天津大学：2024台风灾害下的弹性配电网故障抢修决策方法研究报告

台风灾害下的弹性配电网故障抢修决策方法研究天津大学：吴昊湖北宜昌2024年5月11日研究背景背景背景台风灾害给我国电力系统安全稳定运行带来了巨大的挑战>全球气候变暖导致极端灾害日益频发>我国东南沿海地区属于台风灾害高发地区>台风灾害引发配电网大量线路故障>用户供电长时间中断造成巨大经济损失1949-2019年西太平洋生成台风数量和登陆我国台风数量停电事故停电事故线路杆塔故障负荷供电长时间中断台风灾害直接经济损失统计图研究背景背景台风灾害下弹性配电网故障抢修的支撑条件海上风电保持年均近60%的增长率>大规模海上风电在抢修过程中提供功率支撑海上风电接入2016-2021新增装机容>数字技术与电网融合推动“数字新基建”>整合配网与设备数据，建设灾后应急指挥系统研究背景背景针对台风灾害不同特点，分析当前研究存在的问题由于风电出力和风速正相关，台风风速随机波动会导致风机出力具有不确定性，造成电压失台风灾害的影响周期长且路径可预测，可以分为灾前、灾中和灾后阶段，但现有研究仅关注灾后故障抢修，缺少多阶段耦合。由于台风灾害覆盖区域广，会造成主配网均故障导致大规模停电事故，而现有研究主要假设主网正常工作，缺少主配网协同—考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法二考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法四考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法6x台风风速随机波动会导致风机出力不确定性，威胁配电网恢复安全甚至造成二次停电事故。构建max-min-max鲁棒优化模型，利用C&CG算法和强对偶理论进行求解，保证恢复方案的鲁棒性。频率越限电压越限不确定性集合配电网信意矩形不确定性集电网结构分布式电源矩形不确定性集电网结构分布式电源灾损信息不确定集合风机出力不确定集合风机出力负荷需求施工队状态位置信息修复时间数据输入最差场景调度策略网架重构两阶段鲁棒优化模型抢修决策方案列和约束生成(C&CG)算法子问题子问题stn≤by调度时刻F30\D针对多种恢复资源的协调、施工队和移动电源的建模、调度策略如何影响配网恢复等问题，提出不同类型恢复资源的协同优化方法，构建施工队和移动电源调度模型，并提出耦合约束构建调度策略和配网运行状态的关系。多种恢复资源协同恢复多种恢复资源协同恢复>配网网架重构>风电等构建微网0100000110000010调度路径调度逻辑调度路径故障线路Z₁y+Zu=sfj,,vi,Vj,Vt结果展示0负荷恢复量百分比负荷恢复量/MWh负荷恢复量百分比负荷恢复量/MWh能够有效恢复停电负荷，增强电网弹性。鲁棒优化方法基于不确定性的最差—考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法四考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法当台风恶劣极端风速超过风机安全风速后，风电机组为保证自身安全会收桨停机，为此提出考虑风机切机的配网恢复方法，并建立风机切机模型，并将其线性化为混合整数线性规划的形式。高风速风机切机分布式电源出力调节负荷恢复量削减>二次停电故障修方配网运行状李故障修方配网运行状李施工队和移动电源调度需要考虑移动时间和修复时间，无法同电网运行调度那样快速响应。因此提出长短时间尺度的两阶段协同调度方法、长时间尺度下的调度优化鲁棒模型、短时间尺度下的调度优化确定性模型。移动电源和施工队调度小时级别电网运行调度分钟级别移动电源和施工队调度小时级别电网运行调度分钟级别否是SoC等配网长时间尺度故障抢修鲁棒优化配网信息拓扑结构长时间尺度故障抢修鲁棒优化配网信息拓扑结构滚动优化滚动优化灾损状态不确定集灾损状态不确定集台风风速负荷需求是是否否短时间尺度确定性出力调整抢修调度方案长短时间尺度双层优化模型抢修调度方案结果展示,分布式电源,分布式电源故障节点●移动储能接口岛施工队交通节点移动储能●施工队起点移动储能●施工队起点ofwindpower.Energy,2022,244:123081.所提方法能够通过调度移动电源等方法减轻风机切机导致的功率不平衡，减少负荷损失，增强电网弹性。两阶段鲁棒优化方法能够保证电网恢复过程中的安全约束不越限，通过短时间尺度下调整电源出力，可以进一步减少鲁方法A不考虑移动电源；方法B不考虑风机切机；方法C不考虑网架重构。ofwindpower.Energy,2022,244:123081.考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法弹性水平3.1考虑灾前灾中灾后的三阶段协同方法弹性水平由于台风灾害的影响周期长且路径可预测，提出灾前灾中灾后三阶段的协同调度优化方法，考虑施工队、移动电源、故障隔离和风机切机，用于增>灾后：网架重构、微网划分、移动电源再通电区域移动电源接口o手动开关打开3.2故障隔离及不同区域建模采用灾前主动孤岛用于预防，故障发生后操作远动开关(灾中、灾后)采用灾前主动孤岛用于预防，故障发生后操作远动开关(灾中、灾后)和手动开关(灾后)隔离故障，并引入通电状态、故障状态、停电状态三个变量用于表示电网不同区域。通电状态隔离故障隔离故障3.3三阶段随机优化模型针对多阶段多重不确定性(风机风速、负荷需求、线路故障)以及大量概率场景带来的计算负担，选取条件风险价值(CVaR)作为目标函数，用于减少极端场景下的负荷损失风险，并应用PHA算法对多概率场景的随机优化三阶段多重不确定性的场景树条件风险价值(CVaR)3.3算例分析结果展示方法C:不考虑远动开关隔离故障方法D:不考虑手动开关隔离故障移动电源利用率负荷生存率场景#10中的灾后故障抢修负荷恢复率3.3算例分析CVaR-随机方法通过引入CVaR作为目标函数风险，从而获得较为鲁棒的优化结果并避免过度保守。以传统不解耦求解方法(NDM)求解得到的值作为基准值，迭代更新惩罚因子的改进PHA方法在保模型优化结果(10^4)所有场景负荷损失(10^4)CVaR-随机优化优化结果(10^4)计算时间(min)误差/T-PHA(小η)T-PHA(大η)/T-PHA(小η)T-PHA(大η)/T-PHA(小η)T-PHA(大η) 一目录 一考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法IⅡⅢIⅡⅢ主网丝提出耦合动态分区、机组启动、路径恢复和负荷恢复的四阶段主配网协同恢复方法，随故障抢修调整主网分区方案，利用移动电源/主12332000i000456000000000架架由于主配网之间信息交互有限且考虑数据隐私性，基于ADMM建立主配网协同恢复分布式模型，考虑到分区和调度变量，利用AOP方法线性化二进制主网分布式分布式配电网主动配电网配电网开始二进制变量不变否是是时步23456789→→→状图I