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研究背景

随着全球气候变化加剧，自然灾害频发，配电网由于设计强度较低，容易发生群发性故障，导致用户停电，造成严重的经济和社会影响。为应对这一挑战，学术界提出了电力系统弹性的概念，旨在提升电网预防、适应环境变化以及快速恢复的能力。分布式能源的大量接入为配电网的弹性恢复提供了基础，利用分布式电源构建孤岛微电网恢复重要负荷供电是提升配电网弹性的关键手段之一。

论文所解决的问题及意义

本文针对现有配电网供电恢复策略中未考虑冷负荷启动特性导致的三相电流不平衡问题，提出了一种计及冷负荷启动时变特性的弹性配电网供电恢复方法。该方法通过建立基于停电时长的冷负荷启动模型，考虑电流不平衡度约束，实现了区域划分、恢复路径和负荷投运时序的协同优化。该研究有效降低冷负荷启动引起的电流不平衡度，保障分布式电源的安全运行，从而提升了供电恢复方案的安全性。

论文方法及创新点

1、冷负荷启动特性建模

本文结合冷负荷启动时负荷需求量短期激增的特性，根据冷负荷启动过程中的功率需求曲线对其进行了建模。冷负荷启动过程中的功率需求曲线如图1所示。

图1 冷负荷启动过程中功率需求曲线

在制定配电网供电恢复方案时，需要事先对冷负荷启动时变特性进行建模。首先，收集冷负荷启动历史数据，评估不同停电时间下的负载峰值、持续时间等参数，拟合生成冷负荷启动曲线。根据图1所示的功率需求曲线，冷负荷启动过程中的有功功率需求为如下形式：

2、三相电流不平衡度约束建模

在配电网供电恢复过程中，需要对电流的三相不平衡度进行约束，以避免电源触发切机保护。模型定义电流不平衡度D为：

当电流不平衡度超过10%～20%时，三相同步机电源会进行切机操作；而储能等逆变型分布式电源能承受的电流不平衡度可达100%。电流不平衡度约束进行一系列简化后可表示为：

3、计及三相电流不平衡度约束建模的配电网供电恢复模型

本文考虑停电时间的影响，建立了冷负荷启动时变模型，进一步构建了三相配电网供电恢复优化模型，同时计及电流不平衡度约束。本文所提出配电网供电恢复模型结构示意图如下：

图2 配电网供电恢复模型结构

4、仿真验证

本文利用改进IEEE37节点配电测试系统验证所提三相配电网供电恢复方法的有效性。以分布式电源G2所构成的MG2为例，MG2中恢复路径及各时步节点恢复状态如图3所示。可以看出，在供电恢复过程中，微电网始终保持辐射状结构。

图3 MG2中恢复路径

通过两种方法对比说明在三相配电网供电恢复过程中考虑冷负荷启动特性的必要性。方法1中，采用本文所提计及冷负荷启动特性的配电网供电恢复方法；方法2中，忽略温控负荷的冷负荷启动特性，负荷的功率需求即功率基准值。通过求解两个模型，生成优化的供电恢复方案。进一步，对两种方法生成的恢复方案进行可行性校验。按照生成的开关动作顺序，在相应时刻恢复节点负荷，并考虑温控负荷在投运时的冷负荷启动特性。以MG1为例，图7展示了采用两种供电恢复策略时，G1的三相电流不平衡度。

图4 两种方法下G1的电流不平衡度

可以看出，在实际恢复过程中，三相燃机的电流不平衡度超出安全水平，会触发电源切机保护，影响恢复策略的可行性。除了电流不平衡度约束，忽略冷负荷的启动特性还可能导致电源出力越限、爬坡功率不足等问题。当配电网中温控负荷占比较高时，上述问题将更加严重。

进一步，通过两组对比算例验证所提冷负荷启动特性模型的有效性。算例1采用本文方法；算例2中忽略停电时间对冷负荷启动特性建模的影响，采用延迟指数模型刻画冷负荷的启动特性。两组对比算例中各时步负荷恢复量对比如图5所示。从图5可以看出，相较于传统的延迟指数模型，本文考虑停电时间对冷负荷启动特性的影响，所生成的供电恢复策略可以提高近8.77%的负荷恢复量。

图5 负荷恢复量对比

结论

本文提出了一种计及冷负荷启动时变特性的弹性配电网供电恢复方法。所提方法对冷负荷恢复需求特性和三相电流不平衡度进行了建模处理，所提方法所得供电恢复策略能有效保证供电恢复策略的可靠性，从而提升配电网的弹性。

南京理工大学智能电网运行控制研究团队长期致力于弹性电网运行控制的研究与应用。主要涉及电力系统预防控制、微电网运行控制、构网型新能源控制等研究方向。

• 谢云云，副教授，研究方向极端条件下电力系统运行与控制、新能源黑启动等。

• 蔡胜，博士，研究方向极端条件下电力系统运行与控制。