CN112398122B - 一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法 - Google Patents

一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112398122B
CN112398122B CN202011204899.0A CN202011204899A CN112398122B CN 112398122 B CN112398122 B CN 112398122B CN 202011204899 A CN202011204899 A CN 202011204899A CN 112398122 B CN112398122 B CN 112398122B
Authority
CN
China
Prior art keywords
line
disaster
recovery
load
coupling system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011204899.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112398122A (zh
Inventor
陈颖
任正伟
黄少伟
沈沉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202011204899.0A priority Critical patent/CN112398122B/zh
Publication of CN112398122A publication Critical patent/CN112398122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112398122B publication Critical patent/CN112398122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0635—Risk analysis of enterprise or organisation activities
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
    • G06Q10/06393—Score-carding, benchmarking or key performance indicator [KPI] analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/067—Enterprise or organisation modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法，包括：基于源侧指标、网侧指标和荷侧指标，定义热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，进而确定热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型；定义优化目标模型的应急恢复约束条件；对优化目标模型进行求解，得出热电耦合系统灾后最优恢复策略，采用最优恢复策略对热电耦合系统进行灾后恢复。本发明实施例通过定义热电耦合系统灾后恢复能力的评价指标，并建立热电耦合系统灾害应急恢复的优化目标函数和对应的约束条件，求解得到热电耦合系统灾后最优恢复策略，实现了最大化系统恢复能力和系统性能恢复速率最快的策略方案。

Description

一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法
技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法。
背景技术
灾后阶段的恢复策略是指在自然灾害结束后，对系统中停电、停热区域进行恢复能量供应，以及通过派遣人力抢修资源对系统故障线路进行修复的过程，以恢复系统的正常运行。
目前，相关研究针对灾后恢复提出了很多策略，其中包括了建设应急救援体系、使用微电网等分布式发电机组、人力抢修、拓扑重构等，这些策略在传统的电网侧的系统性能恢复上都取得了显著的成效。然而，目前针对热电耦合系统的恢复策略研究相对较少。
相比能源形式单一的电力系统，热电耦合系统在能源互补替代、运行灵活性等方面上都存在优势；因此，在灾后的系统恢复策略上也比传统电力系统更加多样化。例如，负荷侧可通过以电制热的方式恢复热负荷；而建筑物的储热特性又降低了恢复过程中的热网实际负荷需求，从而可以优先恢复电网的关键负荷。这些用户侧的自发策略可与系统侧的抢修策略进行优化组合，从而进一步提升系统性能的恢复效率。由此可见，研究热电耦合系统的灾害应急响应策略有着十分重要的价值。
发明内容
本发明实施例提供一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法，能够实现系统最大化恢复能力。
本发明实施例提供一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法，包括：
基于源侧指标、网侧指标和荷侧指标，定义热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，并根据所述热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，确定热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型；
定义所述优化目标模型的应急恢复约束条件；
基于应急恢复约束条件对所述优化目标模型进行求解，得出热电耦合系统灾后最优恢复策略，采用最优恢复策略对热电耦合系统进行灾后恢复。
