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

2025/12/7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■天津大学助理研究员/博士后，博士后导师：贾宏杰老师■南京理工大学博士，博士导师：谢云云老师■研究方向：电力系统韧性提升及灾后恢复◆以在◆以在IEEETransactionsonPowerSystems、Energy等发表SCI/EI论文10余篇；◆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司总部科技项目多项。极端自然灾害极端自然灾害随着全球气候变化，台风、洪涝、高温等极端灾害日益频发，配电系统安全可靠运行受到了严重威胁，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，带来巨大电网地震□出洪涝□出中SNOP冰灾高温◆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网几乎重建。天津大学5,25导0334pa-27.98京津河北F福0省级行政区用户平均停电时间及同比变化海南省24年平均停电时间较23年同比增加近280%天津大学2025年5月10,印巴冲突括首都新德里、金融中心孟买在内的23个邦出现长达6小时的电力中俄军对乌克兰电力系统发动多次导全避免故障发生。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，用离线训练历史数据训练实时灾情预报在线评估信息物理耦合系统海量新型源荷接入极端事件电磁脉冲网络攻击蓄意攻击Rto韧性性能灾前灾前预防设备加固资源预置主动重构灾前预防灾后灾后恢复灾后孤岛划分故障抢修源荷调控一二一二三四台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略多系统耦合的配电网协同恢复策略负荷侧资源响应的配电网恢复策略基于状态相似性的恢复策略求解方法1.1台风灾害下配网多时间尺度抢修优化策略天津大学TianjinUniversity考虑到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。同时考虑台风灾害持续影响导致后续故障发生，在长时间尺度进一步基于滚动优化框架动态更新抢修策略。移动电源和施工队调度配配网信息拓扑结构LL方灾损状态T滚动优化不确定集AT台风风速AT短时间尺度确定性出力调整长短时间尺度双层优化模型负荷需短时间尺度确定性出力调整长短时间尺度双层优化模型数据输入网运行状志网运行状志电网运行调度风电出力施工人员移动储能网架重构更新机组出力和储能SoC等配网状态馅息开始更新配网故和抢修资源信息查是否收敛是查否移复宽成抢修调度方案_结束故障节点交通节点移动储能接口移动储能故障节点交通节点移动储能接口移动储能线路故障移动储能接口发电机出力移动储能发电机出力移动储能800◎20000发电机出力发电机出力800-4004007长短时间尺度下的电源出力/负荷需求柱状图因后续故障导因后续故障导致的方案调整8T6施工队1施工队2T故障节点交通节点移动储能接口故障节点交通节点分布式电源移动储能●施工队起点—10600400200060008002011.2台风灾害下配网三阶段协同恢复策略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下的电网韧性水平。 移动电源----期望功率爬坡一实际功率爬坡LP,-tot1t2t3t₄Ttot₁t2t3t4T分布式电源出力风机出力值负荷恢复量高风速风机切机分布式电源出力调节负荷恢复量削减停电区域IG通电区域故障区域G通电区域故障区域停电区域算例分析远动开关常开←远动开关闭合黑启动DG风储系统●移动电源接口移动电源----远动开关打开----手动开关打开黑启动DG一远动开关闭合风储系统●移动电源接口场景#10中的灾中弹性运行策略远动开关闭合---远动开关打开通电区域停电区域下自风储系统多线路故障-手动开关打开●移动电源接口故障区域移动电源的风机切机黑启动DGII远动开关闭合--远动开关打开-手动开关打开●移动电源接口故障区域多移动电源下百风机切机黑启动DG施工人员场景#10中的灾后故障抢修60%40%20%0%80%1.3洪涝灾害下配电网故障抢修策略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、抢修施工队和移动排涝清淤排涝清淤冲洗烘干应急排涝车抢修施工队输电网城市城市地形积水变化城市地区洪涝积水水位决定设备是否故障，同时影响恢复过程及物资调度效率，因此构建基于元胞自动机的洪涝水位模型用于模拟洪涝灾害下城市区域的积水情况，考虑不同网格降水、汇流、径流等的影响。!