学术简报｜基于可达性分析的主动配电网多故障分区修复策略

摘要

电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学）、国网冀北电力有限公司的研究人员杨丽君、安立明等，在2018年第20期《电工技术学报》上撰文指出，随着分布式能源渗透率的提高，电力系统中的设备及器件的种类和数量愈加繁多。多故障发生时，从全网搜索开关的状态进行失电负荷恢复工作耗时过长，不能满足多故障修复快速性的要求，因此，研究一种快速的分区协调修复策略显得尤为重要。

基于图论中可达性分析方法，建立主动配电网多故障动态分区修复模型。多故障发生后，首先对主动配电网进行子区域划分，根据各个子区域特点及失电负荷恢复率指标，将失电子区域分为不同的场景，利用分布式电源（DG）或移动应急电源车对失电负荷进行恢复，得到不同时段不同场景恢复策略；针对各个时段各个分区修复策略之间可能存在交叉的问题，根据多代理系统的自治性、协调性，将离散细菌群体趋药性（DBCC）算法嵌入多代理系统中，对各个子区域恢复策略进行协调优化，实现多故障抢修和恢复的协调优化。

同时考虑到多故障修复过程中通信不利的情况，95598系统和抢修小队自身的知识库相结合为修复中心提供实时数据，抢修小队依据95598系统和自身知识更新自己所负责区域故障点的抢修顺序，尽快完成多故障修复工作。最后，以IEEE 69节点为例，验证所提策略的有效性和可行性。

近年来，为减小环境污染，国家提倡使用清洁能源，在十三五规划中提出大力发展新能源。分布式能源渗透率的提高和能源调度形式的多元化发展，传统配电网所拥有的控制技术和通信技术已经不能满足其发展要求，这就使得传统的配电网向具有主动性特点的主动配电网发展。主动配电网的主动性主要体现在系统运行控制方式上，能够利用先进的控制技术、信息及通信技术（ICT）、计量设施（AMI）对区域内供应侧和需求侧资源进行主动管理和控制。

大量电力电子设备及通信测量设备的接入使主动配电网结构日益复杂，设备及器件的种类和数量繁多且控制协调关系更为复杂，更容易受到外界干扰，发生故障的概率也随之增大，因此研究一套快速有效的主动配电网多故障修复策略尤为重要。

主动配电网的控制方式越来越灵活，信息交互方式也越来越多，集中的控制方式已经不能实现对各种分布式能源的有效控制，分区分布式的控制方式更能适应主动配电网对控制的要求。文献[5]引入安全约束集概念，提出一种基于图论分区与改进广度优先搜索算法求安全约束集的方法，进而提出防联锁过载控制策略。文献[6]主要对分区电压控制层中静止同步补偿器和分布式电源（Distributed Generation, DG）协调配合的两阶段分区电压控制策略。由此可见，分区控制策略提高了计算速度和控制速度。

主动配电网多故障恢复策略的本质是通过对分段开关和联络开关的控制使开关由故障时的断开状态过渡为失电负荷恢复后的闭合状态。因此，本文借鉴控制上图论分区方式，基于图论中连通性分析方法，提出基于可达性分析的主动配电网动态分区修复策略。

多故障发生后，首先对主动配电网进行分区，若只单对各个子区域制定恢复策略，得到恢复策略可能不是最优结果。多代理系统具有自治性、智能性、协调性特点，通过协调代理可以实现元件间复杂的协商机制，从而实现各个子区域恢复策略的协调，实现全局恢复策略的最优，这种协调恢复的方式在电网恢复方面得到广泛应用。

文献[10]建立了多智能体供电恢复模型，将处在断电区域的每个DG看作一个智能体。文献[11]把母线看作一种代理，提出一种完全分布式的多代理系统，故障发生后通过各个代理之间的信息传递对失电负荷进行恢复。二者通过多代理的协调作用，实现了全局恢复的最优，但未考虑故障点抢修顺序对失电负荷恢复策略的影响。

因此，本文建立主动配电网多故障动态分区修复模型。多故障发生后，首先采用图论中图的可达性分析方法，对故障主动配电网进行动态分区；然后，根据各个子区域不同状态特征以及失电负荷恢复率指标将各个子区域失电负荷恢复情况划分为三个不同的场景：场景一为不含DG的失电区，即失电恢复率为1，用移动应急电源车以恢复成本最小为目标对失电负荷进行恢复；场景二为含DG的失电区，且失电负荷恢复率为0，以持续供电时间最长为目标函数；场景三为含DG的失电区，且失电负荷恢复率在0和1之间，以负荷失电量最小为目标对失电负荷进行修复。

最后，依据多代理具有自治性和协调性，在多代理总控制中心中嵌入离散细菌群体趋药性（Discrete Bacterial Colony Chemotaxis, DBCC）算法，以综合经济损失最少为目标，对各个时段恢复策略进行协调优化，得到整个故障周期的最优修复策略及最优抢修顺序。

同时考虑到多故障修复过程中通信不利的情况，在信息采集代理中嵌入95598系统，利用两者的联动共同保障故障信息及主动配电网修复情况准确及时地传递到控制中心。抢修小队则根据自身知识更新自己所负责区域故障点的抢修顺序，尽快完成多故障修复工作。

图5  各个代理之间的交互过程

结论

本文采用图论中图的连通性分析方法，引入可达性矩阵，定义子区域状态向量对可达性矩阵进行修改，实现对故障后的主动配电网动态分区，建立主动配电网多故障动态分区修复模型。该分区修复策略能够快速准确地实现故障后电网的分区和判定各个子区域所属场景，快速有效地制定实时恢复策略且计算过程简单，易于实现。

利用多代理系统对各个时段各个子区域的恢复策略进行协调优化得到故障点抢修顺序和最优的恢复策略，实现抢修和恢复的全局协调优化。对故障点进行抢修时，多小队协同进行抢修有效减小了故障修复时间，减少了经济损失。

此外，考虑抢修过程中通信不利时，RTAG依据自身知识更新优化自己所负责的剩余故障点的抢修顺序，并通过95598系统上报抢修结果，保证了在RTU不能正常工作时，本文所提修复策略的有效性。

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