本发明实施例提供的极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法，通过定义热电耦合系统灾后恢复能力的评价指标，并建立热电耦合系统灾害应急恢复的优化目标函数和对应的约束条件，求解得到热电耦合系统灾后最优恢复策略，实现了最大化系统恢复能力和系统性能恢复速率最快的策略方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法的流程示意图；
图2为热电耦合系统在应急响应阶段的性能曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，提供了本发明实施例的一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法，包括：
基于源侧指标、网侧指标和荷侧指标，定义热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，并根据所述热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，确定热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型；
定义所述优化目标模型的应急恢复约束条件；
基于应急恢复约束条件对优化目标模型进行求解，得出热电耦合系统灾后最优恢复策略，采用最优恢复策略对热电耦合系统进行灾后恢复。
可以理解的是，热电耦合系统在经过极寒灾害性能会下降，为了不影响正常运行，在灾害结束时刻应立即通过人力抢修与资源调配的应急恢复。其中，热电耦合系统的应急恢复是指在灾害结束时刻的系统受灾断面上，针对已有的各类救援物资开展恢复的过程。
在本发明实施例的热电耦合系统灾后恢复能力的评价指标中，同时考虑负荷侧、网络侧和机组侧三方面的因素，制定出有效的灾后恢复策。
首先基于负荷侧、网络侧和机组侧，定义热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，根据定义的灾后恢复能力综合评价指标，构建热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型，并定义优化目标模型的约束条件。基于约束条件对优化目标模型进行求解，得出热电耦合系统灾后最优恢复策略，采用最优恢复策略对热电耦合系统进行灾后恢复，能够最大化系统的恢复能力，即采用最优恢复策略能够以最快的速度对灾后的热电耦合系统进行恢复。
作为一种可能的实施方式，热电耦合系统的应急恢复应在灾害结束后立刻开展，此时外界灾害对维修人员可能造成人身伤害的风险降低到安全阈值以内，因此可以派遣人力资源进行系统故障设备的修复工作，如图2所示，t1时刻标志着系统恢复过程的开始，也是灾害结束时刻，t0为灾害发生的时刻，t2为灾害恢复后的时刻。对于热电耦合系统，在这一过程中通过采取系统侧和用户侧的协同策略，使系统性能曲线快速上升到正常水平。图2中所示的阴影部分面积反映了灾害系统性能的恢复能力，阴影面积越小，说明系统性能损失持续时间越短，系统恢复能力越强。与灾前预防过程相似，关键负荷的供应水平同样是评价系统灾后恢复能力的最重要因素。此外，灾后恢复过程中还需要考虑供电、供热线路的抢修，因此在灾后恢复力指标中还应该计及故障线路的修复比例，反映了系统供能网络的恢复状态。
对于热电耦合系统，由于其具有的热电互补替代特性，所以从供能方式上存在以电制热的替代方案。但这种方案属于灾害恢复过程中的临时性策略，其程度也能反映出系统的恢复状态，尤其是可以反映系统的供能能力恢复程度。综上可以看出，热电耦合系统灾后恢复能力的评价指标中，应同时考虑源侧指标、网侧指标和荷侧指标三方面的因素，从而制定出有效的灾后恢复策略。本文由此给出评价热电耦合系统灾后恢复能力的指标为：
Figure BDA0002756681770000051
其中，热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标由三项指标共同组成，第一项指标为系统关键负荷的损失量，对应负荷侧指标；第二项指标为系统的供能线路故障量，对应网侧指标；第三项指标为使用以电制热方式供给的热能量，对应源侧指标；tr为灾后恢复阶段的总时长；δc,t为线路或管道状态，取1表示正常，取0表示停运；
Figure BDA0002756681770000052
表示使用电制热方式供应的热量；Ωc是所有电网线路和热网管道组成的集合，NH是热网节点个数；Wt、Kc,t、Hi,t分别为关键负荷的重要度权重矩阵、各条线路的重要度权重矩阵、以及各节点处使用电制热方案的成本的权重矩阵。
与灾后恢复能力综合评价指标相对应，可以分别针对系统的机组、网络和负荷三方面提出具体的策略。基于热电耦合系统实际的运行特点，可以将其灾后恢复策略从执行主体上分为系统运营商和用户侧两种类型。对于系统运营商，无论是机组运行调整、供能网络的拓扑重构或是可移动应急资源的调配，其指令是从上层控制中心向下层设备单元进行传递，所产生的恢复效果也同样是从供能路径的上游机组向下游负荷进行传播，因此是一个自上而下的策略方案；而对于用户侧采取的以电制热，或是通过建筑物储能来降低热负荷需求的策略，则属于自下而上的策略方案，针对以上两种不同主体的具体恢复策略，可以分别归纳如下。
1、自上而下的系统运营商策略，系统运营商可通过自动化的控制手段实现机组、网络拓扑的调整，还可通过调配人力资源和移动储能设备的方式对系统展开恢复，具体策略包括：
(1)机组：采取运行方式调整策略：根据实际的热电负荷需求调整CHP机组输出的热电功率比例，优先满足关键负荷的供应，CHP机组热电输出的总功率不应超过当前时刻的最大供能能力。对于极寒灾害而言，灾后机组的最大供能能力还取决于燃料的供给速率，这很大程度上受到交通运输能力的影响。低温和降雪造成的道路运输能力下降即便在灾害结束后也需要逐渐进行恢复。受此影响，机组的最大功率输出也应存在一个逐渐恢复正常的过程。
