变电站全停预案自动生成技术研究

张 耀，管仙美，鲁晨浩，殷一般，付俊强，傅 琳

（1.国网浙江省电力有限公司开化县供电公司，浙江 开化 324399；2.杭州久益电力科技有限公司，浙江 杭州 311215）

随着配电网架不断增强，配电网自动化程度持续提高，故障恢复时间不断缩短，但与国外发达国家相比，在供电可靠性、配电线路平均负载率等方面仍需要进一步提高。由于配电网闭环设计、开环运行的特点，我国配电网容载比普遍较高，但可靠性水平并不高，其根本区别在于对配电网转供能力的利用上。

虽然我国配电网普遍实现了联络，配电网架提供了负荷在变电站间进行转移的物理通道，但是长期以来由于大部分中低压配电网络自动化程度较低，部分馈线自动化只能依据预先选定的路径恢复负荷，灵活性较差。当发生大面积故障时，特别是变电站全停时，馈线自动化存在失效风险，配电网也就失去自动转移负荷的能力。在这种情况下，需要依赖人工来开展故障恢复决策计算工作，由于配电网络的复杂性，其决策过程复杂、约束条件动态变化、对数据集成度要求较高，人工计算周期较长，而且无法优选，限制了配电网转供能力的充分发挥。特别是当发生变电站全停事故时，几十条线路同时停电，转移负荷时涉及大量线路，同时还存在多条线路交叉转供的情况，仅从线路连接的角度看可用于故障恢复的路径选择性过多，需要通过大量计算以获得分析所需数据，然后再依据调度人员的分析来比较各恢复方案以选择最优方案，因此恢复路径选择周期较长，无法满足快速复电需要。

配电网自动化技术的不断提升有利于配电输送甚至于整个供电系统能够安全高效的运行，多种应用于配电自动化的技术模块也在不断进行开发[1]。现有的配电网故障快速决策模型，并没有充分考虑到电网典型结构与故障类型，容易忽视不同结构之间的差异性，从而导致决策结果与实际偏差较大，影响到算法的实用化效果。

故障处理在电力运行中是一项非常重要的工作，有效提高故障处理的正确性和快速能力，不仅能保障电网的安全运行，解除故障对设备及人员的威胁，更能快速恢复用户供电，将尽可能降低事故影响及停电损失。目前为了提高故障恢复决策效率，有研究基于拓扑层面引入顶点状态属性这一抽象概念进行多路径快速搜索，来获取恢复路径[2]。这一方法的搜索时间会因配电网络复杂程度的增加而增加，当发生大面积停电时实用性不足。还有研究通过构建人工神经网络来解决复杂的配电网故障恢复[3]，但是该方式构建过程需建立数据完善的数据库，数据库的建立难度和后期维护成本较高，且要花大量时间对其进行训练，因此在实际运用中能准确生成恢复方案较为困难。

为解决发生全停事故时计算效率低的问题，本研究通过计算机建立完整的配电网络决策模型，当发生变电站全停事时，可以快速计算恢复预案，大大缩短了故障发生后的计算决策时间，为快速恢复提供保障。

1 变电站全停预案自动生成设计思路

引起变电站全停事故的故障原因有很多种，为了能应对各种原因引起的全停事故，首先需要建立计算机主配网模型，调取并集成配电网实时数据及线路相关各设备基本电气参数。其次对配电网络的连接方式进行分析，掌握网架存在的故障风险与薄弱环节，同时在主配网完整模型的基础上，对线路转供能力进行计算分析，并对配电网进行风险预估发现可能失负荷风险。接下来针对不同变电站生成相应的恢复预案并储存在数据库中，以供发生停电事故时可以快速匹配并调取使用。当变电站发生全停事故时，要快速获取预估当天最大预测负荷，或者通过系统自动调取停电前断面数据，根据停电时段与预测负荷，对断面数据进行调整，自动生成能用来指导故障恢复的方案。

