考虑综合负荷重要性的移动应急电源容量优化分配_张爱国

1、第32卷增刊22008年12月Vol. 32 Supplement 2Dec. 2008电网技术Power System Technology文章编号：1000-3673 (2008) S2-0086-04中图分类号：TM711文献标志码：A学科代码：470 - 4051考虑综合负荷重要性的移动应急电源容量优化分配张爱国1，郝建刚1唐志芳1，盛兴© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt第32卷增刊220

2、08年12月Vol. 32 Supplement 2Dec. 2008(1.鹤壁供电公司，河南省鹤壁市458030 ;2 华北电力大学 电气与电子工程学院，北京市 昌平区102206 )The Allocati on Scheme of Mobile Emerge ncy Gen erator Con sideri ng the Loads Importa nee1 1 1 2ZHANG Ai-guo , HAO Jian-gang , TANG Zhi-fang , SHENG Xing(1. Hebi Power Supply Company , Hebi 458030, Henan Pr

3、ovince, China； 2. School of Electrical and Electronic Engineering ,North China Electric Power University , Changping District , Beijing 102206 , China )© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt第32卷增刊22008年12月Vol. 32 Suppleme

4、nt 2Dec. 2008© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt第32卷增刊22008年12月Vol. 32 Supplement 2Dec. 2008摘要：研究了城市电网在固定的预算条件下，以大面积停电损失最小为目标，移动应急电源容量的优化配置问题。首先提岀了将城市负荷分类统计，建立指标综合衡量停电损失的 一种方法。然后依据该指标建立目标函数， 在满足预算等条 件下规划求解，得岀将停电损失降为最低的

5、移动应急电源数 量及其在不同区域间的优化方案。关键词：城市电网；负荷；移动应急电源；整数规划0引言近年来，国内外发生了一系列大面积停电事 故，这些事故影响面积大，产生了严重的后果。这 其中包括美加的“ 8-14”大停电1-2，北欧2003年 大停以及2008年初我国由于冰灾造成的南方地区 大面积停电3。相比于电力系统稳定性所引起的电网事故，由 外力(如冰灾、地震、台风)所引起的电网解列对电 力基础设施的破坏程度更为严重，恢复时间也更长。若不依靠应急措施对医院、交通系统等重要的 终端负荷进行供电，而仅等待城市电网重新并网后 恢复供电，后果将更加严重5。移动应急电源作为城市应急组织体系中的一 项重

6、要资源，担负着最大限度保证公众生命安全、 挽救经济损失的任务，但由于无限制的储备移动应 急电源是对资源的闲置和浪费。因而如何在突发性 灾难的情况下，合理的调动移动应急电源，达到保 证该城市损失最小的目标，是本文所要解决的课 题。本文首先对城市的区域进行划分，并通过建立 综合性指标，衡量负荷的重要性，描述各类负荷因 遭受突发性停电所造成的损失；其次基于该指标， 以城市总的损失量最小为目标函数，建立移动应急电源分配方案的优化模型；最后运用整数规划和动L _态规划的方法解决了该优化问题。本文将移动应急电源优化配置问题分成3个步骤：1)以城市中的区域为单位，研究移动应急电 源应该为哪类负荷供电，保证该

7、区域损失最低；2)在固定的预算下按什么比例将城市全部移动应急 电源分配到各区域，保证整个城市损失最低；3)城市购置多少发电车，既可保证大面积停电中损失 较小，又不会造成资源的闲置和浪费。1移动应急电源分配模型1.1衡量停电损失指标的建立以往衡量停电损失时，只考虑负荷的容量，并 未考虑负荷的重要程度。事实上，负荷的重要性也 是衡量停电损失的一个重要指标。分别用权仁、卩表示失去该负荷对生命安全的影响程度和对经济 性的影响程度，彳a 勺重要程度分别取123,4,5其中的一个，如失去医院 的负荷对生命安全影响较大，其a直可以取5,失去化工厂负荷的经济损失较高，卩值可以取5。另外用'权重Y表示该

8、负荷的特殊性f可以弥补a 环能完全反映负荷重要程度的缺陷。设负荷的功率是 P，则失去某负荷造成的损失 可以用负荷重要性权重 (a卩、Y以及负荷容量 P 来衡量。即Li = K aP + BP + Yi(1)其中：a、B、y为第i个负荷的生命安全、 经济性、 特殊性权重取值；Pi为第i个负荷的容量；Li为第 i个负荷停电所造成的损失。由于生命安全损失的© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt第32卷增刊2