(2)网络：拓扑重构投入转供线路、派遣人力抢修故障线路。当系统中的线路或管道因灾害发生故障时，可通过启动备用线路来改变能量的传输路径，实现关键负荷的恢复。同时，还需要派遣人力对故障线路进行抢修。针对每一条故障线路，本发明实施例使用人工时来定量衡量线路修复所需的总成本。
(3)负荷：可移动储能的再调配。在灾前应急供电车部署方案的基础上，可以对灾后各节点处的可用的应急供电车进行重新分配，满足关键负荷供能的优先恢复。本发明实施例中只考虑灵活性更高的可移动应急供电车参与灾后的资源再调配过程。
2、自下而上的用户侧自发策略，用户侧的策略主要通过改变负荷的用能模式，从而降低系统的供能压力，具体策略包括：
(1)借助建筑物储能特性降低系统的热负荷需求，建筑物的储能特性主要体现在室内环境温度的变化上，当减少或停止对负荷的热能供应后，建筑物内的环境温度会逐渐下降。在保证温度处于人类所能承受的正常范围之内，适当降低用户侧的热负荷供应，可以将恢复所需的资源用于更加关键的负荷上，有利与提升系统的恢复速率，降低总体损失。
(2)采取能源替代方案：利用热电能源的互补特性，用户侧可通过电制热的方式弥补热网的供热缺额，常见的替代方案包括使用电暖器、开空调等。此时，电网侧会产生新增的电负荷需求，因此也将打破电网中原有的功率平衡关系。如果此时发电资源有限，则可能需要应急供电车进行额外供电，或是切除其他不重要的电负荷。
综上所述，无论是自上而下的系统运营商策略，或是自下而上的用户侧自发策略，都可以实现灾后阶段系统损失的降低。本发明实施例研究的重点正在于如何对两种策略从时间上进行优化协调，以达到最大系统性能恢复速率的目标。
热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标应是最大化系统的恢复能力，此处可使用公式(1)给出的系统灾后恢复能力综合评价指标作为这一阶段优化问题的目标函数。其中，关键负荷损失量、系统供能线路的恢复情况、热电替代供能量分别反映了系统在负荷侧、网络侧和机组侧三方面性能的恢复程度。为保证各指标在量纲上的统一，可以分别对其进行归一化成比例的形式，即热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型：
Figure BDA0002756681770000071
其中，EW、ΔK和ΦH分别为按Wt对总负荷的加权值、按Kc,t对所有供能线路的加权值以及按照Hi,t对所有热负荷的加权值；
Figure BDA0002756681770000072
为t时刻系统中实际损失的负荷，包括损失的电负荷Pt Loss和损失的热负荷
Figure BDA0002756681770000073
对Pt Loss和
Figure BDA0002756681770000074
有：
Pt Loss＝Pt Shed-γbat,t·Pt Mov； (3)
Figure BDA0002756681770000081
其中，Pt Shed是因线路故障导致的关键电负荷切负荷量，Pt Mov是移动应急供电车提供的电能，γbat,t是在当前时刻温度下的供电车电池储能性能系数；
Figure BDA0002756681770000082
是由于管道故障导致的关键热负荷切负荷量，
Figure BDA0002756681770000083
是用户侧通过以电制热方案产生的热能。
作为一种可能的实施方式，前述对热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型从负荷侧、网络侧和机组侧进行了构建，在对优化目标模型进行求解时，需要定义优化目标模型的约束条件。热电耦合系统灾后应急恢复约束条件包括系统潮流平衡约束、机组运行约束、网络侧的拓扑重构约束和线路抢修约束，以及负荷侧的热电替代、建筑物储能、移动资源再调配的约束条件。
其中，灾后恢复过程中潮流平衡条件依然成立，在灾后阶段需要考虑由于热电替代供能产生的新的源或负荷，例如使用电制热形式供热时(例如中央空调)，对于电网相当于在用户侧产生了新增的电负荷；对于热网则相当于在用户侧提供了热源。因此，灾后恢复过程中的潮流平衡约束如下：
Figure BDA0002756681770000084
Figure BDA0002756681770000085
Figure BDA0002756681770000086
Figure BDA0002756681770000087
Figure BDA0002756681770000091
Figure BDA0002756681770000092
Figure BDA0002756681770000093
Vmin≤Vi,t,Vj,t≤Vmax； (12)
其中，
Figure BDA0002756681770000094
为由于替代供热方式产生的额外的电网负荷，
Figure BDA0002756681770000095
是用户侧通过电制热产生的热能，式(9)和式(11)表示考虑线路运行状态的功率约束，当线路正常运行时，线路传输功率在其最大传输能力以内；而当线路停运时，
Figure BDA0002756681770000096
和
Figure BDA0002756681770000097
为0，使线路的功率也为0。
作为一种可能的实施方式，在灾后恢复过程中，通过灵活调整各机组的出力分配、CHP机组的热电输出功率比例，可以根据热电负荷的实际需求量，将优先的燃料资源进行优化分配。因此，有以下的机组运行约束：
Figure BDA0002756681770000098
Figure BDA0002756681770000099
Figure BDA00027566817700000910
Figure BDA00027566817700000911
其中，式(16)反映了灾后道路运输能力的恢复对机组最大供能能力的约束，系数Tri,t表示道路交通运输造成的燃料供应速度下降对机组最大供能产生的影响，其数值随灾后恢复过程的时间推移逐渐上升至1。
