CN113746095A - 基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，涉及配电网超前韧性重构技术领域，包括故障隔离、电网韧性刻画与度量、建立模型、算法求解和优化方案，本发明在电网韧性刻画与度量是对电网吸收力、适应力、恢复力的刻画与度量，吸收力表现为系统从灾害发生到电网最低性能期间系统经被动调节以吸收灾害带来消极影响的能力，适应力主要指的是系统被外界干扰后通过主动调整以及调用系统的备用储备资源而对灾害做出的响应，表现出系统对灾害的适应能力，恢复力主要指系统被灾害干扰后快速修复性能的能力，在对电网韧性刻画时，基于灾害对电网影响的整个动态过程，以便反映出电网在灾前、灾中、灾后电网性能的变化情况。

Description

基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法

技术领域

本发明涉及配电网超前韧性重构技术领域，具体为基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法。

背景技术

电力系统是现代社会的重要基础设施，其安全可靠运行是人们社会生活和经济生活正常进行的重要保障。然而，随着全球气候的变化，极端自灾害的发生愈加频繁，由此引发了越来越多的大规模停电事故，对人们的生产和生活造成了严重影响，例如，2008年的中国南方雪灾，导致了约2000座变电站故障、8500个杆塔倒塌，170座城市的供电因此中断；2011年的东日本大地震，导致了超过400万的家庭用户停电；2012 年于美国东北部登陆的台风桑迪，导致了超过10万条主线路故障，百万人口无法正常用电，为了限制极端自然灾害造成的严重影响，需要提高电网应对极端自然灾害的能力。为此，电力系统“韧性”这一概念被提出，在美国《总统政策方向 21》中，韧性被定义为：“对于变化条件的准备和适应能力，以及对于扰动的承受和快速恢复能力”。

近年来极端天气事件导致停电的频率和严重程度都有所增加，给人民和经济造成了巨大的损失，由于每年的受灾情况差异较大，这意味着灾害的发生以及对电网等基础设施的影响存在很多的不确定性，不能有效利用已有有限的灾害历史数据进而研究灾害环境下电网韧性提升问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，解决了灾害的发生以及对电网等基础设施的影响存在很多的不确定性，不能有效利用已有有限的灾害历史数据进而研究灾害环境下电网韧性提升，从而实现超前韧性重构的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，包括如下步骤：

Sp1：故障隔离，当故障未被隔离时，配电网中与故障直接或间接相连的节点都会受到故障的影响而导致电力服务中断；

Sp2：电网韧性刻画与度量，明确电网韧性研究边界，研究电力损失“动态性”、“阶段性” 与 “多态性”特征，实现对电网韧性的度量与刻画；

Sp3：建立模型，以极端天气下配电系统的期望失负荷量最小为目标建立配电系统两阶段重构的韧性提升优化模型，分别对事故前阶段、事故后隔离阶段和事故后恢复阶段建立模型；

Sp4：算法求解，对配电系统两阶段重构的韧性提升优化模型采用场景分解算法进行求解，获得事故前阶段远程可控制开关配置和网络重构的最佳方案；

Sp5：优化方案，对事故前阶段和事故后阶段进行结果优化。

优选的，所述故障未被隔离时，配电网中与故障直接或间接相连的节点都会受到故障的影响而导致电力服务中断，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，有效阻断故障在配电网中的传播，缩小故障的影响区域。

优选的，所述事故前阶段需要对MEG进行优化配置，考虑到经济因素MEG有数目上限，所述事故前阶段重构形成MEG孤岛时，需保证重构后形成的各部分网络为辐射状，所述事故前阶段，由于极端自然灾害还未到来，配电网正常运行，应满足潮流约束且不应因为采取预防措施而产生失负荷，即此阶段失负荷功率为0。