2 关键技术

2.1 转供联络区域决策模型

建立联络区域概念，即配电线路转供只能在同一个区域内进行转供。以图1 所示的形式来动态展现多个联络实区域与变电站之间的关系，对转供区域相关联的变电站进行分类整合，再进行合理有序的排布。联络区域内强联络，各区域之间弱联络，从而把供电恢复路径全局搜索问题分解成多个区域内路径优选问题，缩小问题寻优规模，在实现时，可以转供成多任务并行计算，而且区域划分只与网架结构有关，与负荷变化无关，当网架稳定时，只需要计算一次即可完成，同时避免了因开关变位而引起的转供路径选择问题。

图1 联络实区与变电站关系的图形树

转供联络实区域需要跨越不同的变电站，建立不同变电站之间的物理联络通道。以图形树的形式来动态展现多个联络实区域与和变电站之间的关系，对转供区域相关联的变电站进行分类整合，再进行合理有序的排布[4]。利用图形具有直观展现的优势，根据联络区域及变电站的各项运行数据可将计算结果所得路径直接显示，以供参考。

在建立模型时，要考虑到尽可能多的恢复供电，同时要满足网损最小、开关操作次数最少，负荷均衡，馈线容量裕度与负荷均衡率合理等条件。

基于实区域的配电网转供联络区域模型能够在变电站级展现各个变电站之间联络关系的强弱，不仅能为调控故障处置提供直观的参考，还可以有效指导重大运行方式的调整及安排。

2.2 全停预案生成

配电网有架空线与电缆2 种方式供电，根据有无联络及联络的多寡，可以分为辐射状、单环网及双环网结构，不同的接线方式在恢复负荷时对网架提出不同的要求。在故障恢复时，上述各种结构可能都会出现，应能够识别出停电线路所属的结构类型，并结合所处的供电联络区域，评估其在供电恢复过程中所处的优先级。当停电故障发生区域存在重要用户时，还需要负荷恢复的优先级顺序。

对于不同变电站之间的单环网，当变电站全停时，只有唯一的供电路径，而对于双环网及多路供电的接线方式，可供选择的转供电路径较多，不同的选择对关键节点（如高负载率的主变）的影响不同，从而导致有不同的方案，方案的多寡与有效多路供电的数量有关，这在一定程度上反映网架的薄弱，当网架联络比较多，相对坚强时，可行的供电方案就多，当网架联络薄弱时，可行转供电方案就少。

在技术研究方向，首先对配电网典型结构进行分析，根据网架结构特点与联络强弱的不同，设计不同的计算策略，把故障恢复决策中的强约束，以算法的形式固化下来，针对实际的弱约束，以指标的形式来影响策略，有效解决了故障恢复过程中的约束条件的动态变化问题。

综合利用多种智能恢复算法来建立恢复模型，进而生成完整的恢复预案。当停电事故发生在简单网络中，利用启发式搜索规则确定一个最优的搜索方向，通过调取以往恢复方案可列出优先考虑可控制的开关，然后依据相近的馈线负荷转供能力对部分负荷进行转移[5]。该方法所须计算量小，可以快速准确的找到恢复方案。但当配电网更为复杂时，需要利用结合专家系统进行进一步的优化，通过专门知识与经验的规则化表示并采用某种推理机制，模拟专家决策过程。专家系统利用人工智能方法，在知识库构建完备的条件下可用于大规模网络计算，可针对不同的应用场合选择不同的算法[6]。

针对目前的调控事故预案与实际方式偏差的问题，为调度人员提供了决策快速调整与分析工具，在计算前，允许调度人员根据实际的情况，对网架、负荷、联络进行局部调整，在计算后，允许调度人员调整调控目标策略，对决策方案权重进行调整，从而优选符合调控策略的最优方案。

3 结束语

变电站全停预案自动生成技术在故障发生前能够尽可能全面地考虑到不同转供电方案的优劣，恢复方案生成需要的所有的计算和分析过程不占用故障决策时间。在全停事故发生时，及时为调度人员提供适合的恢复方式，减少人工计算过程，缩短故障决策过程，极大地提高了故障恢复的效率。在实际应用中，还将不断探索更快检索适配预案的方法，更好地提升故障决策的效率和准确性。