网络拓扑约束主要用于描述备用线路投运过程中的操作约束，通过将备用线路接入运行，可以替代因故障停运的线路进行供能。进行拓扑重构后，原有的网络拓扑结构可能发生改变，对于电网来说，通过倒闸操作可以启用备用的电网线路；对于热网来说，则可以通过开关阀门来将备用管道投入运行。因此对备用(standby)线路有如下约束：
0≤δc,t≤1,c∈Ωsb(l,p),t＝t2,t2+1,...,t3； (17)
其中，δc,t为备用线路的运行状态，取值为1的时候表示投入运行，取值为0则表示停运；Ωsb(l,p)是系统中所有备用电网线路和热网管道构成的集合，备用线路和管道可根据实际需要切换其运行状态；
此外，备用线路应在故障线路修复后退出运行，还包括如下约束：
δc,t≤1-δL,t； (18)
其中，δL,t表示由备用线路所替代的常用线路的状态。
其中，人力抢修的时间取决于修复线路所需的人工时成本和实际派遣到该节点的抢修人员个数，即修复时间与抢修人员个数的乘积应大于线路修复所需的人工时。以1小时作为时间步长，可以将以上乘积关系转化为对每小时修复人员个数的求和，因此得到约束条件如下：
Figure BDA0002756681770000101
Figure BDA0002756681770000102
其中，公式(19)表示修复线路c的累计人工时应不小于该条线路所需的人工时成本，tc,r为修复线路c的总时间；公式(20)表示t时刻位于各条线路的抢修人员总数应不超过系统中可调派的抢修人员总数，hc,t表示线路c在t时刻的抢修人员数，hmax为系统中的所有抢修人员个数，hc,t和Rc同为整数；
对于修复前后的线路状态，应满足：
Figure BDA0002756681770000111
即故障线路在修复结束前，其运行状态应为0；在修复后，其状态变为1且不再发生故障。
上述的约束条件可以理解为系统侧的约束条件，下面介绍一下用户侧的约束条件，主要包括用户侧温度约束、用户侧供能方式替代约束和移动储能资源再分配约束。
其中，用户侧温度约束为，当考虑用户侧的建筑物储能特性时，对建筑物的室内温度变化、外界环境温度变化、以及实际的负荷供应量还应存在如下的关系：
Figure BDA0002756681770000112
Figure BDA0002756681770000113
其中，式(22)反映了建筑物和外界环境间的热量传递过程，Cb为建筑物b的热容，Tb,t为建筑物在t时刻的室内温度；Tamb,t为t时刻的室外环境温度，Uab为建筑物和外界环境间的热传导系数；Δt为时间步长，本文中设置为1小时；
Figure BDA0002756681770000114
为建筑物b在t时刻的热负荷，式(23)表示建筑物室内温度的上下限约束。
用户侧供能方式替代约束为，由于电热具有互补特性，在极寒天气情况下，当供热系统出现中断时，用户侧可以通过电制热的方式自发地进行供热。而在用户侧一般不具备用热制电的能力。因此本发明实施例只考虑以电供热的替代形式。对于制热所消耗的电能
Figure BDA0002756681770000121
以及所得到的热能
Figure BDA0002756681770000122
应符合以下的约束条件：
Figure BDA0002756681770000123
Figure BDA0002756681770000124
其中，
Figure BDA0002756681770000125
为制热所消耗的电能，
Figure BDA0002756681770000126
为对应所得到的热能，γSub是用户侧用电制热的效率，式(25)表示用户侧通过电制热方式产生的热量仅用于就地满足热负荷的需求。
作为一种可能的实施方式，移动储能资源再分配约束为：
定义供电车-节点调度关系矩阵RVeh和定义各节点的移动供电车的实际剩余电量PVeh；
供电车-节点调度关系矩阵
Figure BDA0002756681770000127
其中
Figure BDA0002756681770000128
为0-1变量，表示节点j处的第k辆车是否调度到节点i处，当
Figure BDA0002756681770000129
表示调配，
Figure BDA00027566817700001210
则表示不调配；
NE是电网负荷节点个数，
Figure BDA00027566817700001211
是可移动应急供电车的个数；
根据供电车-节点调度关系矩阵RVeh和定义各节点的移动供电车的实际剩余电量PVeh得到重新配置后各节点处移动供电车电量为：
PMov＝[Pi Mov],i＝1,2,...,NE； (26)
其中，Pi Mov是各个节点处供电车总的电量，NE是电网负荷节点个数；
其中，有如下约束条件：
PMov＝RVeh·PVeh； (27)
对于重新配置供电车资源后的每个负荷节点，有以下约束：
Figure BDA0002756681770000131
其中，每辆移动供电车只能调配到一个地方，对于RVeh中的各项元素有约束条件：
Figure BDA0002756681770000132
表示一个节点处的一辆供电车只能移动到一个节点。
其中，移动储能资源的再分配主要针对灵活性更高的应急供电车。灾害结束时，在系统中应急供电车剩余电能的基础上对其进行重新分配。移动应急供电车可调动的最小单位为辆，而每个供电车所剩余的电量为区间[0,PVeh]的任意实数。针对所研究的热电耦合系统，认为应急供电车可以在任意电网节点间进行调度，并忽略移动时间；同时灾后恢复阶段只根据初始受灾断面进行一次供电车的再调度。
以一个5节点系统为例，假设各节点的供电车数量分别为3，2，1，1，2辆，则可定义供电车节点调度关系矩阵RVeh如下：
Figure BDA0002756681770000133
其中，
Figure BDA0002756681770000134
为0-1变量，表示节点j处的第k辆车是否调度到节点i处，当
