📚 课程目录第2章配电网拓扑与运行方式建模

2. 配电网拓扑与运行方式建模

配电网自愈控制的第一步不是算法，而是“把网画清楚”。拓扑模型决定了故障时能搜索到哪些供电路径、能操作哪些开关、能恢复多少负荷。若拓扑描述不准确，再好的自愈策略也会误判。本节从典型接线出发，说明拓扑描述方法，并分析运行方式切换对自愈的影响。

辐射状接线是最基本的配电结构：电源经一条主干线依次分出支线，负荷呈树状分布。其优点是保护配合简单、潮流方向单一；缺点是主干线任一段故障，下游全部失电，且无备用电源，自愈只能依靠故障隔离，无法转供。因此辐射状网络的自愈目标通常是“缩小停电范围”，而非“恢复全部负荷”。

环网接线将两条电源线路通过联络开关连接成环，正常时开环运行（常开点），故障时合上联络开关，由另一侧电源转供。环网使负荷具备双电源路径，自愈时可通过“故障段隔离 + 联络合闸”恢复非故障区。但环网转供受线路载流量和电压降限制，转供容量必须校验。

多分段多联络接线是城市配电网的主流形式：主干线被分段开关分成若干段，每段通过联络开关与不同电源或相邻线路相连。分段越多，故障隔离越精细，可转供的路径越多，但开关操作组合也越复杂。自愈控制需要在多个联络点之间选择最优恢复方案，兼顾开关动作次数、负荷均衡和电压约束。

工程上描述配电网拓扑，通常采用“节点—支路”模型。节点表示母线、开关、负荷接入点；支路表示线路或变压器。每个开关用状态量描述：1 表示合闸，0 表示分闸。这样，整个网络可表示为一个邻接矩阵或节点—支路关联表。

实际系统中，拓扑描述需要与 SCADA/配电自动化系统对接。常见做法是：以馈线为单位建立拓扑表，字段包括节点编号、支路编号、首末端节点、开关类型（分段/联络/断路器）、常态位置、所属馈线。自愈控制启动时，先读取开关遥信状态，刷新拓扑，再基于刷新后的图进行路径搜索。

拓扑描述的关键是“动态性”。配电网运行方式会随检修、负荷转移、故障隔离而变化，因此拓扑模型不能是静态的。工程上常用“拓扑岛”概念：将当前合闸连通的节点集合视为一个电气岛，每个岛内潮流连续。自愈算法只需在岛间寻找可闭合的联络开关，即可生成转供方案。

运行方式切换包括正常操作（如计划检修倒闸）和故障后操作（隔离与转供）。切换会改变拓扑，进而改变自愈的可行域。

以某 10 kV 馈线为例：正常方式为环网开环运行，联络开关 L1 常开。若因检修将分段开关 S2 分闸，则下游段变为独立岛，此时若发生故障，原本可通过 L1 转供的路径可能因 S2 断开而失效。自愈策略必须感知 S2 的状态，否则会生成不可执行的转供指令。

另一个典型影响是“转供容量”。运行方式切换后，转供路径的载流量可能变化。例如，联络开关从冷备用转为热备用，其所在线路的负载率上升，可转供容量下降。自愈算法在生成方案时，必须校验转供后线路电流不超过额定载流量的 80%（示例阈值），否则应放弃该方案或选择其他联络点。

注意：运行方式切换后，必须重新进行拓扑刷新和潮流校验，不能沿用切换前的自愈策略。否则可能出现“合环”或“过载”风险。

假设某馈线有 4 个分段开关 S1~S4，2 个联络开关 L1、L2。当前遥信状态为：S1=1，S2=1，S3=0，S4=1，L1=0，L2=0。故障发生在 S2 与 S3 之间。自愈步骤如下：

这个例子说明：拓扑描述提供“有哪些开关”，运行方式提供“开关当前状态”，自愈算法则是在约束下搜索“合哪些开关”。三者缺一不可。