优选的，所述事故前阶段，配电网络通过重构形成了 4 个独立的部分，每个MEG均各自形成了一个孤岛，这有利于提升配电网的抵御能力，降低极端自然灾害产生的影响，所述在事故后隔离阶段，所采取的MEG配置及 MEG 孤岛措施保证了部分负荷的电力服务，而在事故后恢复阶段，通过RCS的快速动作，大量系统负荷得以恢复。

优选的，所述电网韧性刻画与度量是对电网吸收力、适应力、恢复力的刻画与度量，所述吸收力表现为系统从灾害发生到电网最低性能期间系统经被动调节以吸收灾害带来消极影响的能力，所述适应力主要指的是系统被外界干扰后通过主动调整以及调用系统的备用储备资源而对灾害做出的响应，表现出系统对灾害的适应能力，所述恢复力主要指系统被灾害干扰后快速修复性能的能力。

优选的，所述MEG为可灵活移动的移动式应急电源，当极端自然灾害引发严重故障，导致配电网中的电力服务中断时，MEG是最有效的快速响应资源之一，两阶段的MEG调度方法，通过MEG的预防性配置和实时调度，保证关键负荷的电力服务，其中重点考虑了MEG在交通网络中的调度对负荷恢复过程的影响。

优选的，所述RCS为可以远程控制开闭状态的远程可控制开关，出于经济性原因，一般不能将所有线路的手动开关全部升级为 RCS，因此需要结合故障后RCS的快速动作特性，对RCS进行优化配置，以获得最大的收益。

优选的，所述优化方案的事故前阶段优化为在严重故障发生时，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，有效阻断故障在配电网中的传播，保证部分负荷不受严重故障影响，提升配电网的对于极端自然灾害的抵御能力。

优选的，所述优化方案的事故后阶段优化结果为在故障精确隔离后，通过RCS的快速动作以及已配置的MEG，使负荷快速接入有源无故障区域，从而实现负荷的快速恢复。

优选的，在故障全部隔离后，可采用RCS进行快速的网络重构，配合MEG，较快较多地恢复负荷。通过MEG事故前阶段的优化配置并形成预防性MEG孤岛，以及事故后RCS的快速动作配合MEG快速恢复负荷，有效提升配电网的韧性水平。

（一）有益效果

本发明提供了基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法。具备以下有益效果：

1、本发明在电网韧性刻画与度量是对电网吸收力、适应力、恢复力的刻画与度量，所述吸收力表现为系统从灾害发生到电网最低性能期间系统经被动调节以吸收灾害带来消极影响的能力，所述适应力主要指的是系统被外界干扰后通过主动调整以及调用系统的备用储备资源而对灾害做出的响应，表现出系统对灾害的适应能力，所述恢复力主要指系统被灾害干扰后快速修复性能的能力，在对电网韧性刻画时，基于灾害对电网影响的整个动态过程，以便反映出电网在灾前、灾中、灾后电网性能的变化情况。在对电网韧性进行度量时，考虑电网在灾害下的阶段划分情况，度量方法具有以下特性：①定量可比；②表现出电网性能随时间的变化情况；③考虑特定多情景灾害类型；④可用于规划决策与政策的制定，解决了灾害的发生以及对电网等基础设施的影响存在很多的不确定性，不能有效利用已有有限的灾害历史数据进而研究灾害环境下电网韧性提升，从而实现超前韧性重构的问题。