Figure BDA0002756681770000135
表示调配，
Figure BDA0002756681770000136
则表示不调配。此外，各节点的移动供电车的实际剩余电量定义为：
Figure BDA0002756681770000141
其中，PVehj,k表示节点j的第k辆供电车的剩余电量；T表示转置。向量PVeh的维数应正好等于可移动应急供电车的个数
Figure BDA0002756681770000142
本发明实施例通过构建热电耦合系统灾后应急恢复的优化目标模型，并从系统侧和用户侧定义了优化目标模型的约束条件，基于约束条件对优化目标模型进行求解，得到热电耦合系统灾后最优恢复策略，其中的约束条件包括系统侧约束条件和用户侧约束条件，给出了系统侧和用户侧协同的系统最优恢复策略，按照求解出来的最优恢复策略能够实现对灾后的热电耦合系统的快速恢复，最大化系统的恢复能力，能够实现灾后的热电耦合系统以最快的速度恢复到正常运行状态。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法，其特征在于，包括：
基于源侧指标、网侧指标和荷侧指标，定义热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，并根据所述热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，确定热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型；
定义所述优化目标模型的应急恢复约束条件；
基于所述应急恢复约束条件对所述优化目标模型进行求解，得出热电耦合系统灾后最优恢复策略，采用最优恢复策略对热电耦合系统进行灾后恢复；
所述基于源侧指标、网侧指标和荷侧指标，定义热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标为：
Figure 580562DEST_PATH_IMAGE001
；(1)
其中，热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标由三项指标共同组成，第一项指标为 系统关键负荷的损失量，对应负荷侧指标；第二项指标为系统的供能线路故障量，对应网侧 指标；第三项指标为使用以电制热方式供给的热能量，对应源侧指标；
Figure 317574DEST_PATH_IMAGE002
为灾后恢复阶段的 总时长；
Figure 637697DEST_PATH_IMAGE003
为线路或管道状态，取1表示正常，取0表示停运；
Figure 536383DEST_PATH_IMAGE004
表示使用电制热方式供应 的热量；
Figure 574746DEST_PATH_IMAGE005
是所有电网线路和热网管道组成的集合，
Figure 849870DEST_PATH_IMAGE006
是热网节点个数；
Figure 758920DEST_PATH_IMAGE007
分别为关键负荷的重要度权重矩阵、各条线路的重要度权重矩阵、以及各节点处使用电制 热方案成本的权重矩阵；
根据所述热电耦合系统灾后恢复能力综合评价指标，确定热电耦合系统灾后恢复过程中的优化目标模型包括：
Figure 156403DEST_PATH_IMAGE008
；(2)
其中，
Figure 354166DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 495298DEST_PATH_IMAGE010
分别为按
Figure 727696DEST_PATH_IMAGE011
对总负荷的加权值、按
Figure 30501DEST_PATH_IMAGE012
对所有供能线路的加权值 以及按照
Figure 981140DEST_PATH_IMAGE013
对所有热负荷的加权值；
Figure 660383DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 747287DEST_PATH_IMAGE015
时刻系统中实际损失的负 荷，包括损失的电负荷
Figure 220994DEST_PATH_IMAGE016
和损失的热负荷
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，对
Figure 190087DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 610704DEST_PATH_IMAGE019
有：
Figure 348853DEST_PATH_IMAGE020
；(3)
Figure 259040DEST_PATH_IMAGE021
；(4)
其中，
Figure 918692DEST_PATH_IMAGE022
是因线路故障导致的关键电负荷切负荷量，
Figure 939737DEST_PATH_IMAGE023
是移动应急供电车提供的电 能，
Figure 1234DEST_PATH_IMAGE024
是在当前时刻温度下的供电车电池储能性能系数；
Figure 82323DEST_PATH_IMAGE025
是由于管道故障导致的关 键热负荷切负荷量，
Figure 963691DEST_PATH_IMAGE026
是用户侧通过以电制热方案产生的热能。
2.根据权利要求1所述的应急恢复方法，其特征在于，所述优化目标模型的应急恢复约束条件包括系统潮流平衡约束、机组运行约束、网络拓扑约束、人力抢修约束、用户侧温度约束、用户侧供能方式替代约束和移动储能资源再分配约束。
3.根据权利要求2所述的应急恢复方法，其特征在于，所述系统潮流平衡约束为：
Figure 522848DEST_PATH_IMAGE027
；(5)
Figure 501169DEST_PATH_IMAGE028
；(6)
