中國礦業大學電氣安全與綜合能源研究中心呂超賢、梁睿 等：電-氫-路耦合下靈活運氫與動態孤島協同的配電網時序故障恢復

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導語

極端天氣和自然災害頻發，對配電網的安全運行構成嚴重威脅。當大范圍線路故障導致停電時，如何發揮交通網融合下電-氫微網時空支撐潛力，快速、精準地恢復關鍵負荷供電，是提升電網韌性的核心挑戰。中國礦業大學電氣安全與綜合能源研究中心最新研究，將電-氫微網間氫能靈活運輸與線路搶修下配電網動態孤島劃分相結合，提出了一種新穎的時序故障恢復策略，為極端事件下的電力保障提供了創新解決方案。

研究背景

隨著全球能源轉型，電力系統的可靠性和韌性日益受到關注。微電網作為一種靈活的獨立運行單元，能在配電網故障時提供關鍵支撐；氫能，也因其高能量密度和電-氫雙向轉換能力，被視為提升系統應急響應潛力的重要能源載體。然而，現有研究多聚焦于單一微電網內的電-氫耦合，或割裂地看待氫能運輸與配電網重構。在真實的極端故障場景下，如何協同調度多微網間的氫能資源、如何根據線路搶修進度動態調整孤島范圍、如何實現“源-網-路”多資源的時空最優匹配，仍是亟待解決的關鍵問題。

圖1 電-氫-路耦合系統架構

論文所解決的問題及意義

1、解決了什么問題？

氫能跨區域協同調度問題：現有研究鮮有考慮微網間氫能靈活轉移配置問題。本文建立了考慮路網擁堵信息和運氫車容量限制的氫能靈活轉移模型，實現了氫能在多微網間的動態最優配置。

線路搶修與動態孤島的協同問題：傳統方法常將線路搶修和孤島劃分作為獨立環節處理。本文構建了考慮線路時序搶修的配電網動態孤島模型，使孤島劃分能主動適應線路搶修進度，避免“搶修好、再恢復”的被動局面。

2、有何意義？

理論意義：首次將“電-氫-路”三網耦合納入配電網故障恢復的統一決策框架，揭示了氫能時空靈活性、配電網拓撲靈活性與線路搶修時序之間的耦合機理，豐富了韌性電力系統的理論體系。

工程意義：提出的時序恢復策略可為電網調度中心提供極端事件下的輔助決策支持，發揮氫能基礎設施（如加氫站、運氫車）資源均衡能力、優化搶修隊伍搶修路徑、靈活進行配電網孤島劃分，高效精準地實現源-荷動態匹配，以較低成本顯著提升配電網的應急供電能力，具有重要的應用推廣價值。

論文方法及創新點

1、基于路網運輸特性的多微網氫能靈活轉移模型

基于電-氫-路耦合架構，考慮路網運輸特性將道路擁堵率納入路徑規劃，考慮運氫車行駛時間的動態變化和運輸容量的限制，提出了多微網氫能靈活轉移模型，以實現故障情況下微網間資源的最優配置與恢復支撐。

圖2 微網間氫能轉移情況

2、考慮線路時序搶修的配電網動態孤島劃分方法

將故障線路的搶修順序、搶修時間與配電網的拓撲重構進行了深度耦合，提出線路搶修影響下配電網動態孤島模型，通過配電網拓撲靈活調整進行多微網分散協調的最優孤島劃分與負荷優化分配，實現“邊搶修、邊恢復”的動態協同。

圖3 故障線路搶修路徑

圖4 配電網動態孤島劃分時序結果

3、靈活運氫與動態孤島協同的時序恢復統一決策方法

充分發揮氫能調度與配電網拓撲動態變化的協同調供潛力，提出靈活運氫與動態孤島協同的故障恢復策略，形成了“源（微網）-網（配電網）-路（交通網）”的時空協同決策架構，以實現電-氫-路耦合下配電網負荷最優恢復。

圖5 不同時段負荷恢復結果

表1 不同場景下配電網負荷恢復情況

結論

1）資源時空配置更優，支撐更精準：所提出的考慮路網特性的微網氫能靈活轉移模型，實現了氫能資源的最優時空配置，發揮故障后各微網間的能源互補支撐能力，改善故障區域的供應分布。

2）搶修-拓撲動態耦合，源荷匹配更高效：所提出的動態孤島模型充分考慮線路搶修和孤島劃分的協調關系，實現配電網拓撲結構的合理調整并優化負荷分配，提升靈活孤島下源-荷匹配度，促進孤島區域負荷的可靠供應與快速恢復。

3）協同潛力最大化，恢復效果更好：以切負荷率最小為導向的靈活運氫與動態孤島協同的時序恢復統一決策方法，相較于僅考慮單一故障恢復資源的恢復策略，可更好發揮資源時空協同潛力，有效增強配電網彈性支撐能力、提升負荷綜合恢復率。

團隊介紹

團隊聚焦新型電力系統、綜合能源系統、電網設備狀態評估等方向，長期專注于電力系統領域基礎研究成果的轉化應用。目前課題組教授4人，副教授6人，講師3人，全日制在讀博士生7人，碩士生30人。課題組已畢業博士碩士100余人，多名同學獲江蘇省三好學生、江蘇省優秀碩士論文、中國礦業大學優秀博士/碩士論文、研究生國家獎學金、研究生創新獎學金，企業獎學金，多位同學獲得國家留學基金委資助訪學升學。研究生去向遍及電網及電力相關的知名企業。

呂超賢

通信作者，博士，副教授，碩士生導師。主要研究方向為柔性配電網、（礦山）綜合能源系統運行與規劃。近年來，主持國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等多項縱向科研課題，承擔國網、南網多項橫向科研課題。第一作者或通信作者發表SCI/EI檢索論文20余篇，授權中國發明專利10余項。

梁睿

博士，教授，博士生導師。長期從事電氣安全、綜合能源、設備狀態評估等研究。承擔江蘇省雙碳重大科技示范項目，主持國家自然科學基金青年、面上項目、江蘇省自然科學面上項目、國家重點研發計劃子課題等，承擔多項橫向課題。第一作者或通信作者發表高水平論文100余篇。中國發明專利授權70余項(許可及出讓7項)。獲省部級科技進步獎等10余項，中國礦業大學I類榮譽等。

本工作成果發表在2026年第5期《電工技術學報》，論文標題為“電-氫-路耦合下靈活運氫與動態孤島協同的配電網時序故障恢復“。本課題為國家自然科學基金和江蘇省基礎研究計劃資助項目。

引用本文

呂超賢, 蔣雄, 張陽, 梁睿, 賈志豪. 電-氫-路耦合下靈活運氫與動態孤島協同的配電網時序故障恢復[J]. 電工技術學報, 2026, 41(5): 1666-1679. Lü Chaoxian, Jiang Xiong, Zhang Yang, Liang Rui, Jia Zhihao. Flexible Hydrogen Transfer and Dynamic Islanding Coordinated Time-Series Fault Recovery for Distribution Network under Electricity-Hydrogen-Road Coupling. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(5): 1666-1679.

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