9、电网技术87严重性，故在生命安全权重前乘以系数K（K羽）。1.2移动应急电源在区域中分配问题本节讨论将一定数量的移动应急电源分配到特定的区域后，为哪些种类的负荷供电可以将损失降到最小。对于某大型城市特定的区域F，则目标函数及约束条件为max 2Li Xi1=1Nfmax 2(K a P + 6R+ 年R)Xii=1Nfs.t.2xi WXfi =1R WRmaxNf其中：Xi是决策变量，定义Xi=l（为第2个负荷供电）， （xi=0不为第2个负荷供电）；Nf为区域F内重要负 荷的数量；XF为区域F所分配的应急发电车的数量； Pi为移动应急电源为第i个负荷提供的功率；Pmax 为移动应急电源的最

10、大功率。1.3 移动应急电源在城市中分配问题本节讨论将一定数量的移动应急电源如何分 配给各区域，保证整个城市的损失最小。目标函数 及约束条件为nmax "Lf（xf）（6）F = 1Ns.t. ”Xf WXTotalF=1其中：N为该城市共有N个区域；Xwal为该城市移 动应急电源的总数。该问题适合用动态规划求解，首先城市停电损 失的下降与移动应急电源数量的关系并不是线性 的，不同区域的移动应急电源分配问题可以很容易 的转化为分阶段问题 ，这与1.2节的使用整数规 划方法完全不同。2算例分析2.1负荷的分类设某大型城市分为 A、B、C 3个区域，市电力 公司是3个区电力公司的上级单位

11、。该城市的一类 负荷及各负荷的权重见表1。由于本文考虑移动应急电源的分配问题，故该表未包括钢铁、冶金及高 层建筑中的电梯等带有自备电源的一类负荷。另 外，在本算例中，式（1）中的k取3，式（5）中的Pmax 取2MW。A、B、C区域的重要负荷的容量分别见 表2、表3、表4。表1各类负荷的3种指标取值负荷性质aBy负荷性质aBy国际性宾馆1 3 1大型医院521自来水公司3 3 3商业中心121科研单位113政府机关114 1制药企业15T军事部门1七铁路（地铁）系统2 2 2民航2 2 1 通信1 4T表2区域A重要负荷的负荷容量负荷编号负荷属性负荷容量/MW核心负荷/MW1医院6.531 1

12、.312商业中心7.391.483政府办公5.391.084大型宾馆8.401.685民航3.530.716商业5.901.187钢铁、化工6.001.208大型宾馆4.560.919军事5.041.0110通信3.360.6711科研6.001.2012政府办公7.601.5213铁路（地铁）系统3.80 0.7614医院3.940.7915政府办公3.370.6716制药企业7.531.5117大型宾馆3.740.7518自来水公司7.871.5719通信5.831.1720商业8.301.6621科研3.660.7322医院3.270.6523商业5.091.0224商业中心5.271.

13、05表3区域B重要负荷的负荷容量负荷编号负荷属性负荷容量/MW核心负荷/MW1医院8.941.792商业8.611.723政府办公7.681.544大型宾馆7.701.545铁路（地铁）系统8.74 1.756商业9.791.967制药企业6.411.288大型宾馆8.721.749商业7.491.5010通信5.141.0311科研7.631.5312政府办公5.511.1013铁路（地铁）系统9.57 1.9114医院6.411.2815政府办公3.640.7316钢铁化工7.721.5417大型宾馆6.601.3218自来水公司4.550.9119通信8.081.6220商业3.480.

14、70表4区域C重要负荷的负荷容量负荷编号负荷属性负荷容量/MW核心负荷/MW1铁路民航5.211.042商业5.321.063铁路(地铁)系统5.071.014大型宾馆7.991.605商业中心6.691.346通信8.291.667科研3.900.788政府办公7.121.429民航5.061.0110医院5.501.1011政府办公3.210.6412制药企业6.091.2213大型宾馆5.051.0114钢铁化工7.361.4715通信7.371.4716商业5.111.0217科研4.390.8818医院4.890.9819商业8.321.6620钢铁化工5.641.132.2区域内移

15、动应急电源分配的优化求解图1中的S表示移动应急电源，箭头及A区域 的阴影表示对 A区域内的移动应急电源进行分配。S表5各区域停电损失下降量与发电车数量的变化关系预算应急发电车的数量各区域停电损失随发电车数量的变化关系区域ALa区域BLb区域CLc0 0001 20.89328.59617.6652 39.77349.1235.25999 424.37460.75381.02100 424.37460.75381.022.3城市内移动应急电源分配问题城市内移动应急电流分配见图3。S表示该城市电网的全体移动应急电源，被分配到A、B、C 3个区域，以保证城市的损失最小。该问题依托于表 5,并根据式(

