基于多种故障场景的柔性互联低压配电网故障恢复技术应用研究

摘""要：在现代电力系统体系中，低压配电网作为市场电力供应的主体，保障其运行稳定性尤为重要。但是，受到内外部因素影响，低压配电网运行期间可能会产生各类故障情况，如变压器故障、线路故障等等，严重影响电力供应质量和可靠性。为了保障配电网故障的恢复能力，柔性互联技术应运而生。通过分析柔性互联低压配电网的含义，提出了故障恢复技术原理与模型算法，并探究在多故障场景下柔性互联低压配电网故障恢复措施，包括变压器N-1故障场景、线路故障场景、分布式电源故障场景等，旨在保障低压配电网运行的可靠性。

关键词：多故障场景""柔性互联网""低压配电网""故障恢复

中图分类号：TM73

Research"on"the"Application"of"Fault"Recovery"Technology"for"Flexible"Interconnected"Low-Voltage"Distribution"Network"Based"on"Multiple"Fault"Scenarios

WANG"Haifeng

Yizhuang"Power"Supply"Company"of"State"Grid"Beijing"Electric"Power"Company，"Beijing，""100176"China

Abstract："In"the"modern"power"system，"the"low-voltage"distribution"network，"as"the"main"body"of"market"power"supply，"ensuring"its"operationalnbsp;stability"is"particularly"important."However，"due"to"internal"and"external"factors，"various"types"of"faults"may"occur"during"the"operation"of"low-voltage"distribution"networks，"such"as"transformer"faults，"line"faults，"etc.，"seriously"affecting"the"quality"and"reliability"of"power"supply."In"order"to"ensure"the"recovery"ability"of"distribution"network"faults，"flexible"interconnection"technology"has"emerged."By"analyzing"the"meaning"of"flexible"interconnected"low-voltage"distribution"network，"this"paper"proposes"the"principles"and"model"algorithms"of"fault"recovery"technology，"and"explores"the"fault"recovery"measures"of"flexible"interconnected"low-voltage"distribution"network"in"multiple"fault"scenarios，"including"transformer"N-1"fault"scenario，"line"fault"scenario，"distributed"power"supply"fault"scenario，"etc.，"aiming"to"ensure"the"reliability"of"low-voltage"distribution"network"operation.

Key"Words："Multiple"fault"scenarios;"Flexible"Internet;"Low-voltage"distribution"network;"Fault"recovery

在当今社会，电力供应的稳定性和可靠性对于各行各业的正常运转以及人们的日常生活至关重要。低压配电网作为电力系统的最后一环，直接与用户相连，其运行状况直接影响着用户的用电体验。然而，由于各种内外部因素，低压配电网可能会遭遇多种故障，如短路、断路、设备老化等，这些故障不仅会影响电力的正常供应，还可能对电力设备造成严重损坏。为了应对这些故障，提高低压配电网的恢复能力，柔性互联技术逐渐成为研究的热点。

1""柔性互联低压配电网相关阐述

柔性互联低压配电网是指将传统刚性连接转变为灵活可控的电力互联方法的新型配电网架构。系统主要采用了智能软开关（Soft"Open"Point，SOP）等电力电子变流器设备，从而精准控制、灵活调配电力潮流[1]。相比传统低压配电网，柔性互联低压配电网具有诸多优势，其主要表现为以下几点：（1）可快速实现无功率补偿，保障电能供给质量，降低电压波动与闪变概率；（2）通过灵活调控有功功率，有效降低网络损耗系数，让能源利用率得到进一步提升；（3）面对故障情况时，其具备的快速功率转移、负荷均衡能力可缩短停电所需时间，让供电可靠性得到进一步提升。

2""故障恢复技术原理与模型算法

2.1""恢复技术原理

电力电子变流器的快速响应、智能监测与诊断以及优化控制策略的协同作用，柔性互联低压配电网能够在故障发生后迅速、准确地进行恢复，提高供电的可靠性和稳定性。

2.1.1""电力电子变流器快速响应

以SOP为例，该设备采用了IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的变流器结构。一旦产生故障问题，IGBT可在非常短的时间内完成开关动作，实现输出电压、电流的快速调节。例如：在低压配电网中发生了短路故障，此时电流瞬间增大超过正常电流的数倍，"SOP可在"50"ms内做出响应，启动开关限制输出电流，将其降至安全范围内，以免故障问题进一步扩大[2]。

