天津大學：2024臺風災害下的彈性配電網故障搶修決策方法研究報告

臺風災害下的彈性配電網故障搶修決策方法研究天津大學：吳昊湖北宜昌2024年5月11日研究背景背景背景臺風災害給我國電力系統安全穩(wěn)定運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)>全球氣候變暖導致極端災害日益頻發(fā)>我國東南沿海地區(qū)屬于臺風災害高發(fā)地區(qū)>臺風災害引發(fā)配電網大量線路故障>用戶供電長時間中斷造成巨大經濟損失1949-2019年西太平洋生成臺風數量和登陸我國臺風數量停電事故停電事故線路桿塔故障負荷供電長時間中斷臺風災害直接經濟損失統計圖研究背景背景臺風災害下彈性配電網故障搶修的支撐條件海上風電保持年均近60%的增長率>大規(guī)模海上風電在搶修過程中提供功率支撐海上風電接入2016-2021新增裝機容>數字技術與電網融合推動“數字新基建”>整合配網與設備數據，建設災后應急指揮系統研究背景背景針對臺風災害不同特點，分析當前研究存在的問題由于風電出力和風速正相關，臺風風速隨機波動會導致風機出力具有不確定性，造成電壓失臺風災害的影響周期長且路徑可預測，可以分為災前、災中和災后階段，但現有研究僅關注災后故障搶修，缺少多階段耦合。由于臺風災害覆蓋區(qū)域廣，會造成主配網均故障導致大規(guī)模停電事故，而現有研究主要假設主網正常工作，缺少主配網協同—考慮風電出力不確定性的故障搶修決策方法二考慮風機切機的配網故障搶修雙層優(yōu)化方法四考慮主配網協同的故障恢復調度策略優(yōu)化方法6x臺風風速隨機波動會導致風機出力不確定性，威脅配電網恢復安全甚至造成二次停電事故。構建max-min-max魯棒優(yōu)化模型，利用C&CG算法和強對偶理論進行求解，保證恢復方案的魯棒性。頻率越限電壓越限不確定性集合配電網信意矩形不確定性集電網結構分布式電源矩形不確定性集電網結構分布式電源災損信息不確定集合風機出力不確定集合風機出力負荷需求施工隊狀態(tài)位置信息修復時間數據輸入最差場景調度策略網架重構兩階段魯棒優(yōu)化模型搶修決策方案列和約束生成(C&CG)算法子問題子問題stn≤by調度時刻F30\D針對多種恢復資源的協調、施工隊和移動電源的建模、調度策略如何影響配網恢復等問題，提出不同類型恢復資源的協同優(yōu)化方法，構建施工隊和移動電源調度模型，并提出耦合約束構建調度策略和配網運行狀態(tài)的關系。多種恢復資源協同恢復多種恢復資源協同恢復>配網網架重構>風電等構建微網0100000110000010調度路徑調度邏輯調度路徑故障線路Z?y+Zu=sfj,,vi,Vj,Vt結果展示0負荷恢復量百分比負荷恢復量/MWh負荷恢復量百分比負荷恢復量/MWh能夠有效恢復停電負荷，增強電網彈性。魯棒優(yōu)化方法基于不確定性的最差—考慮風電出力不確定性的故障搶修決策方法四考慮主配網協同的故障恢復調度策略優(yōu)化方法當臺風惡劣極端風速超過風機安全風速后，風電機組為保證自身安全會收槳停機，為此提出考慮風機切機的配網恢復方法，并建立風機切機模型，并將其線性化為混合整數線性規(guī)劃的形式。高風速風機切機分布式電源出力調節(jié)負荷恢復量削減>二次停電故障修方配網運行狀李故障修方配網運行狀李施工隊和移動電源調度需要考慮移動時間和修復時間，無法同電網運行調度那樣快速響應。因此提出長短時間尺度的兩階段協同調度方法、長時間尺度下的調度優(yōu)化魯棒模型、短時間尺度下的調度優(yōu)化確定性模型。移動電源和施工隊調度小時級別電網運行調度分鐘級別移動電源和施工隊調度小時級別電網運行調度分鐘級別否是SoC等配網長時間尺度故障搶修魯棒優(yōu)化配網信息拓撲結構長時間尺度故障搶修魯棒優(yōu)化配網信息拓撲結構滾動優(yōu)化滾動優(yōu)化災損狀態(tài)不確定集災損狀態(tài)不確定集臺風風速負荷需求是是否否短時間尺度確定性出力調整搶修調度方案長短時間尺度雙層優(yōu)化模型搶修調度方案結果展示,分布式電源,分布式電源故障節(jié)點●移動儲能接口島施工隊交通節(jié)點移動儲能●施工隊起點移動儲能●施工隊起點ofwindpower.Energy,2022,244:123081.