2024-06-10-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_28页_7mb

台风灾害下的弹性配电网故障抢修决策方法研究

核心内容

本研究聚焦于台风灾害对我国东南沿海地区配电网的影响，探讨了在台风灾害下如何提升配电网的弹性，优化故障抢修决策方法。通过引入可再生能源、数字技术、多阶段协同策略和主配网协同恢复机制，提出了一系列针对台风灾害的弹性配电网恢复方法，以提高电网在灾害后的恢复能力和稳定性。

主要观点

1. 台风灾害的挑战

   • 台风灾害频发，尤其在东南沿海地区，对电力系统安全稳定运行构成重大威胁。
   • 风暴导致配电网大量线路故障，造成用户供电中断，带来巨大经济损失。
   • 风电出力与风速正相关，台风风速的不确定性可能引发电压失稳和二次停电事故。

2. 支撑条件

   • 可再生能源开发：海上风电发展迅速，位于负荷中心，可在抢修过程中提供功率支撑。
   • 数字技术融合：配电网数字化提升信息采集与处理能力，支持灾后应急指挥系统建设，实现全局信息共享与平台支撑。

3. 研究问题

   • 当前研究多关注灾后恢复，缺乏多阶段协同优化机制。
   • 主配网协同恢复的研究不足，导致恢复策略过于理想化。
   • 风机切机问题未被充分考虑，影响系统恢复效果。

关键信息

1.1 考虑风电出力不确定性的鲁棒优化模型

• 构建max-min-max鲁棒优化模型，以应对风电出力的不确定性。
• 使用C&CG算法和强对偶理论求解模型，确保恢复方案的鲁棒性。
• 模型考虑了负荷和电源的不确定性范围，确保恢复过程中的安全约束不越限。

1.2 多类型恢复资源的协同优化模型

• 提出施工队和移动电源调度模型，实现资源的协同优化。
• 引入故障隔离、网架重构、微网划分等策略，提升恢复效率。
• 考虑风机切机模型，将其线性化为混合整数线性规划形式，便于求解。

1.3 长短时间尺度协同优化模型

• 针对移动电源和施工队调度需考虑修复和移动时间，提出两阶段协同调度方法。
• 长时间尺度下采用鲁棒优化模型，确保系统安全；短时间尺度下采用确定性模型，提升恢复效率。
• 使用**渐进式套期保值算法（PHA）**对多场景进行优化，降低计算复杂度。

3.1 三阶段协同方法

• 将台风灾害恢复过程划分为灾前、灾中、灾后三个阶段，分别制定不同策略。
• 灾前：采用主动孤岛和移动电源布置，减少灾后恢复难度。
• 灾中：通过远动开关隔离故障，调整风机出力，维持系统稳定。
• 灾后：进行网架重构、微网划分、移动电源再部署和施工队抢修。

3.2 三阶段随机优化模型

• 采用**条件风险价值（CVaR）**作为目标函数，减少极端场景下的负荷损失风险。
• 使用改进PHA算法，在保证解质量的同时提升求解效率。
• 对比不同模型（CVaR-随机、期望值随机、鲁棒优化）的优化结果，CVaR-随机优化在平均负荷损失、最大负荷损失和最小负荷损失方面表现更优。

4.1 主配网协同恢复调度模型

• 提出四阶段主配网协同恢复方法，包括动态分区、机组启动、路径恢复和负荷恢复。
• 利用移动电源和主动配电网启动非黑启动机组，减少系统停电损失。
• 随着故障抢修的推进，动态调整主网分区方案，提升恢复效率。

4.2 AOP-ADMM优化模型

• 为应对主配网间信息交互有限和数据隐私问题，提出基于ADMM的分布式协同恢复模型。
• 使用AOP方法线性化二进制变量，求解非凸问题，确保模型收敛性和解的最优性。

4.3 算例分析

• 方法对比：不同恢复策略（如不考虑移动电源、不考虑风机切机等）在负荷恢复率、停电损失等方面表现差异显著。
• 优化效果：CVaR-随机优化在负荷损失方面优于传统方法（如NDM），且改进PHA算法显著提升求解速度。
• 协同恢复效果：主配网协同恢复策略有效减少负荷停电损失，提升电网弹性。

研究成果

• 方法A（不考虑移动电源）：平均负荷损失为2.5431×10⁴，但恢复效果有限。
• 方法B（不考虑风机切机）：平均负荷损失为2.3951×10⁴，但未考虑风机切机带来的功率短缺问题。
• 方法C（不考虑远动开关隔离）：恢复效率较低，未有效隔离故障区域。
• 方法D（不考虑手动开关隔离）：同样存在故障隔离不足的问题。
• 所提方法：在不同场景下均表现出更优的恢复效果，负荷恢复率更高，停电损失更少。

参考文献

1. Hao Wu, et al. Robust coordination of repair and dispatch resources for post-disaster service restoration of the distribution system. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022, 136: 107611.
2. Hao Wu, et al. Resilient scheduling of MESs and RCs for distribution system restoration considering the forced cut-off of wind power. Energy, 2022, 244: 123081.
3. Hao Wu, et al. A three-stage resilient dispatch of mobile emergency generators in a distribution system against hurricanes. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2023, 148: 108844.
4. Hao Wu, et al. Distributed coordinated repair and restoration of transmission and distribution system with RCs and MEGs. IEEE Transactions on Power Systems, 2023.

总结

本研究系统分析了台风灾害对弹性配电网的影响，提出了一系列优化模型与协同策略，以提升配电网在台风灾害下的恢复能力。通过考虑风电出力不确定性、风机切机、灾前灾中灾后协同以及主配网协同恢复，研究构建了多层次、多时间尺度的恢复调度方法，有效减少了负荷损失，增强了电网的弹性和安全性。