2、本发明所述故障未被隔离时，配电网中与故障直接或间接相连的节点都会受到故障的影响而导致电力服务中断，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，有效阻断故障在配电网中的传播，缩小故障的影响区域，所述事故前阶段需要对MEG进行优化配置，考虑到经济因素MEG有数目上限，所述事故前阶段重构形成MEG孤岛时，需保证重构后形成的各部分网络为辐射状，所述事故前阶段，由于极端自然灾害还未到来，配电网正常运行，应满足潮流约束且不应因为采取预防措施而产生失负荷，即此阶段失负荷功率为0，所述RCS为可以远程控制开闭状态的远程可控制开关，出于经济性原因，一般不能将所有线路的手动开关全部升级为 RCS，因此需要结合故障后RCS的快速动作特性，对RCS进行优化配置，以获得最大的收益，所述优化方案的事故前阶段优化为在严重故障发生时，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，有效阻断故障在配电网中的传播，保证部分负荷不受严重故障影响，提升配电网的对于极端自然灾害的抵御能力，所述优化方案的事故后阶段优化结果为在故障精确隔离后，通过RCS的快速动作以及已配置的MEG，使负荷快速接入有源无故障区域，从而实现负荷的快速恢复，在故障全部隔离后，可采用RCS进行快速的网络重构，配合MEG，较快较多地恢复负荷。通过MEG事故前阶段的优化配置并形成预防性MEG孤岛，以及事故后RCS的快速动作配合MEG快速恢复负荷，有效提升配电网的韧性水平。

附图说明

图1为本发明的方法示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，所述方法包括：

Sp1：故障隔离，当故障未被隔离时，配电网中与故障直接或间接相连的节点都会受到故障的影响而导致电力服务中断；

Sp2：电网韧性刻画与度量，明确电网韧性研究边界，研究电力损失“动态性”、“阶段性” 与 “多态性”特征，实现对电网韧性的度量与刻画；

Sp3：建立模型，以极端天气下配电系统的期望失负荷量最小为目标建立配电系统两阶段重构的韧性提升优化模型，分别对事故前阶段、事故后隔离阶段和事故后恢复阶段建立模型；

Sp4：算法求解，对配电系统两阶段重构的韧性提升优化模型采用场景分解算法进行求解，获得事故前阶段远程可控制开关配置和网络重构的最佳方案；

Sp5：优化方案，对事故前阶段和事故后阶段进行结果优化。

实施例二：

如图1所示，所述故障未被隔离时，配电网中与故障直接或间接相连的节点都会受到故障的影响而导致电力服务中断，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，有效阻断故障在配电网中的传播，缩小故障的影响区域。所述事故前阶段需要对MEG进行优化配置，考虑到经济因素MEG有数目上限，所述事故前阶段重构形成MEG孤岛时，需保证重构后形成的各部分网络为辐射状，所述事故前阶段，由于极端自然灾害还未到来，配电网正常运行，应满足潮流约束且不应因为采取预防措施而产生失负荷，即此阶段失负荷功率为0。所述事故前阶段，配电网络通过重构形成了 4 个独立的部分，每个MEG均各自形成了一个孤岛，这有利于提升配电网的抵御能力，降低极端自然灾害产生的影响，所述在事故后隔离阶段，所采取的MEG配置及 MEG 孤岛措施保证了部分负荷的电力服务，而在事故后恢复阶段，通过RCS的快速动作，大量系统负荷得以恢复。所述电网韧性刻画与度量是对电网吸收力、适应力、恢复力的刻画与度量，所述吸收力表现为系统从灾害发生到电网最低性能期间系统经被动调节以吸收灾害带来消极影响的能力，所述适应力主要指的是系统被外界干扰后通过主动调整以及调用系统的备用储备资源而对灾害做出的响应，表现出系统对灾害的适应能力，所述恢复力主要指系统被灾害干扰后快速修复性能的能力。所述MEG为可灵活移动的移动式应急电源，当极端自然灾害引发严重故障，导致配电网中的电力服务中断时，MEG是最有效的快速响应资源之一，两阶段的MEG调度方法，通过MEG的预防性配置和实时调度，保证关键负荷的电力服务，其中重点考虑了MEG在交通网络中的调度对负荷恢复过程的影响。所述RCS为可以远程控制开闭状态的远程可控制开关，出于经济性原因，一般不能将所有线路的手动开关全部升级为 RCS，因此需要结合故障后RCS的快速动作特性，对RCS进行优化配置，以获得最大的收益。所述优化方案的事故前阶段优化为在严重故障发生时，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，有效阻断故障在配电网中的传播，保证部分负荷不受严重故障影响，提升配电网的对于极端自然灾害的抵御能力。所述优化方案的事故后阶段优化结果为在故障精确隔离后，通过RCS的快速动作以及已配置的MEG，使负荷快速接入有源无故障区域，从而实现负荷的快速恢复。在故障全部隔离后，可采用RCS进行快速的网络重构，配合MEG，较快较多地恢复负荷。通过MEG事故前阶段的优化配置并形成预防性MEG孤岛，以及事故后RCS的快速动作配合MEG快速恢复负荷，有效提升配电网的韧性水平。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

