超大型城市复杂配电网高效重构智愈控制方法-四川大学

超大型城市复杂配电网高效重构智愈控制方法高红均副教授/博士生导师四川大学电气工程学院四川大摹四川大摹■■高红均高红均四川大学电气工程学院副教授/博士生导师政治面貌：政治面貌：共产党员四川省杰出青年科学基金(杰出青年科技人才)2024年度爱思唯尔中国高被引学者连续入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单四川大學四川大學特大型城市负荷高速增长与“双高”的接入，导致城市配电网网市配电网具有8000多条10kV馈线，以及数以万计的联络开关与分段开关，由于城市配电网本身具备多个电压等级，且大量开关的投入导致配电网存在广泛的弱耦合关系，从而使得特大型城市配电网网架结构非常复杂，难以6●提高城市配电网可靠性最城市复杂配电网变压器2城市复杂配电网变压器2口联络开关示意图网络重构(开关重构);变压变压器8变压器3变压器4起，开关数量大，重构运变变压器7问题，很难满足实际调控的秒级决策时间要求；变压器5注：仅为示意图，未标注分段开关明高效的调控应用需求注：仅为示意图，未标注分段开关四川大學四川大學组间协同→组间协同→组简协同组间协同调控效率。组间协同组间协同组间协同组间协同组间协同荷恢复、迎峰度夏/度①馈线聚类分组②组内自治优化③组间协同互济●达①馈线聚类分组②组内自治优化③组间协同互济口联络开关转供能力不一高峰少停电”目标。口联络开关转供能力不一四川大学四川大学!通过调节馈线联络开关、变压器联络开关、变电站联络开关与分段开关的开关状态组合，可以分别实现同一变压器供电、不同变压器供电和不同变电站供电的两条馈线之间的净负荷转移，即“馈线-变压器-变电站”三个层级的潮流转移。变压器潮流转移变压器潮流转移2witchoff(hdliowpare)Switchon(solidsquare√配电网自然分层特性：馈线层、变压器层、变电站层建立分层自治、逐级递进(变压器内馈线间-站内馈线间-站间)的多层级平衡机制。变压器级平衡运行馈线级平衡运行Substation1变电站级平衡运行配电网重构级别包括三类：馈线级、变压器级、变电站级,不同级别的联络开关(潮流转移)参与类别不同。馈线级!i、变压器级、变电站级重构的潮流分布调节范围逐渐扩大现了由局部自治到大范围协调的多层级平衡运行。四川大學分组协同高效重构理论一开四川大學开关贡献度量化方法开关贡献度量化方法口针对样本m,供电提升以及光伏消纳能力的指标量化：口开关j的24小时供电能力以及光伏消纳能力量化：口在M个样本下开关j的两类指标量化值：口对于处在两变电站之间的联络开关，取平均值：开关数量削减规则开关数量削减规则口考虑到分段开关与联络开关有着本质的区别，所以在评估和削减时要对这两类开关分开进行：分段开关普遍贡献度较低重构操作离不开联络开关，普遍贡献度较高口对开关的贡献度量化值进行排序，分界为50%:如果开关的贡献度量化值排名高于50%,则认定为重要开关如果开关的贡献度量化值排名低于50%,则认定为非重要开关口在重构决策模型中，忽略非重要开关：非重要的分段开关恒定闭合，非重要的联络开关恒定将重要开关的动作组合作为模型的决策对象分组协同高效重构理论联络开关负荷恢复能力计算电源节点v₁—联络开关d对应的独立负荷块(负荷恢复能力)II-.nd=L-*-z⁻*n(z⁻¹*UI-2U…Uz-d-2*Uz-d+12*U…UZ假定有c个电源节点s₁,…Sc,对于第d条联络开关kl(lk),其综合负荷恢复能力为：侧d侧d联络开关可替代关系分析1分析联络开关d(kL)两侧的负荷链路径可替代关系联络开关d可被其余联络开关完全替代的充