极端灾害下面向配电系统韧性提升的应急资源协同调度优化方法-天津大学 吴昊

天津大学吴昊天津大学天津大学◆获得2024年度国家资助博士后研究人员计划，天津市第一批博士后创新岗位资助项目；◆主持了国家重点研发计划子课题1项、南方电网企业联合基金课题1项；◆作为项目骨干参与集成基金项目、自然科学基金项目、南方电网重点科技项目和国家电网公天津大学天津大学重威胁，作为连接输电和负荷的中间环节，极易引发设备群发故障造成大规模停电事故，带来巨大台风洪涝台风洪涝冰灾极端自然灾害冰灾极端自然灾害高温地震高温天津大学天津大学◆2024年台风“摩羯”——海南电网台风摩羯造成海南电网35千伏及以上变电站停运79座，10千伏及以上线路836条，影响台区2.8万个，168.1万户停电，其中台风登陆地文昌市配(小时户(小时户》7sbouL7sbouL5050山东黑龙位吉林内象古广东山东黑龙位吉林内象古广东四问甲度陕西西藏宣宣平均停电时间一一网比变化率海南省24年平均停电时间较23年同比增加近280%天津大学天津大学冲突冲突脉冲2025年5月10,印巴冲突巴基斯坦对印度发起网络攻击，导致印度全国约70%的电网瘫痪，包括首都新德里、金融中心孟买在内的23个邦出现长达6小时的电力中断，直接影响8亿人口。2022年-至今，俄乌冲突俄军对乌克兰电力系统发动多次导弹和无人机袭击，发电损失约302015年，乌克兰网络攻击客网络入侵，7个110kV变电站和23个35kV的变电站发生故障1991年，海湾战争随着极端事件日益频发，可通过风险评估识别配电系统薄弱环节采主动防御措施，但仍无法完全避免故障发生。因此，当发生配电系统故障停电后，亟需制定配电系统灾后故障恢复策略，用时-时-空多维韧性评估指标训练评估评估.灵活性灾前预灾前预防灾后恢复灾后设备加固资源预置主动重构设备加固资源预置主动重构孤岛划分故障抢修源荷调控预报目录目录天津大学天津大学是否收敛是是否收敛是更新机组出更新机组出长时间尺度故障抢修鲁棒优化拓扑结构长时间尺度故障抢修鲁棒优化拓扑结构移动储能soC等配网网运行状去网运行状去滚动优化方方短时间尺度确定性出力调整长短时间尺度双层优化模型短时间尺度确定性出力调整长短时间尺度双层优化模型抢修调度方案_是抢修调度方案_数据输入算例分析故障节点移动储能接口故障节点移动储能接口移动储能施工队起点交通节点移动储能接口施工队移动储能施工队起点分布式电源施工队和移动储能滚动优化调度方案示意图kk移动储能发电机出力发电机出力负荷需求主网功率风机出力发电机出万移动储能发电机出力0300时步发电机出力08负荷需求风机出力移动储能发电机出力0虑台风高风速造成风机切机带来功率缺失，以及线路故障后开关隔离，用于全过程提升台风灾害一实际功率爬坡高风速风机切机分布式电源出力调节负荷恢复量削减分布式电源出力负荷恢复量风机出力值ww_台风灾中故障隔离(b).台风灾前预防措施_台风灾后负荷恢复 故障区域分布式电源●移动电源接口0一○手动开关打开 IO453F3oS7莫运动开关常开十选动开关珊合蓝解启动DG3面风储系统移动电源接口灾前预防调度策略66h页h黑启动DG黑启动DG十远动开关团合风储系统移动电源接口+远动开关闭合--一远动开关打开通电区·手动开关打开移动电源接口故障区域移动电源自风机切机蓝黑启动DG天津大学天津大学通电区域故障区域←远动开关闭合--远动开关打开·手动开关打开移动电源接口操作人员施工人员通电区域故障区域←远动开关闭合--远动开关打开·手动开关打开移动电源接口操作人员施工人员场景#10中的灾后故障抢修方法A:不考虑移动电源；方法B:不考虑风电切机；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天津大学天津大学一种针对洪涝灾害下的城市配电网故障抢修策略优化方法，考虑应急排涝车、抢修施工队和移动冲洗烘干应急排涝车Δ天津大学天津大学城市地形城市地形积水变化元胞元胞出流天津大学天津大学算例分析I22OO00是测试系统拓扑图是KsKsOO”2口节点积水深度图目录天津大学目录通信侧通信侧配电侧通信网然线路故障通信网然线路故障●通信子站节点配电节点通信线路曲智能终端负荷恢复薯配电网配电网然配电信息物理系统耦合分区模型构网型电源配电信息物理系统耦合分区模型智能终端构网型电源恢复路径耦合分区智能终端构网型电源恢复路径耦合分区天津大学天津大学算例分析o0目2车共70动鸿车总配电网-通信网耦合分区动态变化图耦合分区信息量平衡图天津大学天津大学由于极端事件覆盖范围广导致主配网均故障停电，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/主动配电网启动非黑机组，减少系统停电损失。主网配网000000000000003200010002233天津大学天津大学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方法线性化二进制变量，求解非凸问题，保证分布式模型松弛二进制决策变量，多次迭代得到收敛解固定耦合边界变量，分别求解恢复子问题固定二进制决策变量，转化为凸二次规划问题否固定二进制决策变量，转化为凸二次规划问题否主动配电网配电网是信息流信息流←—功率流移动路径天津大学天津大学算例分析时步123456789主网→一一→→→→→→一→→动态分区出力和需求柱状图动态分区出力和需求柱状图动态分区方案天津大学天津大学天津大学缓解极端场景下系统供需失衡，当功率缺口超出需求响应调整能力后，进一步集成轮流限电措施⑥Upperlevelobjective:MinimizeloadIncentivePowerDisp将用户侧划分为工业、商业、民用负荷三种类型，构建高耗能工业负荷不同工序耦合的能量流-物质流模型，商业负荷可削减、可转移负荷模型，和居民负荷停电时长-成本函数pPs工业用户连续离散负荷的能量流-物质流模型工业用户连续负荷冷启动模型天津大学天津大学TO二T8910.1112131415161718ww①E4-021目录天津大学目录状态相似性定义：对于不同约束条件和目标函数参数的优化问题，其最优解具有一致的状态相似性特征的现象。目的：识别并复用相似场景的最优解特征，优化求解问题→方程组求解问题。sI.复用相似性特征，方程化优化问题天津大学天津大学随着配电系统规模扩大、恢复资源类型和数量增长，同时配电系统灾后恢复过程进行时步离散化处理，构建为一个大型的混合整数线性规划问题，NP-hard现象导致恢复策略求解缓慢，难以满足灾后恢复时效性。计算负担增加y按时步分解.配电系统规模大+恢复时间跨度长海量多类型应急资源恢复过程时步离散化提出了双层抢修策略优化模型，通过Benders分解方法求解。上层资源调度模型以抢修时间最快为目标，求解最优的抢修调度方案；下层配电网运行模型以最大化抢修过程中加权负荷恢复量为目标，求解最优的配电网运行方案。抢修方案(v)最优割抢修方案x目标函数：抢修时间最快约束条件：抢修资源的调度约束，恢复路径约束优化变量：资源调度状态变量，路径恢复状态变量目标函数：负荷恢复量最多约束条件：功率平衡、电压平衡、设备出力约束优化变量：设备出力变量天津大学天津大学考虑移动变压器、移动电源车、抢修施工队等应急资源调度，协调网架重构、孤岛划分加快系统故障后恢复。整个恢复过程分为20个时步，每个时步30分钟。123456789