將故障定位的結(jié)果展示在系統(tǒng)的界面上，并將故障區(qū)段兩側(cè)的開關(guān)用不同的顏色標(biāo)注出來，通過點擊系統(tǒng)中的故障與恢復(fù)功能按鈕，并進(jìn)一步生成故障恢復(fù)方案。隨著配電網(wǎng)故障定位及供電恢復(fù)技術(shù)的成熟，今后配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)的性能也將隨之提高，更好地保障配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

隨著配電網(wǎng)智能化技術(shù)水平的提高，今后配電網(wǎng)的故障自動定位及故障自動恢復(fù)將是其基本功能，也是構(gòu)建配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。通過配電網(wǎng)的故障自動隔離和供電恢復(fù)，將有效提高配電網(wǎng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性水平。本文所分析的配電網(wǎng)故障恢復(fù)輔助決策技術(shù)，可以在實際的配電網(wǎng)運(yùn)行管理中加以應(yīng)用。

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