所提方法能夠通過調度移動電源等方法減輕風機切機導致的功率不平衡，減少負荷損失，增強電網彈性。兩階段魯棒優(yōu)化方法能夠保證電網恢復過程中的安全約束不越限，通過短時間尺度下調整電源出力，可以進一步減少魯方法A不考慮移動電源；方法B不考慮風機切機；方法C不考慮網架重構。ofwindpower.Energy,2022,244:123081.考慮風電出力不確定性的故障搶修決策方法考慮風電出力不確定性的故障搶修決策方法考慮風機切機的配網故障搶修雙層優(yōu)化方法考慮風機切機的配網故障搶修雙層優(yōu)化方法考慮災前災中與災后協同的故障搶修優(yōu)化方法考慮災前災中與災后協同的故障搶修優(yōu)化方法考慮主配網協同的故障恢復調度策略優(yōu)化方法考慮主配網協同的故障恢復調度策略優(yōu)化方法彈性水平3.1考慮災前災中災后的三階段協同方法彈性水平由于臺風災害的影響周期長且路徑可預測，提出災前災中災后三階段的協同調度優(yōu)化方法，考慮施工隊、移動電源、故障隔離和風機切機，用于增>災后：網架重構、微網劃分、移動電源再通電區(qū)域移動電源接口o手動開關打開3.2故障隔離及不同區(qū)域建模采用災前主動孤島用于預防，故障發(fā)生后操作遠動開關(災中、災后)采用災前主動孤島用于預防，故障發(fā)生后操作遠動開關(災中、災后)和手動開關(災后)隔離故障，并引入通電狀態(tài)、故障狀態(tài)、停電狀態(tài)三個變量用于表示電網不同區(qū)域。通電狀態(tài)隔離故障隔離故障3.3三階段隨機優(yōu)化模型針對多階段多重不確定性(風機風速、負荷需求、線路故障)以及大量概率場景帶來的計算負擔，選取條件風險價值(CVaR)作為目標函數，用于減少極端場景下的負荷損失風險，并應用PHA算法對多概率場景的隨機優(yōu)化三階段多重不確定性的場景樹條件風險價值(CVaR)3.3算例分析結果展示方法C:不考慮遠動開關隔離故障方法D:不考慮手動開關隔離故障移動電源利用率負荷生存率場景#10中的災后故障搶修負荷恢復率3.3算例分析CVaR-隨機方法通過引入CVaR作為目標函數風險，從而獲得較為魯棒的優(yōu)化結果并避免過度保守。以傳統不解耦求解方法(NDM)求解得到的值作為基準值，迭代更新懲罰因子的改進PHA方法在保模型優(yōu)化結果(10^4)所有場景負荷損失(10^4)CVaR-隨機優(yōu)化優(yōu)化結果(10^4)計算時間(min)誤差/T-PHA(小η)T-PHA(大η)/T-PHA(小η)T-PHA(大η)/T-PHA(小η)T-PHA(大η) 一目錄 一考慮風電出力不確定性的故障搶修決策方法考慮風電出力不確定性的故障搶修決策方法考慮風機切機的配網故障搶修雙層優(yōu)化方法考慮風機切機的配網故障搶修雙層優(yōu)化方法考慮災前災中與災后協同的故障搶修優(yōu)化方法考慮災前災中與災后協同的故障搶修優(yōu)化方法考慮主配網協同的故障恢復調度策略優(yōu)化方法考慮主配網協同的故障恢復調度策略優(yōu)化方法IⅡⅢIⅡⅢ主網絲提出耦合動態(tài)分區(qū)、機組啟動、路徑恢復和負荷恢復的四階段主配網協同恢復方法，隨故障搶修調整主網分區(qū)方案，利用移動電源/主12332000i000456000000000架架由于主配網之間信息交互有限且考慮數據隱私性，基于ADMM建立主配網協同恢復分布式模型，考慮到分區(qū)和調度變量，利用AOP方法線性化二進制主網分布式分布式配電網主動配電網配電網開始二進制變量不變否是是時步23456789→→→狀圖I