城市地形层汇流层元胞间距流入量元胞空间无胞储水童→流出量排水量元胞洪劳受灾故□-线路开关分布式电源一O变电站节点0.8—N59v—S20.80.60.60.40.2★时步26524222(a)f=6鲁500G42853●K118DG3K44923(b)=9(b)=9(d)f=20□今变电站节点配电网恢复过程示意图录天津大学台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略2.1考虑配电网-通信网耦合的微网划分策略建立了通信网络的信息流模型，考虑通信数据、链路带宽和智能终端算力等因素，以保障孤岛微网内部的通信与控制需求，基于构网型电源保障微电网重要负荷供电，基于智能终端满足局域网通信需求，提出基于能量流-信息流耦合的微电网与通信局域网的耦合分区优化策略。通信侧应急资源调度通信网配电网宜主站通信子站节点变电站配电节点负何恢复通信线路—配电线路负何恢复信息流→能量流圆构网型电源耦合分区耦合分区耦合分区十耦合特性负荷恢复负荷恢复孕衡功功源输算力负载智能终端构网型电源智能终端构网型电源中恢复路径 算例分析…2.2考虑主配网协同的停电恢复策略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。1期丝非黑启动电源移动电源黑启动电源负荷故障施工队时步t+n时步t+n机组启动°°0000000000000004513200010002T3632.2考虑主配网协同的停电恢复策略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，保证分布式模型开始施工队修复故障,T松弛二进制决策变量，动态分区机组启动路径恢复负荷恢复通过ADMM解凸问题，固定耦合边界变量，分别求解恢复子问题分布式负荷分布式移动电源功率支撑否固定二进制决策变量，否三进制变量不变转化为凸二次规划问题三进制变量不变是算例分析时步123456789→F4-9→F5-6→F2-3→MEG1→G3→MEG2→G3→配网→→→MEG→主配网中施工队和移动电源调度时刻表动态分区出力m和需求柱状图m动态分区方案一台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略二多系统耦合的配电网协同恢复策略三负荷侧资源响应的配电网恢复策略四基于状态相似性的恢复策略求解方法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GGMaingndsupplyEnergizedzoneMicrogridzoneOutagezoneGDGDemandresponse-□-Openedswitch需求响应及轮流限电示意图IndustrialcustomersProcesslProcess2PowerLoad主从博弈双层优化框架3.1协同需求响应和轮流限电的供电恢复策略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，为需求响应和停电损失量化提供模型基础。ppi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TianjinUniversity算例分析1920212TO625wTKw(e)T=9(d)T=1119202122r!D-WFI232423wTF2ww232425I二WT#2WT#2II.45CLI20MG#1MG4223功率-产物示意图天津大学一台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略三负荷侧资源响应的配电网恢复策略四基于状态相似性的恢复策略求解方法◆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。minminminf=[-1-20000]xst.x=[1.52.50022]标准型minf=[-1-20000]x最优解x=[1.51.50021]一起作用约束一不起作用约束……初始约束起作用变量minf=[-1-20000]xs.t.x≥0复用相似性特征，方程化优化问题最优解x⁴=[1.51.50021]4.2基于状态相似性的恢复策略求解方法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，难以空间分布品监20:00②maxFTyyy≥0maxFy1按时步分解maxF√ynVn≥04.2基于状态相似性的恢复策略求解方法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maxEx+Fys.t.Ax≥bGx+Ky≥h时步1KN*M次潮流计算上层maxEx+0s.t.Ax≥b(h-Gx)*π≤θxe{10}抢修方案x()最优割下层拆分加速求解maxF"yx=x(s.t.Gx+Ky≥h:πx=x(y≥0x=[x/c,yic/,x“,s,zx,sJ.l(h-Gx)*π(#+)≤0y=[P,P算例分析考虑移动变压器、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