Figure 690842DEST_PATH_IMAGE029
；（7）
Figure 387402DEST_PATH_IMAGE030
；(8)
Figure 687933DEST_PATH_IMAGE031
；(9)
Figure 255181DEST_PATH_IMAGE032
；(10)
Figure 678072DEST_PATH_IMAGE033
；(11)
Figure 534033DEST_PATH_IMAGE034
；(12)
其中，
Figure 700572DEST_PATH_IMAGE035
为由于替代供热方式产生的额外的电网负荷，
Figure 591167DEST_PATH_IMAGE036
是用户侧通过电制热产生 的热能，式(9)和式(11)表示考虑线路运行状态的功率约束，当线路正常运行时，线路传输 功率在其最大传输能力以内；而当线路停运时，
Figure 184960DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 528216DEST_PATH_IMAGE038
为0，使线路的功率也为0。
4.根据权利要求2所述的应急恢复方法，其特征在于，所述机组运行约束为：
Figure 232867DEST_PATH_IMAGE039
；(13)
Figure 977969DEST_PATH_IMAGE040
；(14)
Figure 742663DEST_PATH_IMAGE041
；(15)
Figure 369953DEST_PATH_IMAGE042
；(16)
其中，系数
Figure 815978DEST_PATH_IMAGE043
表示道路交通运输造成的燃料供应速度下降对机组最大供能产生的影 响，其数值随灾后恢复过程的时间推移逐渐上升至1。
5.根据权利要求2所述的应急恢复方法，其特征在于，所述网络拓扑约束用于描述备用线路投运过程中的操作约束，所述备用线路有如下约束：
Figure 743483DEST_PATH_IMAGE044
；(17)
其中，
Figure 616761DEST_PATH_IMAGE045
为备用线路的运行状态，取值为1的时候表示投入运行，取值为0则表示停运；
Figure 731348DEST_PATH_IMAGE046
是系统中所有备用电网线路和热网管道构成的集合，备用线路和管道可根据实际 需要切换其运行状态；
所述备用线路应在故障线路修复后退出运行，还包括如下约束：
Figure 981063DEST_PATH_IMAGE047
；(18)
其中，
Figure 763075DEST_PATH_IMAGE048
表示由备用线路所替代的常用线路的状态。
6.根据权利要求2所述的应急恢复方法，其特征在于，所述人力抢修约束为：
Figure 807254DEST_PATH_IMAGE049
；(19)
Figure 409137DEST_PATH_IMAGE050
；(20)
其中，公式(19)表示修复线路c的累计人工时应不小于该条线路所需的人工时成本，
Figure 196964DEST_PATH_IMAGE051
为修复线路c的总时间；公式(20)表示t时刻位于各条线路的抢修人员总数应不超过系统中 可调派的抢修人员总数，
Figure 833482DEST_PATH_IMAGE052
表示线路c在t时刻的抢修人员数，
Figure 845300DEST_PATH_IMAGE053
为系统中的所有抢修人 员个数，
Figure 137741DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure 525997DEST_PATH_IMAGE055
同为整数；
对于修复前后的线路状态，应满足：
Figure 220284DEST_PATH_IMAGE056
即故障线路在完成修复前，其运行状态应为0；在被修复后，其状态变为1且不再发生故障。
7.根据权利要求2所述的应急恢复方法，其特征在于，所述用户侧温度约束为：
基于用户侧的建筑物储能特性时，对建筑物的室内温度变化、外界环境温度变化、以及实际的负荷供应量应存在如下关系：
Figure 668583DEST_PATH_IMAGE057
；(22)
Figure 182741DEST_PATH_IMAGE058
；(23)
其中，式(22)反映了建筑物和外界环境间的热量传递过程，
Figure 374687DEST_PATH_IMAGE059
为建筑物b的热容，
Figure 720218DEST_PATH_IMAGE060
为 建筑物在t时刻的室内温度；
Figure 277101DEST_PATH_IMAGE061
为t时刻的室外环境温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为建筑物和外界环境间的 热传导系数；
Figure 75293DEST_PATH_IMAGE063
为时间步长，本文中设置为1小时；
Figure 70931DEST_PATH_IMAGE064
为建筑物b在t时刻的热负荷，式(23) 表示建筑物室内温度的上下限约束。
8.根据权利要求2所述的应急恢复方法，其特征在于，所述用户侧供能方式替代约束为：
Figure 474230DEST_PATH_IMAGE065
；(24)
Figure 264332DEST_PATH_IMAGE066
；(25)
其中，
Figure 753082DEST_PATH_IMAGE067
为制热所消耗的电能，
Figure 286832DEST_PATH_IMAGE068
为对应所得到的热能，
Figure 606955DEST_PATH_IMAGE069
是用户侧用电制热的 效率，式(25)表示用户侧通过电制热方式产生的热量仅用于就地满足热负荷的需求。
9.根据权利要求2所述的应急恢复方法，其特征在于，所述移动储能资源再分配约束为：
定义供电车-节点调度关系矩阵
