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極端災害事件引發配電網停電后，利用分布式電源構建孤島微網恢復重要負荷供電，能有效提升配電網彈性。南京理工大學智能電網運行控制研究團隊考慮冷負荷啟動時負載峰值引起的三相電流不平衡，建立了協同區域劃分、恢復路徑和負荷投運時序的配電網供電恢復模型，提出一種計及冷負荷啟動時變特性的彈性配電網供電恢復方法。

研究背景

隨著全球氣候變化加劇，自然災害頻發，配電網由于設計強度較低，容易發生群發性故障，導致用戶停電，造成嚴重的經濟和社會影響。為應對這一挑戰，學術界提出了電力系統彈性的概念，旨在提升電網預防、適應環境變化以及快速恢復的能力。分布式能源的大量接入為配電網的彈性恢復提供了基礎，利用分布式電源構建孤島微電網恢復重要負荷供電是提升配電網彈性的關鍵手段之一。

論文所解決的問題及意義

本文針對現有配電網供電恢復策略中未考慮冷負荷啟動特性導致的三相電流不平衡問題，提出了一種計及冷負荷啟動時變特性的彈性配電網供電恢復方法。該方法通過建立基于停電時長的冷負荷啟動模型，考慮電流不平衡度約束，實現了區域劃分、恢復路徑和負荷投運時序的協同優化。該研究有效降低冷負荷啟動引起的電流不平衡度，保障分布式電源的安全運行，從而提升了供電恢復方案的安全性。

論文方法及創新點

1、冷負荷啟動特性建模

本文結合冷負荷啟動時負荷需求量短期激增的特性，根據冷負荷啟動過程中的功率需求曲線對其進行了建模。冷負荷啟動過程中的功率需求曲線如圖1所示。

圖1 冷負荷啟動過程中功率需求曲線

在制定配電網供電恢復方案時，需要事先對冷負荷啟動時變特性進行建模。首先，收集冷負荷啟動歷史數據，評估不同停電時間下的負載峰值、持續時間等參數，擬合生成冷負荷啟動曲線。根據圖1所示的功率需求曲線，冷負荷啟動過程中的有功功率需求為如下形式：

2、三相電流不平衡度約束建模

在配電網供電恢復過程中，需要對電流的三相不平衡度進行約束，以避免電源觸發切機保護。模型定義電流不平衡度D為：

當電流不平衡度超過10%～20%時，三相同步機電源會進行切機操作；而儲能等逆變型分布式電源能承受的電流不平衡度可達100%。電流不平衡度約束進行一系列簡化后可表示為：

3、計及三相電流不平衡度約束建模的配電網供電恢復模型

本文考慮停電時間的影響，建立了冷負荷啟動時變模型，進一步構建了三相配電網供電恢復優化模型，同時計及電流不平衡度約束。本文所提出配電網供電恢復模型結構示意圖如下：

圖2 配電網供電恢復模型結構

4、仿真驗證

本文利用改進IEEE37節點配電測試系統驗證所提三相配電網供電恢復方法的有效性。以分布式電源G2所構成的MG2為例，MG2中恢復路徑及各時步節點恢復狀態如圖3所示。可以看出，在供電恢復過程中，微電網始終保持輻射狀結構。

圖3 MG2中恢復路徑

通過兩種方法對比說明在三相配電網供電恢復過程中考慮冷負荷啟動特性的必要性。方法1中，采用本文所提計及冷負荷啟動特性的配電網供電恢復方法；方法2中，忽略溫控負荷的冷負荷啟動特性，負荷的功率需求即功率基準值。通過求解兩個模型，生成優化的供電恢復方案。進一步，對兩種方法生成的恢復方案進行可行性校驗。按照生成的開關動作順序，在相應時刻恢復節點負荷，并考慮溫控負荷在投運時的冷負荷啟動特性。以MG1為例，圖7展示了采用兩種供電恢復策略時，G1的三相電流不平衡度。

圖4 兩種方法下G1的電流不平衡度

可以看出，在實際恢復過程中，三相燃機的電流不平衡度超出安全水平，會觸發電源切機保護，影響恢復策略的可行性。除了電流不平衡度約束，忽略冷負荷的啟動特性還可能導致電源出力越限、爬坡功率不足等問題。當配電網中溫控負荷占比較高時，上述問題將更加嚴重。

進一步，通過兩組對比算例驗證所提冷負荷啟動特性模型的有效性。算例1采用本文方法；算例2中忽略停電時間對冷負荷啟動特性建模的影響，采用延遲指數模型刻畫冷負荷的啟動特性。兩組對比算例中各時步負荷恢復量對比如圖5所示。從圖5可以看出，相較于傳統的延遲指數模型，本文考慮停電時間對冷負荷啟動特性的影響，所生成的供電恢復策略可以提高近8.77%的負荷恢復量。

圖5 負荷恢復量對比

結論

本文提出了一種計及冷負荷啟動時變特性的彈性配電網供電恢復方法。所提方法對冷負荷恢復需求特性和三相電流不平衡度進行了建模處理，所提方法所得供電恢復策略能有效保證供電恢復策略的可靠性，從而提升配電網的彈性。

團隊介紹

南京理工大學智能電網運行控制研究團隊長期致力于彈性電網運行控制的研究與應用。主要涉及電力系統預防控制、微電網運行控制、構網型新能源控制等研究方向。

• 謝云云，副教授，研究方向極端條件下電力系統運行與控制、新能源黑啟動等。

• 蔡勝，博士，研究方向極端條件下電力系統運行與控制。

本工作成果發表在2025年第1期《電工技術學報》，論文標題為“計及冷負荷啟動時變特性的彈性配電網供電恢復“。本課題為國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金和江蘇高校“青藍工程”資助項目。

引用本文

蔡勝, 徐振欽, 謝云云, 丁波, 仉夢林. 計及冷負荷啟動時變特性的彈性配電網供電恢復[J]. 電工技術學報, 2025, 40(1): 139-151. Cai Sheng, Xu Zhenqin, Xie Yunyun, Ding Bo, Zhang Menglin. A Service Restoration Method for Resilient Distribution Systems Considering Time-Varying Characteristic of Cold Load Pickup. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(1): 139-151.

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