Sp1：故障隔离，当故障未被隔离时，配电网中与故障直接或间接相连的节点都会受到故障的影响而导致电力服务中断；

Sp2：电网韧性刻画与度量，明确电网韧性研究边界，研究电力损失“动态性”、“阶段性”与 “多态性”特征，实现对电网韧性的度量与刻画；

Sp3：建立模型，以极端天气下配电系统的期望失负荷量最小为目标建立配电系统两阶段重构的韧性提升优化模型，分别对事故前阶段、事故后隔离阶段和事故后恢复阶段建立模型；

Sp4：算法求解，对配电系统两阶段重构的韧性提升优化模型采用场景分解算法进行求解，获得事故前阶段远程可控制开关配置和网络重构的最佳方案；

Sp5：优化方案，对事故前阶段和事故后阶段进行结果优化。

2.根据权利要求1所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述故障未被隔离时，配电网中与故障直接或间接相连的节点都会受到故障的影响而导致电力服务中断，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，阻断故障在配电网中的传播。

3.根据权利要求1所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述事故前阶段需要对MEG进行优化配置，所述事故前阶段重构形成MEG孤岛时，保证重构后形成的各部分网络为辐射状，所述事故前阶段，由于极端自然灾害还未到来，配电网正常运行，应满足潮流约束且不应因为采取预防措施而产生失负荷，即此阶段失负荷功率为0。

4.根据权利要求1所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述事故前阶段，配电网络通过重构形成了 4 个独立的部分，每个MEG均各自形成了一个孤岛，所述在事故后隔离阶段，所采取的MEG配置及 MEG 孤岛措施保证了部分负荷的电力服务，而在事故后恢复阶段，通过RCS的快速动作，恢复系统负荷。

5.根据权利要求1所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述电网韧性刻画与度量是分别对电网吸收力、适应力、恢复力进行刻画与度量，然后通过主动调整以及调用系对灾害做出响应，快速修复系统。

6.根据权利要求2所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述MEG为可灵活移动的移动式应急电源，当极端自然灾害引发严重故障，导致配电网中的电力服务中断时，两阶段的MEG调度方法，通过MEG的预防性配置和实时调度，保证关键负荷的电力服务，其中重点考虑了MEG在交通网络中的调度对负荷恢复过程的影响。

7.根据权利要求4所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述RCS为可以远程控制开闭状态的远程可控制开关，因此需要结合故障后RCS的快速动作特性，对RCS进行优化配置。

8.根据权利要求1所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述优化方案的事故前阶段优化为在严重故障发生时，通过MEG的提前配置，并结合网络重构形成MEG孤岛，有效阻断故障在配电网中的传播，保证部分负荷不受严重故障影响。

9.根据权利要求1所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：所述优化方案的事故后阶段优化结果为在故障精确隔离后，通过RCS的快速动作以及已配置的MEG，使负荷快速接入有源无故障区域。

10.根据权利要求1所述的基于环境数据预判的配电网超前韧性重构方法，其特征在于：在故障全部隔离后，可采用RCS进行快速的网络重构，配合MEG，通过MEG事故前阶段的优化配置并形成预防性MEG孤岛，以及事故后RCS的快速动作配合MEG快速恢复负荷。

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