2.1.2""智能监测与诊断

在配电网中布置相应的传感器，如电流互感器、电压互感器、智能电表等，从而实时监测电网运输数据信息，如电压、电流、功率因数等等，采样频率可达到每秒千百次。在监测系统中，目前新型的电流互感器测量精度可达到0.5级，即便是微小的电流变化也可以被检测。将所采集的数据传输给中央控制单元，借助智能数据分析算法，如深度学习故障诊断模型，实时分析和处理数据。将实时采集数据与历史数据进行对比，系统可在几毫秒内判断故障的具体位置和类型。例如：某个智能监测与诊断系统对100个节点低压配电网实时监测，仅10"ms就诊断出线路绝缘老化造成的间歇性短路问题。

2.1.3""优化控制策略

一旦低压配电网发生故障情况后，系统综合各类因素提出控制策略，包括设备容量、电网拓扑结构、运行状态、负荷情况、系统优先级等，从而得出最佳功率转移路径、负荷恢复顺序。例如某个低压配电网中包含多个电源以及复杂拓扑结构，一旦某个区域因为系统故障导致停电问题，控制策略会率先评定每个电源剩余容量、供电距离，并根据负荷重要性确定恢复顺序、制定功率分配方案，如医院、通信基站的优先恢复权重就很高。假设某个场景中因为系统故障造成500"kW负荷停电，通过对控制策略展开优化，可在1"min内恢复400"kW重要负荷供电，并在之后的5"min逐步恢复其余的负荷供电，最大程度上减少故障问题带来的影响。

2.2""故障恢复模型与算法

2.2.1""建立故障恢复模型

建立故障恢复模型主要考虑恢复供电的快速性、可靠性、经济性等因素。可靠性方面，以最大化恢复负荷量为指标，如某个小型低压配电网总负荷量为1"000"kW，则故障恢复目标为至少恢复80%负荷，也就是在800"kW以上。快速性主要体现为最短时间内完成目标恢复，如要求在30"min内完成负荷恢复。经济性是指降低功率损耗、减少设备操作次数等，如SOP每次操作都会产生成本，因此要限制其操作次数[3]。

此外，模型还要众多约束条件，如设备参数、拓扑结构、负荷特性等方面。如线路传输功率限制，某条线路最大传输功率为200"kW，因此不得超过该限制参数。还包括SOP容量约束、电压约束等等。

2.2.2""求解算法

启发式算法在故障恢复模型中有着广泛应用，包括蚁群算法等。例如：某低压配电网有50个节点，采用蚁群算法可以模拟蚂蚁路径上释放信息素的方式寻求最优解。在数据生成之处，随机生成一组可恢复方案，根据方案综合效益对其信息浓度更新，在多次迭代后，将算法逐步收敛成为较为优秀的解。在应用当中，一旦超过100次迭代即可找到满足大部分约束条件的解，可恢复目标负荷量且恢复时间不会很长。

启发式算法，如粒子群优化算法，是模拟鸟类觅食行为，在解空间中由离子搜索的方式获取最优解（或较为优秀的解）。对于多个分布式电源的低压配电网，粒子群优化算法可以快速找到功率分配的最优方案。

精准算法，如混合整数线性规划可确保找到最优解，但该方法计算周期更长，在规模小的电网中更加适用。如某个低压配电网有20个节点，使用"MILP"求解故障恢复模型，在计算机性能较好的情况下，可能需要几分钟甚至几十分钟才能得到最优解，但该解能够在满足所有约束条件的前提下，实现最大的负荷恢复量和最小的恢复时间[4]。

2.2.3""模型验证与改进

为了提高模型的准确性和实用性，还需要通过实际电网数据或仿真实验对建立的模型和算法进行验证。例如：利用实际的故障记录和电网运行数据对模型进行测试，对比模型预测的恢复方案与实际采取的恢复措施，不断调整和优化模型的参数和算法。

3""故障恢复措施

3.1""变压器N-1故障场景

N-1故障是指某一台变压器产生故障问题后，直接影响配电网正常运行。在此情况下，无故障的变压器可能会存在过载运行风险，威胁到电网运行可靠性。采用柔性互联技术，如采用SOP重新分配功率，即可将部分负荷转移给其他区域，避免为故障变压器运载负担过大。

