1 引言
沿地理分布的馈线开关、变压器、电容器等配电设备构成了复杂的配电网络系统，在这样的网络上实现故障的自动定位、隔离和恢复并非易事，传统的利用智能开关进行故障隔离与恢复的方法存在着整定困难、冷负荷冲击、只适用于简单馈线和无法判别故障恢复后电网运行的可靠性和经济性的缺点。随着配电自动化的发展，尤其是配网SCADA系统的建立和不断完善，为实现在主站对配电网故障进行自动定位、隔离和综合恢复提供了基础。
本文提出了利用子站和主站的信息进行分层故障恢复的思想及其恢复算法。分层恢复使得当子站能够实现故障恢复就直接利用子站恢复，子站不能恢复时再利用主站进行恢复，这样可以大大减轻主站的工作量，尤其在同时发生多重故障的情况下，可以提高故障恢复的速度，避免仅由主站恢复的弊端；提出的恢复算法解决了恢复后电网运行的安全性、经济性和合理性的协调问题。
2 配电网故障分层恢复的思想
基于目前均以主站和子站的结构进行组织的配电自动化的发展状况，本文采用了配电网故障的分层恢复的思想，当子站能够实现故障恢复就直接利用子站恢复，子站不能恢复时再利用主站进行恢复，实现故障恢复的并行处理。如图1所示，主站和子站的故障恢复都由决策模块和恢复模块组成。其中恢复模块执行故障恢复的任务，决策模块起协调和恢复决策的作用，其功能如下：
（1）主站的决策模块：1）与各个子站的决策模块进行通讯，协调主站与子站的恢复模块之间的关系；2）当主站和子站同时处理故障时，判断两个恢复策略是否有冲突，并对子站和主站的恢复策略进行判定和协调。
（2）子站的决策模块：
1）与主站进行通讯，向主站报告能否恢复及恢复情况，并接受主站的命令；2）在故障隔离之后判断能否在子站层就能进行恢复，决定是否启动子站层的故障恢复程序。
当配电网发生故障以后，首先将故障隔离，然后启动子站的决策模块判断子站能否执行恢复操作。如能，则启动子站的恢复模块对负荷孤岛进行恢复，得出恢复策略向主站决策系统汇报，主站决策系统在电网同时发生多个故障时，根据子站上报的恢复策略判断是否与其它故障的恢复策略相冲突并进行协调，然后确定返回，子站手动或自动地恢复失电区的负荷的供电；当子站的决策模块判断无法在子站层进行恢复时，子站向主站发出请求，由主站的决策模块启动主站的故障恢复模块，对失电区进行供电恢复，得出恢复计划，向相应的子站发出命令执行。
3 主站或子站的恢复算法
城网故障恢复的本质是在故障段隔离之后，根据系统的网络拓扑分析进行网络重构，尽可能多和快速地恢复对非故障区失电负荷的供电。同时要求考虑网络的安全性、经济性和合理性。安全性是指恢复后的网络不应该出现过负荷；经济性是指恢复后的网络要求线损小，开关操作少；合理性是指恢复后的网络负荷的分布要均衡、对原有网络的拓扑结构不能改变过大，也不能导致各负荷点的电压越限。
故障恢复问题是一个复杂的多目标优化问题，很多文献对恢复算法都作了研究，其中大部分都采用启发式搜索的方法，文献［1］以开关操作数最少为目标采用了启发式搜索进行了描述，文献［2］对文献［1］中允许馈线部分过负荷作了讨论，文献［3］在考虑约束条件下以最大化恢复负荷和最小化开关操作数为目标进行了描述，文献［4］引入了模糊
集，文献［5］采用了节点一阶负荷矩的方法实现了用一条恢复路径恢复时的恢复后线损最小。文献［6］采用文献［3］的方法以需操作开关数最少为目标先搜索到一个恢复方案，然后按照一定的规则产生一定数量的恢复方案，再采用模糊集进行选优。这些方法都没有完全考虑故障恢复后安全性、经济性和合理性三者的协调优化。
