【复现】同时考虑考虑孤岛与重构的配电网故障恢复运行策略附Matlab代码

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🔥 内容介绍

配电网故障恢复的核心目标是最小化停电时间、减少停电负荷、保障重要负荷供电，同时满足线路容量、电压稳定、分布式电源（DG）出力约束等安全条件。当配电网发生故障（如线路短路、设备故障）时，传统恢复策略易忽视 DG 的支撑作用与网络拓扑的灵活调整潜力，而 “孤岛运行 + 网络重构” 协同策略可通过以下技术框架实现高效恢复：

1. 故障定位与隔离：作为恢复前提，先确定故障区段并切断故障点与系统的连接；

1. 孤岛划分与运行：利用 DG 形成局部供电孤岛，优先恢复孤岛内重要负荷；

1. 网络重构优化：调整开关状态改变网络拓扑，将非孤岛停电负荷转移至正常馈线；

1. 协同调度：动态协调孤岛运行与网络重构的时序、负荷分配，实现全局最优。

二、故障定位与隔离：恢复策略的基础支撑

故障定位与隔离是保障后续策略安全实施的关键，需结合自动化技术实现快速精准操作：

1. 故障定位技术

• 量测数据驱动法：通过馈线终端单元（FTU）、智能电表采集的电流、电压突变数据，结合故障录波信息，利用 “阻抗法”“行波法” 定位故障区段；

• 通信协同法：基于配电网自动化（DA）系统，通过相邻节点信息交互，排除非故障区段（如 “逐段逼近法”），定位精度可达分段开关间隔。

2. 故障隔离操作

• 多级开关联动：故障定位后，先断开故障区段两侧的分段开关（如柱上真空开关），再断开与主网连接的联络开关，避免故障扩散；

• DG 预控：若故障区段含 DG，需先将 DG 转为 “孤岛预备模式”（如 V/f 控制），避免隔离过程中电压、频率波动。

三、孤岛运行策略：DG 支撑的局部负荷恢复

孤岛运行的核心是利用 DG（如光伏、储能、微燃机）形成独立供电单元，优先恢复重要负荷（如医院、交通信号），需解决 “孤岛划分”“稳定控制” 两大问题：

1. 孤岛划分原则

• 容量匹配：孤岛内 DG 总出力需满足负荷需求（考虑 10%-20% 备用容量），避免过负荷或电压崩溃；

• 拓扑连续：孤岛需由连续的馈线段组成，减少开关操作次数（如以 DG 所在节点为核心，向相邻负荷区扩展）；

• 优先级排序：优先纳入重要负荷（如一类负荷），次要负荷根据 DG 容量灵活取舍。

2. 孤岛稳定控制

• DG 控制模式：储能、微燃机采用 “V/f 控制” 维持孤岛电压（±5% 额定值）、频率（50±0.2Hz）；光伏系统需配套储能，避免出力波动影响稳定；

• 负荷调节：通过 “切负荷策略” 应对 DG 出力不足（如先切除可中断负荷，再切除次要负荷），或 “无功补偿” 抑制电压跌落（如投入并联电容器）。

四、网络重构策略：拓扑优化的全局负荷恢复

网络重构通过调整分段开关、联络开关状态，改变负荷供电路径，将非孤岛停电负荷转移至正常馈线，需以 “安全约束 + 优化目标” 为导向：

1. 重构约束条件

• 潮流约束：线路电流≤额定电流（避免过载），节点电压≥0.9pu、≤1.05pu（满足供电质量）；

• 拓扑约束：重构后网络无环网（避免环流）、无孤网（除规划孤岛外）；

• 操作约束：开关操作次数最少（减少操作时间与设备损耗），同一馈线开关操作间隔≥3s（避免冲击）。

2. 重构优化算法

• 启发式算法：如 “支路交换法”，通过断开过载支路、闭合联络开关逐步优化拓扑，计算速度快（适用于小规模配电网）；

• 智能优化算法：如遗传算法、粒子群算法，以 “停电负荷最小化”“网损最小化” 为多目标，通过迭代搜索最优开关组合（适用于大规模配电网，需结合并行计算提升实时性）。

五、孤岛与重构的协同恢复策略

孤岛运行与网络重构并非独立操作，需通过 “时序协同”“负荷协同” 实现全局最优，具体流程如下：

1. 协同时序设计

1. 故障隔离阶段（0-5min）：切断故障区段，将含 DG 的非故障区段转为孤岛运行，恢复孤岛内重要负荷；

1. 重构计算阶段（5-15min）：基于实时负荷、DG 出力数据，通过优化算法计算重构方案（确定开关操作顺序）；

1. 重构执行阶段（15-30min）：逐步执行开关操作，将非孤岛停电负荷转移至正常馈线，同时监测线路潮流；

1. 孤岛并网阶段（30-60min）：当主网恢复稳定、重构完成后，将孤岛逐步并网（采用 “同期并网” 技术，避免冲击）。

2. 负荷协同分配

• 负荷转移优先级：先将孤岛外的重要负荷通过重构转移，再转移普通负荷；若重构后仍有负荷无法恢复，可扩展孤岛范围（需重新校验 DG 容量）；

• DG 出力协同：重构过程中，若某馈线负荷压力大，可调整孤岛内 DG 出力（如增加储能放电功率），减少重构后的线路过载风险。

六、关键挑战与未来展望

1. 现存挑战

• 高比例 DG 不确定性：光伏、风电出力波动易导致孤岛容量失配，需加强预测技术（如短 - term 预测精度≥90%）；

• 算法实时性：大规模配电网中智能优化算法计算耗时较长，需结合边缘计算、数字孪生技术缩短决策时间；

• 多主体协同：配电网含 DG 业主、电网公司、用户等多主体，需建立利益协调机制（如孤岛运行的 DG 补贴政策）。

2. 未来方向

• 智能化升级：基于 5G + 物联网实现量测数据实时传输，结合 AI 算法动态调整恢复策略；

• 鲁棒性设计：考虑极端天气（如台风、冰冻）下的设备故障，设计 “多场景备用重构方案”；

• 多能源协同：融合电、热、冷多能源网络，通过 “综合能源孤岛” 进一步提升负荷恢复率。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 朱博.基于发电功率与短期负荷预测的微网经济运行策略研究[D].重庆大学,2012.DOI:10.7666/d.y2153128.

[2] 张志扬.基于分布式电源的配电网故障恢复过程控制技术及验证[D].北京交通大学,2021.

[3] 段聪.计及风电出力优化或电动汽车充电站规划的配电网重构[D].华北电力大学,2016.

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