16、6)(7)对该动态规划问题进行求解。图4表示在满足3个区域所有的核心负荷时， 移动应急电源的分配方案。比如当有 50个移动应 急电源时，为达到目标最优，应该为区域 B分配 18个移动应急电源，区域A和区域C各分配16个 移动应急电源，当共有64个移动应急电源时，可以满足所有的核心负荷。© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt第32卷增刊2电网技术#© 1 94-201 I China Acad

17、emic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt第32卷增刊2电网技术89为保证区域内的损失最小，应首先为区域内的 核心负荷供电，然后再逐步恢复一类负荷中的非核 心负荷供电。根据目标函数，按照式(4)(5)对A区域进行供电恢复，区域A停电造成损失的下降值 与数量的关系见图2。从图2可见。该曲线逐渐变 平缓。同样，可得到 B、C区域停电造成损失的下 降值随应急发电车数量的变化，计算结果见表5。值降下失损电停图2区域A的停电损失下降值与移动应急电源数量的关系区域B区域C

18、区域A图3城市内移动应急电源的分配问题应急发电车的数量量数的域区各给配分图4 3个区域核心负荷供电的应急发电车分配方案 在满足3个区域的所有重要负荷时，应急发电 车的分配方案见图 5。可以看到，若要为 3个区域 的所有重要负荷供电，需要259个移动应急电源。根据实际情况，在预算之内，选择满足一定供电可 靠性的方案，除了在本城市储备一定数量的移动应 急电源外，可以调用其他城市的移动应急电源，最 大限度的减小损失。各区域分配相应数量的移动应 急电源时各区域的停电损失下降值见图6。虽然区量数的域区各给配分图53个区域一类负荷供电的应急发电车分配方案图6各区域停电损失的下降曲线域A需要的移动应急电源最

19、多(无论是为核心负荷 供电还是为所有的重要负荷供电)，但区域B整体受 损程度最大。电源的需求量并不能完全反映该区域 的受损程度。另外区域 B的损失减小的最快，即移 动应急电源分配到区域 B后获得的效果更为明显。 该城市停电损失的下降量与发电车数量的关系见 图7,该图可以用来解决整个城市所需配置的移动 应急电源数量的问题。由于该曲线的斜率逐渐减 小，配置移动应急电源所取得的效果逐渐不明显， 该市电力公司可以根据该城市负荷损失所需要减 少的程度来确定配置的数量，如要求斜率在8.5以上，则根据曲线应该配置103个移动应急电源，当配置104个移动应急电源时斜率为8.499 8。从图8中可以得到，A区域

20、分配39个移动应急电源，B 区域分配37个移动应急电源，C区域分配27个移 动应急电源，每个移动应急电源的效果(即停电损失 的减少量)如图8所示。在解决2.2以及2.3两个问题时，可以将A、B、 C3个区域所有重要负荷放在一起进行整数规划的 求解，在给定应急发电车数量的情况下，得到一组 由决策变量组成的矢量Xi,X2,Xn，再对值为1的 决策变量按照区域的划分分别计数，同样可得到上 述结果。用两种方法分别对该问题进行求解，耗时值降下失损电停图8 103个移动应急电源的配置方案上相差不大，若维数过多则整数规划计算时间过 长，不利于大规模问题的求解8。本文未考虑发生突发事件后从停电到移动应急电源为

21、负荷恢复供 电所需要的时间。本文假设将发电车分别分配到各 区域，所需的调度时间较短。3结论本文讨论了在城市发生大面积停电时，为使总 的损失降到最低，移动应急电源的分配模型。本文 对负荷进行分区和分类，建立衡量停电后果的指 标，并以该指标为目标函数，进行整数规划及动态 规划的求解，并解决了文中所提出的问题。参考文献1 U S. Canada Power System Outage Task Force Final report on theAugust 14 ,2003 Blackout in the United States and Canada causesand recommendations, http： /.2 何大愚.一年后对美加“ 8.14”大停电事故的反思J.电网技术， 2004, 28(21): 1-5.3 李成榕，吕玉珍，崔翔，等.冰雪灾害条件下我国电网安全运行 面临的问题J.电网技术,2008, 32(4): 14-21.4 侯慧，尹项根，游大海，等.国外经验对中国电力系统应急减灾 机制的启示J.电力系统自动化,2008，32(12): 89-93 .5 刘思革，范明天，张祖平，等.城市电网应急能力评估技术指标 的研究J.电网技术，2007，31(22): 17-20.6 孙嘉平，张建峰，卢立军.提高北京电网