例如：某个柔性互联台区有2个变压器，在正常运行中B1和B2变压器分别承担50%的电网负荷。一旦B1出现故障情况，即可通过控制SOP的方式将B1供电部分负荷转移给B2所在区域或者其他与SOP连接的区域。具体要根据网络运行约束、SOP容量、各区域负荷重要性等因素确定转移负荷量。

3.2""变压器N-2故障场景

相比N-1情况，N-2故障则更为严重，即2台变压器出现故障情况。在此故障情况下，仅凭借传统联络开关、备用变压器手段已经无法满足负荷供电需求，此时就提出了柔性互联网技术的优势，通过合理协调SOP和配电站内母联开关动作，即可调配大范围功率[5]。

例如：某配电网由多个台区通过柔性互联构成，即便其中有2个台区变压器产生故障无法运行，也可借助SOP和其他台区变压器，优先恢复故障台区重要负荷。同时，根据负荷优先级、可中断性，科学制定负荷削减方案，从而保障配电网运行的稳定性。

3.3""线路故障场景

线路故障也会导致部分区域停电，影响供电的可靠性。借助柔性互联技术，改变SOP功率输出从而实现调节潮流分布、绕过故障线路、停电区域恢复供电等目标。

例如：配电网中某条线路产生永久性故障，借助SOP可增加与故障线路并联的其他线路功率传输，为停电区域提供电能。也可以调节和故障区域连接的其他线路潮流，为受到线路故障影响的区域提供电能输送。假设某柔性互联配电网中包含10条线路，其中某一条线路故障导致500"kW负荷停电，通过调节SOP的方法增加相邻线路功率400"kW，并结合其他区域功率调配，从而恢复450"kW负荷供电，将停电损失降低。

3.4""分布式电源故障场景

近些年分布式电源接入数量逐年增多，其故障问题对配电网产生了更大的影响。分布式电源故障可能会造成局部功率缺额。采用柔性互联技术即可对其他区域功率输入、SOP输出进行快速调节，弥补分布式电源故障造成的功率缺失，保持系统功率的平衡性。

例如：某柔性互联配电网中接入了多个分布式电源，其中某个300"kW分布式电源产生了故障，此时SOP快速响应，增加从其他区域输入的200"kW功率，对周边分布式电源出力进行调节，有效补充了系统功率缺额，确保负荷供电的稳定性[6]。

3.5""多重故障场景

在配电网运行中可能出现多种故障类型，供电恢复难度非常大。采用柔性互联技术在一定程度上可解决此类问题。通过协调SOP、母联开关、分布式电源等设备，制订更具针对性的故障恢复策略方案。

例如：在一个既有变压器"N-1"故障又有某条线路故障的场景中，首先根据变压器故障情况进行负荷转移和调整，然后针对线路故障，利用"SOP"和其他正常线路进行再分配。通过这种协同恢复策略，最大限度地减少停电范围和时间，提高系统的整体恢复效果。

4""结语

综上所述，基于多种故障场景的柔性互联低压配电网故障恢复技术是提高配电网供电可靠性的有效手段，灵活应用该技术可应对多种故障场景下的各类故障情况。未来，随着电力电子技术的不断发展和成本的降低，SOP"等柔性互联设备的性能将进一步提升，成本也将逐渐下降。同时，人工智能、大数据等技术的应用将为故障恢复策略的优化提供更强大的支持，实现更加智能、快速和准确的故障恢复。

参考文献

[1]"沈兴杰，陈沛，高群，等.考虑多种故障场景的柔性互联低压配电网故障恢复方法[J].机械与电子，2024，42（3）："17-25.

[2]"梅军，张丙天，朱鹏飞，等.基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法[J].电力系统自动化，2021，45（24）：133-141.

[3]"黄代雄，汪志军，袁俑斌，等.考虑多源协同的主动配电网故障恢复策略[J].高压电器，2024，60（2）："210-215，222.

[4]"徐展鹏，梁远升，李海锋，等.柔性互联配电网故障恢复的云边协同优化算法[J].电力系统自动化，2023，47（18）：171-184.

[5]"李佳林.柔性直流电网线路故障限流及恢复方法研究[D].成都：西南交通大学，2021.

[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].杭州：浙江大学，2020.