分必要条件：两侧负荷链路均被完全包含联络开关d综合重要度IMP⁴=σ·LR⁴,σ=0/1联络开关完全替代联络开关d不可被其余联络开关完全替代LR联络开关d综合负荷恢复能力IMPd=0冗余开关，可被完全替代非关键联络开关，不可被完全替代IMP⁴≠0不可被完全替代分组协同高效重构理论一馈线聚类分组四川大學●考虑联络开关重要度的馈线分组方法第一阶段后，进一步针对馈线条数≥4的馈线组展开二次分组：K-means等距离驱动聚类方法基于开关重要度的馈线启发式聚类分组馈线聚类对于负荷恢复重要度较高的联络开关应当被优先保留(即作为连接组内馈线的边),而低重要度开关应当被优先删去(即作为组间联络边)两阶段馈线分组方法流程(无需多轮迭代)阶段2:馈线启发式聚类分组方法s1.构建阶段1所得的馈线组为广义图模型G(V,E,W),V为馈线集合，E为联络开关集合，W为联络开关重要度。设置初始聚类c=0;复杂配电网s2.将组内联络开关e按照重要度从高到底排序，形成复杂配电网初步馈线组集合(存在较多回数≥4的馈线组)初步馈线组集合(存在较多回数≥4的馈线组)包含v₂的聚类C₂和包含v,的聚类C:s3.b.若(v,v;)在同一个聚类中，则跳过当前联络,判定下一条，即：最终馈线组集合(仅有极少回数≥4的馈线组)最终馈线组集合(仅有极少回数≥4的馈线组)(2)若(vv)中的一条馈线属于某个聚类而另一条馈线不属于任何聚类，如C₁≠0.Cj≠◎,且馈线组c:内少于4条馈线，则将馈线v,加入C₁;,且合并后的组内馈线数仍旧少于4,则合并c₁与C₁为一个馈线组s4.将剩余零散馈线划入就近的馈线组中，并输出各馈线组的最终结果四川大学四川大学4278个(占比72%),二类联络(非关键联络)917个(占比15%),三类联络(冗余联络)776个(占比13%)。■三类联络(冗余联络)分布情况：主要分布在越秀159个(占比全局20%)、白云125个(占比全局16%)、天河97个(占比全局13%)。■二类联络(非关键联络)分布情况：主要分布在白云191个(占比全局21%)、越秀136个(占比全局15%)、各区局联络分布占比情况各区局联络分布占比情况越秀荔湾海珠天河黄埔白云番禺番禺91个(占比全局10%)。魏秀局白云局天河局黄埔局海珠局荔海局花都局番禺局从化局增城局南沙揭■各区局联络关系优化前后情况对比：经第一轮优化后，城区局提升幅度较大，如荔湾局满足要求占比由43%提升到67%;郊区局由于冗余联络较少，提升幅度较小，如从化、南沙、番禺、增城提升幅度均低于10%;经第二轮优化后，全局提升效果均较为明显，优化后满足要求占比超过90%的区局有6个，其中荔湾、天河、黄埔、增城满足要求占比超过95%。从化番禹增城花都南沙从化番禹增城花都■优化前■第一轮■第二轮传统集中式优化职责职责●调度方案自趋优进化学习●不平衡工况下的全局协调K边缘侧边缘侧职责职责(边)●变电站内部资源自治响应(边)●参与其它边缘侧互济平衡))末端用户端职责职责四川大學四川大學变压器转移馈线转移负荷预测数据1)重构级别2)开关变量决策结果通信链路2)开关变量决策结果边缘节点1边缘节点3边缘节点3Substarion2集中-分布式联合控制计算体系口边缘节点：分布式分段多级重构√边缘节点通过主干通信网络将净负荷预测数据上传至云端数据中心，协同机制云端完成重构级别识别，将多级重构级别需求转化为集中控制命令；√分段馈线级重构、变压器级重构由对应站点边缘计算控制平台执行，开关动作方案转化为控制命令对开关进行远程控制。,级别识别需同时计及系统内各层级净负荷优化需求基于云边协同的多级重构，其集中-分布式联合控四川大学四川大学两阶段优化运行策略通过第一阶段分段多级重构和第二阶段CL两阶段优化运行策略通过第一阶段分段多级重构和第二阶段CL协调优化能够显著减小弃光、失负荷水平。