本文在處理包含DG的供電恢復過程中，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各開關處的智能終端(STU)為中心，采用對等通信方式與其它終端交互網絡拓撲、開關屬性、電氣量等信息，在局部信息的支撐下，采用電網逐步戴維南等值方法對電氣量進行簡化求解，并與相鄰終端協作完成非故障停電區和實際可恢復供電區的分布式搜索判斷。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幾個節點的集中傳輸，將計算任務分散到多個STU中協同完成，每個STU的計算量可控，對于存在多個非故停電區的情況可并行處理。
（來源：微信公眾號 電力系統自動化 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
電網是連接發、輸電網和用戶的重要環節，其供電可靠性至關重要。故障是影響配電網供電可靠性的重要因素，配電網故障后，必須盡快恢復非故障停電區的供電。配電網規模的不斷擴大以及分布式電源(DG)的接入增加了網絡結構和運行方式的復雜性，對配電網供電恢復的快速性和適應性帶來了新的挑戰。
當前對配電網供電恢復方法的研究重點是如何確定適當的目標函數和約束條件，如何對目標函數進行快速、高效的求解。該類方法一般采用集中式結構，需要獲取配電網局部甚至全網的拓撲信息、開關量信息和電氣量信息，依靠主站強大的數據存儲和計算能力求解供電恢復策略，然后下發開關操作遙控命令至配電終端設備執行。集中式優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策略的執行可靠性帶來不利影響。
本文以分散安裝在配電網各開關處的智能終端(STU)為中心，采用對等通信方式與其它終端交互網絡拓撲、開關屬性、電氣量等信息，在局部信息的支撐下，采用電網逐步戴維南等值方法對電氣量進行簡化求解，并與相鄰終端協作完成非故障停電區和實際可恢復供電區的分布式搜索判斷。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幾個節點的集中傳輸，將計算任務分散到多個STU中協同完成，每個STU的計算量可控，對于存在多個非故停電區的情況可并行處理。
2分布式供電恢復系統結構及功能
分布式供電恢復系統的結構如下圖所示，以配電網為基礎，包含通信網絡和各STU。通信網絡與配電網絡拓撲結構相互獨立，由STU將其聯系在一起。通信網絡負責將各STU連接起來并提供對等通信和信息交換的通道。配電網絡為STU提供完成供電恢復所需的網絡拓撲及電氣量信息，并對STU的指令進行響應。
圖1 分布式供電恢復系統結構及功能示意圖
STU作為分布式供電恢復系統的核心，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和約束條件的求解，并與相鄰終端協作完成對整個電網的拓撲搜索和供電恢復控制。
每個STU都能與其它終端進行對等通信交互所需信息，具體可分為數據信息和指令信息兩種，數據信息用來支撐目標函數約束條件的求解和拓撲搜索，指令信息用來控制供電恢復過程。為防止因終端故障影響恢復過程，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分布式供電恢復網絡拓撲搜索方法及過程
設在供電恢復開始之前已經完成故障檢測和隔離等過程，且停電區域內各處分布式電源和微網已經斷開相應開關，切斷與主網的連接。本文的分布式供電恢復主要分為三個過程，第一步搜索非故障停電區域并尋找可恢復電源點;第二步以具備供電恢復能力的聯絡開關為起始點，配合網絡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供電區域;第三步以停電區域內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域。
3.1 非故障停電區的搜索方法
非故障停電區的接力搜索流程如下。
1)由根節點開始依次向下游相鄰子節點發送停電區搜索指令。
2)相關節點接收指令后，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點轉發，以此類推，直至滿足搜索停止條件。
3)搜索停止條件為STU對應的開關為末端分支開關、聯絡開關、處于分閘狀態且不可操作的開關。
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點即停電區域內各葉子節點開始，向父節點依次傳遞有無可用來進行供電恢復的電源點信息。
2)中間節點接收所有子節點信息并進行判斷，然后將后代有無電源點信息向父節點發送，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條件進行標記。
3)確認信息返回根節點后，由根節點進行區域類型判斷，若后代無電源點說明此區域不具備恢復條件，不再繼續進行供電恢復操作，否則進行第二步，確定實際可恢復供電的范圍。
3.2 實際可恢復供電區域的判斷方法
由根節點將“開始供電恢復搜索”指令發送至各可恢復供電的電源點，從各電源點開始依次向上游搜索判斷實際的供電恢復區域，流程如下。
1)各電源對應的節點接收到來自根節點的供電恢復開始指令后，以此為起始點，將供電恢復指令和網絡等值參數向上級父節點發送。
2)上級父節點收到信息后，基于本地電氣量信息和來自子節點的網絡等值參數進行約束條件驗證，約束條件滿足則重新生成等值參數并繼續向上級父節點發送相關信息，約束條件不滿足則停止供電恢復。
3)出現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供電范圍，若一直搜索到根節點約束條件依舊滿足，則說明整個停電區均可恢復供電。
3.3 分布式電源孤島搜索
配電網發生故障后，故障隔離區域內的分布式電源將會斷開并網開關與主網脫離。由于部分DG具有一定的供電容量，因此在完成主網的供電恢復后，還需要對可獨立孤島運行、在供電恢復范圍以外的DG進行供電恢復控制，形成能夠穩定運行的孤島，以充分發揮DG對局部負荷連續供電的支撐能力。
由停電區根節點發送“DG孤島搜索”指令至各具備孤島運行能力的DG，對應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。若具備同期并網的能力，則在滿足并網條件時并網;否則保持孤島運行狀態，直到具備并網條件。
4仿真算例
算例采用美國PG&E 69節點的配電系統，如圖2所示。圖中黑色實心點代表支路負荷，開關等值為支路，實線和虛線分別表示開關閉合和斷開。分段開關編號與支路末節點編號相同，聯絡開關編號為69~73，由于STU安裝在各開關處，其編號與對應開關編號相同。
假設節點6和節點27處發生故障，開關6，7，27和28斷開。利用本文所提出的分布式供電恢復的三個步驟進行供電恢復，最終形成的供電恢復方案如圖2所示，斷開分段開關43，11和29，閉合聯絡開關69，71和73及非故障停電區的DG并網開關。
圖2 接入DG后PG&E 69節點配網系統
本文提出的分布式方法對上述多故障情況可并行處理，將計算任務分布到停電區內的各智能終端，無需獲取、管理大規模網絡拓撲信息，無需進行主從式大規模電氣量和開關量信息的傳輸，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，隨著網絡規模的擴大，分布式供電恢復方法適應性好、靈活性高、計算速度快的優點將會更加明顯。
5總結與展望
本文提出的分布式供電恢復方法具有以下特點。
1)將整個網絡的拓撲、電氣量等信息分散存儲在各STU，無需集中式的管理主機，適合配電網點多面廣的結構，具有較好的適應性和靈活性。
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絡拓撲搜索，減少了通信壓力。
3)分布式供電恢復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逐步戴維南等值為基礎，計算量小，速度快，不會出現結果不收斂的情況。
4)各STU均具備獨立引導供電恢復的能力，對于故障導致多個停電區的情況可并行處理，提高了供電恢復速度。
本文在處理包含DG的供電恢復過程中，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。
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