应急电源车派遣联合网络重构的电网故障预案

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研究背景

电网故障预案是指在电力系统出现故障时，为确保电力供应的稳定和安全，预先制定的一系列应急措施和操作步骤。目的是在电网发生故障时，迅速有效地进行故障恢复从而减少系统甩负荷量以及避免系统解列状态发生。其中，应急电源车(emergency power supply vehicle，EPS)作为移动式应急电源，具有机动性强、整体性能稳定可靠、可维护性好的特点，能够很好地满足户外作业和应急供电的需要；网络重构(network reconfiguration，NR)通过改变电网络拓扑结构的方式将断电负荷快速转移到其他线路进行供电，是提高电力系统安全性和经济性的重要手段。

目前，国内外已有应急电源车派遣和网络重构在故障恢复策略方面的研究。主要存在以下问题：1）电网故障模型因为电压等级以及恢复策略的限制多集中于配网一侧，但在实际中许多故障起源于主网侧并传导至配网中，仅对配网进行建模会影响故障预案的故障定位准确性和故障模型完整性。2）考虑主网故障的故障预案模型研究中，对于主配网模型间的联系多仅考虑交互确定的传输功率曲线，缺乏灵活及时的协调调度进而难以得到全局最优方案。3）应急电源车派遣依赖于交通网的构建，但现有研究多局限于在目标函数中加入交通相关因素以体现交通拥堵影响，缺少实际交通网模型的考虑。

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主要内容及创新点

1）基于最短路径权值矩阵的电力-交通网耦合模型。

为确保应急电源车派遣的真实性与有效性，本文提出路径权值概念，将道路的交通路况条件对应急电源车车速的影响转化为道路等效路径长度的变化。考虑电网故障发生的时刻是随机的，不同故障时刻的交通路况条件将对应急电源车到达目的地所需的行驶时间产生不同的影响，对Dijkstra算法进行改进，将算法中固定不变的路径长度用路径权值替代，通过循环路径不断更新最短等效路径长度，最终得到交通网中的应急服务点距离电力网中的应急电源车接入点之间的最短路径权值矩阵。

2）应急电源车派遣联合网络重构的电网故障预案建模。

以网损、购电成本、停电成本、应急电源车派遣成本、网络重构成本的和最小为总体故障预案优化的目标函数。考虑的约束条件主要有六类，具体是：1）主网系统运行约束。包括主网潮流约束、机组出力约束、机组爬坡速率约束、节点电压约束、支路电流约束、线路传输容量约束。2）配网系统运行约束。包括配网潮流约束、储能模型约束、光伏电站模型约束、配网安全运行约束。3）主配网系统交互运行约束。主网系统与配网系统通过联络线连接，联络线上的传输功率即为主配网系统间的交互功率，考虑联络线功率约束、主网系统交互功率约束、配网系统交互功率约束。4）停电时间约束。电网故障时，通过应急电源车为失电孤电网供电。但是应急电源车的派遣需要时间，在应急电源车到达之前，电网仍处于故障停电状态，因此对停电时间进行建模。5）应急电源车约束。包括应急电源车提供功率和电压支撑约束、应急电源车出力约束。6）网络重构约束。包括线路投运状态改变约束、大M法构建重构线路的功率平衡和电压平衡方程约束。

3）应急电源车派遣联合网络重构电网故障预案的具体实现。

首先，实时采集并更新在交通事故等事件影响下的交通路况信息；其次，在电网预想故障发生时刻，根据该时刻的交通路况信息进行最短路径权值矩阵的计算；接着根据最短路径权值矩阵进行故障预案模型的优化求解，得到应急电源车的派遣方案及网络重构的线路选择；最后，根据固定的时间间隔，更新调整应急电源车派遣及网络重构的恢复策略，直至电网恢复供电。如下图所示。

图1  应急电源车派遣联合网络重构电网故障预案具体实现流程图

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研究结论

1）本文所提考虑应急电源车派遣与网络重构联合优化的故障预案，对不同的电网故障场景均有显著的恢复效果。配网局部故障场景中，相较于无故障预案，停电成本减少了91.9%，电网运行总成本损耗减少了16.7%。主配网一般故障场景中，相较于单独派遣应急电源车预案，应急电源车成本降低了71.2%，停电成本减少了64.8%，电网运行总成本损耗减少了6.8%；相较于单独网络重构预案，停电成本减少了86.5%，电网运行总成本损耗减少了16.6%。主网严重故障场景中，相较于单独派遣应急电源车预案，停电成本减少了96.3%，电网运行总成本损耗减少了84.1%。

2）本文所提出的故障预案能够发挥主配网之间功率传输的灵活性，寻找主配网全局最优方案，优化应急电源车派遣的数量与成本，从而减少故障造成的总成本损耗。通过主配网协同的方式进行故障恢复，相较于主配网分立运行，应急电源车派遣数量减少了3辆，停电成本减少了120.7%，电网运行总成本损耗减少了7.7%。

3）本文所提的电力-交通网耦合模型能够有效地寻找在不同交通路况条件下应急电源车派遣的最优路径，并降低派遣时间，减少停电成本。通过构建最短路径权值矩阵对应急电源车派遣的路径进行优化，相较于人为指派应急电源车的方案，派遣时间减少了1.1h，停电成本减少了69.1%，电网运行总成本损耗减少了2.0%。

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后续研究方向或讨论话题

本文研究的是给定时间断面下的电网故障恢复策略，是非时序的静态策略优化问题，仅考虑了预想故障发生时刻的交通路况信息，属故障预案的范畴。未来，将对动态交通路况进行建模，实时采集/预测交通流的动态信息，在事后故障恢复策略层面展开研究。