求解时间全局动态重构全局动态重构集中式分段多级重构场景2失负荫(无CL)时段/hC时间/s开关成本/$成本/$弃光成本/S4678四川大学四川大学基基于MADRL与云边协同的配电网重构框架多个子配电网相互影响DG和负荷动态变化没有精确的物理模型变电站1经验池回放采样变电站1经验池回放采样小批量数据策略梯度深度强化学习?神经网络更新变电站2局部观测变电站2四川大摹四川大摹四川大學四川大學口电力可靠供应关乎民生，全国故障停电导致年均千亿级经济损失，直接威胁城市发展生命线安全。自动快速恢复供电的能力。全国供电可靠性与平均停电时间(2016-2024年)快速隔离放障区域恢复非故筛区域供电数据源自：2025年3月国家能源局、中国电力企业联合会联合发布的《2024年全国电力可靠性年度报告》。近70%用户停电由配电网故障引发，提升城市复杂配电网自愈能力任务紧迫，形势严峻!四川大學四川大學口随着“双碳”目标的推进，光伏等分布式资源在配电网中的渗透率日益提升，不仅加大了配电网正常运行的复杂程度，更增加了故障恢复的难度。多资源接入背景下配电网故障恢复存在问题描述：2024年全国电力装机构成情况护可能在潮流双向流动下误动或拒2024年全国电力装机构成情况范围的确定和重新并网的控制策略源的启动协调控制过程复杂。2017-2024中国新能源发电累计装机/亿千瓦2017-2024中国新能源发电累计装机/亿千瓦故障时空扩散特性多资源协同重构的故障智愈模式传统配电系统联络开关网络重构新型配电系统图深度强化学习智能体经验池OpenDSS掩盖机制实时计算平台环境运行状态动作概率分布开关控制动作动作奖励拓扑结构是故障恢复中的重要决策依据，SAC算法的神经网络对空间维度的特征提取和拟合能力有限，无法充分发挥智能体潜在的决策能力。建起电网拓扑结构与供电恢复进行耦合的桥梁，以更好的发挥SAC算法的决策性能。将记忆将记忆(s,a,T,5)存储至经输池NNeposodN?模型训练组成完整的故障恢复回合，每个时段的故障恢复回合动态支撑日时间尺度下的供电恢复。故障恢复足系统正常运行约束的条件下，以重新建立失电负荷与主网电源或DG的连接关系，最大限度地恢复失电负荷的供电。参数更新√将每轮恢复回合所蕴含的信息存储至经验池，池中的信息作为数据基础，供智能体中的各神经网络进行参数更新。开始开始出现单重短路故障断开故障所在线路，隔离故障计算环境运行状态s,采取无效动作掩盖机制，智能体执行开关倒闸操作a;环境运行状态转移S+1a,是否满足保留一定裕度的故障恢复结束条件?结束为解决孤岛与重构供电路径协调难的问题，基于优先保障关键负荷供电、接受非关键负荷纳入后续重构的原则，对死岛进行分类并提出考虑孤岛收缩/扩增的死岛辨识与处理方法；并构造考虑电压/功率状态的综合评估函数来解决混合型死岛的孤岛选择问题；|设计基于规则化动作裁剪的竞争双深度Q网络算法(RBAP-D3QN)进行局部重构，提升孤岛划分后的重构策略适应性。孤岛收缩/扩增的死岛处理方法I型死岛：孤岛扩增，搜索可用跟网DG孤岛收缩/扩增的死岛处理方法I型死岛：孤岛扩增，搜索可用跟网DG并网为孤岛提供更多功率支撑，将死岛纳入。Ⅱ型死岛：孤岛收缩，将死岛转供路径上的非关键负荷排除出孤岛，释放转供路径。混合型死岛：Ⅱ-Ⅱ型：通过评估函数G(孤岛收缩前后状态变化量)选择收缩孤岛：死岛辨识分类原则主网孤岛主转供路径上存在孤岛内关键负荷转供路径上不存在孤岛内关键负荷主网四川大学四川大学分别从分别从不同恢复方案、不同类型算法、不同且RBAP-D3QN与常规DRL算