Figure 505640DEST_PATH_IMAGE070
和定义各节点的移动供电车的实际剩余电量
Figure 544004DEST_PATH_IMAGE071
；
供电车-节点调度关系矩阵
Figure 819127DEST_PATH_IMAGE072
，其中
Figure 993756DEST_PATH_IMAGE073
为0-1变量，表示节点j处的第k辆车是否调度到节点i处，当
Figure 328923DEST_PATH_IMAGE074
表示调配，
Figure 589003DEST_PATH_IMAGE075
则表示不调配；
Figure 667817DEST_PATH_IMAGE076
是电网负荷节点个数，
Figure 443093DEST_PATH_IMAGE077
是可移动应急供电车的个数；
根据供电车-节点调度关系矩阵
Figure 745898DEST_PATH_IMAGE078
和定义各节点的移动供电车的实际剩余电量
Figure 493274DEST_PATH_IMAGE079
得 到重新配置后各节点处移动供电车电量为：
Figure 110200DEST_PATH_IMAGE080
；(26)
其中，
Figure 259422DEST_PATH_IMAGE081
是各个节点处供电车总的电量;
其中，有如下约束条件：
Figure 936391DEST_PATH_IMAGE082
；(27)
对于重新配置供电车资源后的每个负荷节点，有以下约束：
Figure 171063DEST_PATH_IMAGE083
；(28)
其中，每辆移动供电车只能调配到一个地方，对于
Figure 591680DEST_PATH_IMAGE078
中的各项元素有约束条件：
Figure 595408DEST_PATH_IMAGE084
；(29)
表示一个节点处的一辆供电车只能移动到一个节点。
CN202011204899.0A 2020-11-02 2020-11-02 一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法 Active CN112398122B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011204899.0A CN112398122B (zh) 2020-11-02 2020-11-02 一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011204899.0A CN112398122B (zh) 2020-11-02 2020-11-02 一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112398122A CN112398122A (zh) 2021-02-23
CN112398122B true CN112398122B (zh) 2022-05-31

Family

ID=74598989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011204899.0A Active CN112398122B (zh) 2020-11-02 2020-11-02 一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112398122B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346488B (zh) * 2021-06-09 2023-01-03 国网上海市电力公司 计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法
CN114678881B (zh) * 2022-04-06 2023-03-07 四川大学 一种v2g辅助支撑下的地震灾后电网快速恢复方法
CN115081955B (zh) * 2022-08-12 2022-11-15 东方电子股份有限公司 一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019200662A1 (zh) * 2018-04-20 2019-10-24 东北大学 电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法
CN110571807A (zh) * 2019-10-15 2019-12-13 华北电力大学 极端自然灾害下计及储能配置韧性配电网规划方法及系统
CN110570016A (zh) * 2019-08-13 2019-12-13 浙江大学 一种计及多阶段性能的抗灾型骨干网架优化方法
CN110970891A (zh) * 2019-10-29 2020-04-07 国网山东省电力公司青岛供电公司 极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10804736B2 (en) * 2018-11-13 2020-10-13 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Methods and systems for post-disaster resilient restoration of power distribution system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019200662A1 (zh) * 2018-04-20 2019-10-24 东北大学 电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法
