含分布式电源的冰灾下配电网多故障抢修策略

电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学）的研究人员卢志刚、李丹、吕雪姣等，在2018年第2期《电工技术学报》上撰文，当冰灾下配电网出现覆冰并引发多故障时，为了减小冰灾对配电网造成的危害，根据冰灾不同时期对配电网不同区域造成的影响不同，建立冰灾下含分布式电源（DG）的配电网多故障分阶段融冰抢修模型。

该模型首先利用DG恢复重要负荷的供电，并将冰灾下配电网多故障融冰抢修过程分为三个阶段。在抢修初期和抢修后期，以线路覆冰厚度为目标，并引入线路重要度指标，得到融冰顺序；在抢修中期，通过定义应急资源向量和故障需求向量，以分配适应度最小为目标，得到应急资源和抢修任务的最优分配策略。

在此基础上，以综合经济损失最小为目标，并采用离散细菌群体趋药性（DBCC）算法优化求解得到最优“融冰+抢修”方案。最后以改进的PG&E 69节点系统为例进行仿真，证明了所提策略的可行性和有效性。

冰灾是一种极端恶劣天气，对电力系统安全稳定运行有巨大的危害，尤以覆冰造成的电网故障最为普遍。严重覆冰会引发导线、杆塔以及横担过荷载，绝缘子闪络，甚至造成金具损坏、断线及杆塔倾斜或倒塌等故障[1-3]，从而导致配电网大面积长时间停电。配电网是直接与用户相连的系统，它的中断会给用户和社会造成巨大的影响[4,5]。因此，冰灾下配电网发生多故障时，如何快速地抢修故障和恢复供电显得尤为重要。

目前，针对冰灾下电网进行研究的文献大都集中于对输电网融冰技术以及极端冰雪灾害下的安全可靠性研究[6-8]。文献[9,10]分析了冰灾下覆冰导线的舞动机制，研究了导线舞动时张力对横担、输电杆塔的影响。文献[11-14]阐述了直流融冰和交流融冰技术在电网中的应用。针对冰灾下配电网多故障抢修的研究[15]基本没有。

文献[16]建立了计及极端冰灾情况下城市配电网安全供电的多场景规划模型。文献[17]指出分布式电源（DistributedGenerators, DGs）可在配电网发生冰灾期间对电网负荷起到重要的支撑作用，但只研究了DG对失电负荷恢复供电的问题，并没有建立冰灾抢修模型。

目前，针对配电网的故障抢修，大多是对配电网多故障的抢修顺序和物资分配进行研究。文献[18-20]针对配电网灾后突发多处故障快速制定应急抢修方案的问题，建立了含分布式电源的配电网多小队抢修优化策略模型。文献[21]提出改进的最大最小蚁群算法，求解灾后配电网的最佳抢修路径。

文献[22,23]基于运筹优化理论，以出救点数量最少、成本最低、应急响应时间最短等指标为目标函数，建立了单目标或多目标优化调度模型，求取最优应急调配方案。文献[24,25]研究了灾后配电网抢修和恢复的联合优化模型，考虑了多队协同抢修策略优化模型。文献[26,27]研究了含DG的配电网发生故障时的恢复问题，分别建立了配电网分区和负荷恢复模型以及复杂配电网的故障模型。

上述文献是基于正常环境下配电网自然故障或耗损而引起的故障，未考虑天气变化带来的影响，由于冰灾天气具有持续性和渐变性特点，线路覆冰量具有区域性和时变性特点，使得抢修现场以及抢修资源和人员的调度较一般多故障抢修更复杂、更困难，现有的抢修方案难以直接应用到冰灾下配电网的抢修中。

针对以上问题，本文首先基于微地形、微气象以及以往的覆冰历史数据，建立了覆冰增长模型，并将线路所通过区域大致划分为重冰区、中冰区以及轻冰区三个区域；其次，结合冰灾实际发展的过程以及冰灾下配电网故障的特点，建立了冰灾下含DG的配电网多故障融冰、“融冰+抢修”以及再融冰的三个阶段优化模型。

为了切合冰灾下配电网多故障的实际情况，在模型中定义了效率折扣系数以及交通车程代价系数；同时，各阶段抢修过程中，本文采用停电融冰方式，为了减少失电负荷，充分利用DG和应急发电车优先恢复重要负荷的供电。在抢修过程中考虑到突发新故障的情况，为了尽快恢复供电，此时重新制定资源任务分配策略，实现动态抢修。

图1 冰灾下含DG的配电网多故障融冰抢修流程

图2 改进的PG&E 69节点配电网结构

结论

当冰灾下含DG的配电系统发生多故障时，为了减小冰灾对配电网造成的危害，本文根据冰灾的发展过程，建立了含DG的配电网初始融冰、“融冰+抢修”以及再融冰的三个阶段模型。该模型充分利用了DG的优势，优先保证重要负荷的供电，大大地减少了综合经济损失。

同时，考虑到抢修过程中突发新故障的情况，通过实时更新策略，实现了动态抢修，从而提高抢修效率。仿真结果表明，本文所提方法可以有效地得到各阶段最优策略，对灾后的抢修工作实施有一定的指导意义。