本文采用的算法首先以一定的规则产生候选方案，然后利用一定的标准对产生的候选方案进行模糊比较，得出兼顾恢复后网络的安全性、经济性和合理性要求的最优恢复方案，由于无论对子站的恢复模块还是对主站的恢复模块在故障恢复时，都可能涉及所有不同的接线方式，故在主站和子站均采用相同的恢复算法。
3．1 故障恢复的算法及步骤
3．1．1 初始化
这一步对故障的馈线进行搜索找出所有的负荷孤岛，用各负荷孤岛的总失电量对它们进行排序，确定故障恢复过程中所需要涉及的馈线以减少恢复过程中的搜索区域，计算它们的潮流，确定系统的状态。下面对每一个负荷孤岛进行恢复。
3．1．2 对每一个负荷孤岛产生候选方案
（1）搜索负荷孤岛可能的恢复供电路径，并计算每条恢复供电路径的最大备用容量负荷孤岛的可能的恢复供电路径是指用与其直接相连的联络开关进行供电时，电流从电源到联络开关所流过的路径。恢复供电路径的最大备用容量（Iclm）是指该路径上所有馈线段所允许的最大容量与故障发生后馈线段实际流动容量的差值，定义如下：
其中IRli为某一恢复供电路径l上的第i条馈线段的允许通过的最大容量；Ili为恢复供电路径l上的第i条馈线段上的实际容量。
（2）候选方案的产生规则
用各恢复供电路径的最大备用容量与负荷孤岛的总失电容量进行比较，如果大于则暂时认为可以用此方案对负荷孤岛进行恢复，然后用同样的要求考虑用多条恢复供电路径进行恢复的方案。
对于一个负荷孤岛可能有很多可行的恢复方案，在故障恢复的过程中不可能对所有可能的恢复供电的方案一一进行计算、分析和评价，这样就不可能满足实时性的要求。考虑到故障恢复的合理性和经济性，采用如下的规则形成候选方案。
1）如果用N条可能的恢复供电路径能够满足对负荷孤岛的供电，那么候选恢复方案由N和N＋1条可能的恢复供电路径组成。
2）在用可能的恢复供电路径进行恢复能够满足的条件下，为了不使正常供电的用户受到影响，不采用转移正常供电用户的方法。
（3）对多供电路径的可能恢复方案确定需断开的分段开关
由于在正常的运行状态下，线损小和负荷分布均匀基本是一致的，因而以各供电路径流量和相应的额定容量的比值最接近为准则来确定需断开的分段开关。
3．1．3 对候选方案进行模糊评价，确定最优恢复方案
在形成候选恢复方案以后，对各方案进行模糊评价，然后从中确定最优的恢复方案。
（1）选用的评价指标
最优的恢复方案必须满足恢复后网络的经济性和合理性，在选择评价指标时必须考虑这个问题。基于综合考虑，以开关操作数（SN）、附加线损（LL）和恢复供电路径的备用容量（CL）作为评价恢复方案的评价指标。
1）开关操作次数（SN）：
由于开关具有一定的寿命和维护费用，为延长开关的使用寿命和减少开关的维护费用，应用较少的开关操作，开关操作数是一个重要的指标。
2）附加线损（LL）：
对电网的故障恢复以后，必然使得恢复供电路径上馈线段的线损增加，从而增加运行费用。为减少故障恢复后的附加线损，引入此指标。
3）恢复供电路径的备用容量（CL）：
对电网的故障进行恢复以后，必然使得恢复供电路径上馈线段的备用容量减少，如果其备用容量过少，在运行期间馈线负荷增加时就有可能使馈线过负荷，因而引入此指标。
（2）对各指标建立隶属度函数
为了能够对以上三个指标进行综合评价，需要对其进行模糊化，建立隶属度函数。隶属度函数如图2，图中的SN1，SN2等值由运行人员根据经验来确定。
（3）选择最优恢复方案
按照以上的三个评价指标，对候选的恢复方案计算各指标隶属度μSN、μLL、μCL，考虑实际系统对三个标准的重视程度，给它们分别加上相应的权值，按照公式（2）得出最优恢复方案。