CN110570016A (zh) * 2019-08-13 2019-12-13 浙江大学 一种计及多阶段性能的抗灾型骨干网架优化方法
CN110571807A (zh) * 2019-10-15 2019-12-13 华北电力大学 极端自然灾害下计及储能配置韧性配电网规划方法及系统
CN110970891A (zh) * 2019-10-29 2020-04-07 国网山东省电力公司青岛供电公司 极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
韩畅.灾害天气下电力系统的防灾应急优化策略研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库》.2019, *
马覃峰等.灾难气候下输电网架的多目标最优重构.《2015年南方电网技术论坛》.2015, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112398122A (zh) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112398122B (zh) 一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法
JP4944578B2 (ja) 低圧系統の自立運転方法及び低圧系統の自立運転システム
US20130015703A1 (en) Microgrid
US20080058997A1 (en) System and method for interactive generator and building electric load control
JP2010204833A (ja) エネルギー管理システム及び方法
CN110401229B (zh) 一种考虑微能源网支撑作用的配电网弹性提升方法
Sanjareh et al. A novel approach for sizing thermal and electrical energy storage systems for energy management of islanded residential microgrid
CN102969791B (zh) 基于双向智能电表的电力系统柔性负荷管理系统和方法
JP5801936B2 (ja) 制御装置及び制御方法
CN112529277B (zh) 一种基于资源调配的热电耦合系统灾前预防方法
Jordehi et al. Industrial energy hubs with electric, thermal and hydrogen demands for resilience enhancement of mobile storage-integrated power systems
Mehrjerdi et al. Efficiency-resilience nexus in building energy management under disruptions and events
Choobineh et al. End-user-aware community energy management in a distribution system exposed to extreme temperatures
Habib et al. Optimal energy storage sizing and residential load scheduling to improve reliability in islanded operation of distribution grids
CN113837589B (zh) 一种综合能源系统n-1调度方法及装置
Wang et al. Robust survivability-oriented scheduling of separable mobile energy storage and demand response for isolated distribution systems
Fan et al. Adaptive power load restoration considering flexible control of air conditioners for resilience enhancement
CN116896063B (zh) 变配电智能控制方法及系统
Wang et al. Emergency restoration method of integrated energy system in coordination with upper and lower control
CN116128110A (zh) 一种电热综合能源系统的多阶段韧性提升方法及终端
Zeng et al. A two-stage stochastic programming approach for operating multi-energy systems
Jarrou et al. Fault diagnosis and fault tolerant control based on model predictive control for nearly zero energy buildings
CN114676913A (zh) 一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法及系统
Habib et al. Optimization-based residential load scheduling to improve reliability in the distribution grid
CN114243680A (zh) 一种基于可伸缩分区的供电恢复系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant