配电网故障恢复辅助决策技术分析及应用

孙勇军 董铎亮 冀超 张俊霞 郑岩

摘要：随着电力用户对配网供电可靠性要求的提高，加强配电网故障恢复辅助决策技术研究具有较强的必要性，可以显著缩短配电网的故障停电时长，提高电力企业的概念收益。在配电网故障恢复辅助决策技术中，需要建立配电网故障恢复辅助决策优化模型，并采取优化算法对所建立的模型进行求解，从而得出配电系统的供电故障恢复方案。本文系统分析了配电网故障恢复辅助决策技术的实现原理，并介绍了利用可视化技术开发的配电网故障恢复辅助决策系统，对于提高配电网的运行可靠性具有一定的价值。

关键词：配电网故障恢复辅助决策优化计算

Analysis and Application of Auxiliary Decision-making Technology for Distribution Network Fault Restoration

SUN YongjunDONG DuoliangJI ChaoZHANG JunxiaZHENG Yan

（Inner Mongolia Power （Group） Co.，Ltd， Baotou branch，Baotou， Inner Mongolia Autonomous Region， 014030 China）

Abstract： With the increasing demand of power users for the reliability of distribution network， it is necessary to strengthen the research of auxiliary decision-making technology for Distribution Network fault restoration， which can significantly shorten the time of distribution network outage， improving the conceptual income of electric power enterprises. In the auxiliary decision-making technology of Distribution Network fault restoration， it is necessary to establish the auxiliary decision-making optimization model of Distribution Network fault restoration， and adopt the optimization algorithm to solve the model， so as to get the scheme of distribution system fault restoration. In this paper， the principle of auxiliary decision-making system for Distribution Network fault restoration is analyzed， and the auxiliary decision-making system for distribution network fault restoration is introduced， it has certain value for improving the operation reliability of distribution network.

Key Words： Distribution Network; Fault Restoration; Assistant decision; Optimization calculation

配電网在接线模式上一般为辐射状，包括了很多的联络开关以及分段开关，闭环的结构、开环运行是配电网的显著特点。当配电网中出现故障之后，要求能够对配电网中的故障进行定位并加以隔离，同时还要求通过改变配电网中开关的分合状态，在确保配电网运行安全的前提条件下，尽量将配电网中的负荷加以恢复[1]。本文首先分析了当前的配电网故障恢复技术现状，之后阐述了配电网故障恢复辅助决策模型中的目标函数以及约束条件的构成，以及配电网故障恢复辅助决策模型的求解算法等，最后分析了配电网故障恢复辅助决策系统的开发，以下进行具体的分析和介绍。

1 配电网故障恢复技术现状

在配电网的组成中，包括了众多的分段开关、架空线路、联络开关以及电缆线路，开关的断开及闭合都会直接影响到配电网的拓扑结构。当配电网发生故障时，目前在很多地区电网中还是采用人工处理故障的方式，这种方式的效率较低，并且也会使得配电网停电时间过长。随着配电自动化覆盖率的提升，可以利用配电自动化系统实现故障之后的供电恢复。

目前对于配电网故障恢复技术研究已经取得了一定的研究成果，有的采取专家系统或者启发式算法来寻找配电网的供电恢复路径。当配电网出现故障之后，依据算法会对配电网中的故障进行隔离，并根据配电网中的潮流分布以及网络系统结构，在满足所有的约束条件下，对没有故障的配电区域恢复供电。对于专家系统，则是编写一个涵盖了大量的配电网故障判断经验的软件程序系统，但由于实际配电网的结构复杂，如何进行供电恢复的决策判断也较为复杂，故对专家系统的程序维护存在着较大的困难。

2 配电网故障恢复辅助决策模型

在对配电网进行故障恢复供电时，首先需要对配电网中的故障进行定位，之后再将定位处理的区段两侧馈电开关断开，从而实现对故障的隔离，之后再对非故障配电区域进行快速的供电恢复。在配电网故障恢复辅助决策中，需要建立配电网故障恢复辅助决策模型，并采用算法对所建立的模型进行求解，从而得出供电恢复技术方案。

2.1配电网故障恢复辅助决策模型

当配电网发生故障之后，一般可以将配电网区域划分为故障区域、非故障区域以及正常供电区域等。其中正常供电区域是指当配电网发生故障之后，依然可以正常供电的配电区域。而非故障区域主要是指当配电网发生故障之后，不能正常供电，但其自身所在区域不存在故障。在建立配电网故障恢复辅助决策模型时，应满足以下几点要求：一是配电网供电恢复的方案应保证快速高效，以便尽可能降低电力用户的经济损失[2];二是对配电网中不同类型的负荷应采取不同的供电恢复策略，重要电力用户应先尽量恢复;三是在满足供电恢复的目标前提下，应降低配电开关的操作次数，同时要保证供电恢复之后系统的负荷分配均匀。

可以利用最优化算法来解决配电网故障供电恢复问题，建立配电网故障恢复辅助决策模型，其包括目标函数和约束条件等部分。对于供电恢复辅助决策模型中的目标函数，可以以配电网负荷恢复量最大、系统网损最小、配电开关操作数量最小、负荷最均匀等为目标函数。供电恢复辅助决策模型中的约束条件，包括系统网络约束、配电网线路传输容量约束、节点电压约束等。

2.2配电网故障恢复辅助决策模型的求解算法

从供电恢复辅助决策模型中可以看出，该优化问题为多目标的离散非线性优化问题。如果采用人工智能算法进行求解，可能得到的解不是全局最优解而是局部最优解，使得出的供电恢复技术方案不是最合理的。为此可以用预测校正内点法进行分析求解，在这种算法中，主要采用数值计算及迭代的方式进行逐步求解。

在配电网故障恢复辅助决策模型求解过程中，需要不断计算配电网中的潮流分布，以便判断得出的供电恢复方案是否都满足约束条件，保证恢复之后的配电网能够保持安全稳定运行。在配电网故障恢复辅助决策模型求解过程中，首先制定好算法的收敛标准，即设定一个互补收敛间隙，之后在迭代计算过程中，只要不符合收敛条件，就继续迭代计算。但需要求解出在仿射方向和校正方向上的修正量，并反应在之后的计算过程中，不断对模型中的变量进行更新，从而使得快速找到最优解，得出配电网的供电恢复方案。

3 配电网可视化故障恢复辅助决策系统的设计

根据上述所分析的配电网可视化故障恢复辅助决策方法，可以开发出配电网可视化故障恢复辅助决策系统，以满足实际的配电网运行需求。该系统主要包括数据处理和监控等部分。对于系统中的监控模块，可以用来实时监测配电网的具体运行状况，当配电网出现故障时，可以及时做出反应，加强配电网运维人员和配电网之间的互动。以下详细分析配电网可视化故障恢复辅助决策的基本结构和基本功能。

3.1 配电网故障恢复辅助决策系统的结构设计

在开发配电网故障恢复辅助决策系统之前，需要先对配电网故障恢复辅助决策系统的结构进行合理的规划和设计，保证系统中的各个功能模块能够保持协调稳定运行，顺利生成配电网供电恢复辅助决策方案。同时在配电网故障恢复辅助决策系统的开发过程中，将引入可视化技术来搭建整个系统平台，使得配网监控人员能够更好地通过图像或者是图形界面来完成对配电网运行状态的监控[3]。在该辅助决策系统中，采用了先进的网络通信技术、虚拟现实技术、数据挖掘技术以及相配套的多媒体技术，通过充分融合这些技术的优势，该系统在实际应用中也取得了较好的应用效果。

辅助决策系统平台分为前台展示层、中间服务层以及后台数据层等3个不同的层次。其中后台数据层包含了多个配电网业务数据接口和数据库服务系统，以便可视化展示前端能够随时调取后台数据库系统中的数据信息。中间服务层包含和前端web浏览的数据通信接口、对各个配电网业务系统的逻辑控制，并在逻辑控制中采用了虚拟现实技术，以便强化对配电网故障定位和供电恢复辅助决策的应用效果，使得对配电网的故障定位更为准确，所得出的供电恢复辅助决策方案更具有实际操作性[4]。前台展示层利用多种丰富的多媒体技术，通过数据接口调用后台数据信息，并将服务层处理之后的数据信息展示在配电网监控人员面前。

3.2 配电网故障恢复辅助决策系统的功能

在配电网故障恢复辅助决策系统中，具备了多种不同的功能，主要的功能包括数据信息的可视化展示功能、数据通信功能、数据查询功能以及配电网故障后的供电恢复辅助决策功能。对于系统中的可视化展示功能，可以采用SVG技术，在开发过程中，应强调人机交互，开发出友好的操作界面。对于数据通信功能，配电网辅助决策主站系统可以下发数据总召唤命令，同时接收配电网现场终端发送上来的数据，并按照客户端/服务器的方式进行数据通信。此外，由于配电网在运行过程中会产生大量的数据信息，应该将这些数据信息存储起来，并在辅助决策系统中开发出数据查询功能[5-6]。当配电网监控人员需要对某些数据进行查找时，能够通过系统界面，对配电网的历史故障信息、故障诊断结构、故障恢复后的系统运行状态等数据进行查询及分析。对于配电网故障后的供电恢复辅助决策功能，当配电网中的馈线发现故障时，经过系统中算法的分析和计算，可以将故障定位的结果展示在系统的界面上，并将故障区段两侧的开关用不同的颜色标注出来，通过点击系统中的故障与恢复功能按钮，并进一步生成故障恢复方案。随着配电网故障定位及供电恢复技术的成熟，今后配电网故障恢复辅助决策系统的性能也将随之提高，更好地保障配电网的安全稳定运行。

4 结论

随着配电网智能化技术水平的提高，今后配电网的故障自动定位及故障自动恢复将是其基本功能，也是构建配电网自动化系统的关键技术。通过配电网的故障自动隔离和供电恢复，将有效提高配电网的运行安全性和稳定性水平。本文所分析的配电网故障恢复辅助决策技术，可以在实际的配电网运行管理中加以应用。

参考文献

[1] 赵志军，姚国强，范骏杰，等.配电网故障快速恢复调控辅助决策技术[J].农村电气化，2020（3）：42-44.

[2] 施鹏佳，焦昊，张楷旋，等.配电网负荷转供辅助决策系统开发与应用[J].电力系统及其自动化学报，2017，29（5）：1-6.

[3] 王鹤鸣. 基于机器学习技术的配电网故障恢复算法研究[D]. 湘潭大学， 2017.

[4] 刘刚，陈莎，仝进，等.含分布式电源接入的配电网故障恢复方法[J].电测与仪表，2020，57（18）：50-56.

[5] 陳立新.对智能配电网故障的自动化处理技术探讨[J].电气时代，2020（3）：68-69.

[6]陈玮.新能源背景下的主动配电网故障恢复关键技术研究[D].浙江大学，2020.