2024台风灾害下的弹性配电网故障抢修决策方法研究报告

天津大学：吴昊hwu@tju.edu.cn湖北宜昌2024年5月11日 个人基本情况 吴昊 天津大学助理研究员博士后，博士后导师：贾宏杰老师 南京理工大学博士，博士导师：谢云云老师研究方向：电力系统弹性提升及灾后恢复 ◆ 以第一作者在IEEE Transactions on Power Systems、Energy等期刊发表SCI论文5篇； ：主持了国家重点研发计划子课题1项、入选2023年度博士后基金天津联合资助备选人员名单(纳入天津市第一批博士后创新岗位资助项目)； 、作为项目骨干参与联合基金项目、自然科学基金项目、南方电网重点科技项目和国家电网公司总部科技项目多项。 研究背景 背景台风灾害给我国电力系统安全稳定运行带来了巨大的挑战 全球气候变暖导致极端灾害日益频发我国东南沿海地区属于台风灾害高发地区?台风灵害引发配电网大量线路故障用户供电长时间中断造成巨大经济损失 研究背景 背景台风灾害下弹性配电网故障抢修的支撑条件 可再生能源开发实现“碳达峰，碳中和” 海上风电保持年均近60%的增长率 风电位于东南沿海地区，靠近负荷中心 大规模海上风电在抢修过程中提供功率支撑 数字技术与电网融合推动“数字新基建”》配电网的信息采集、传输、处理等能力提升整合配网与设备数据，建设灾后应急指挥系统为配网故障抢修提供了全局信息与平台支撑 研究背景 背景针对台风灾害不同特点，分析当前研究存在的问题 台风极端风速恶劣造成高风速风机切机 台风风速波动随机造成风电出力不确定性 当恶劣极端风速超过风机安全风速后，风电机组为了保护自身风机结构会收桨停机，风机切机会加剧功率短缺导致更多负荷停电。 由于风电出力和风速正相关，台风风速随机波动会导致风机出力具有不确定性，造成电压失稳甚至二次停电事故。 台风覆盖区域广造成主配网均故障停电 台风影响周期长但故障抢修多阶段耦合不足 由于台风灾害覆盖区域广，会造成主配网均故障导致大规模停电事故，而现有研究主要假设主网正常工作，缺少主配网协同恢复的研究。 台风灾害的影响周期长且路径可预测，可以分为灾前、灾中和灾后阶段，但现有研究仅关注灾后故障抢修，缺少多阶段耦合。 目录 考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法 考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法 考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法 考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法 四 1.1考虑多重不确定性的鲁棒优化模型 台风风速随机波动会导致风机出力不确定性，威胁配电网恢复安全基至造成二次停电事故。构建max-min-max鲁棒优化模型，利用c&cG算法和强对偶理论进行求解，保证恢复方案的鲁棒性。 不确定性集合 矩形不确定性集 列和约束生成(C&CG)算法 原问题 ,q xenan xems.t.Ax ≥ gGy +Ex+Kp ≥sP = dN+ XI+ Hd+d'd-dd 1.2多类型恢复资源的协同优化模型 针对多种恢复资源的协调、施工队和移动电源的建模、调度策略如何影响配网恢复等问题，提出不同类型恢复资源的协同优化方法，构建施工队和移动电源调度模型，并提出耦合约束构建调度策略和配网运行状态的关系。 施工队和移动电源调度模型 多种恢复资源协同恢复 资源调度和配网运行耦合约束 施工队移动电源车配网网架重构风电等构建微网 1.3算例分析 结果展示 1.3算例分析 所提的灾后抢修方法通过协同施工队、移动电源、网架重构和微网划分，能够有效恢复停电负荷，增强电网弹性。鲁棒优化方法基于不确定性的最差场景，能在电网灾后恢复过程中避免安全约束越限，确保恢复方法的鲁棒性。 目录 考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法 考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法 二 考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法 考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法 四 2.1高风速下风机切机建模 当台风恶劣极端风速超过风机安全风速后，风电机组为保证自身安全会收桨停机，为此提出考虑风机切机的配网恢复方法，并建立风机切机模型并将其线性化为混合整数线性规划的形式。 》功率短缺》负荷削减电压越限微网崩溃二次停电 2.2长短时间尺度协同优化模型 施工队和移动电源调度需要考虑移动时间和修复时间，无法同电网运行调度那样快速响应。因此提出长短时间尺度的两阶段协同调度方法、长时间尺度下的调度优化鲁棒模型：短时间尺度下的调度优化确定性模型 2.3算例分析 结果展示 长短时间尺度下的电源出力/负荷需求柱状图 HaoWu,etal.Resilient scheduling ofMEsSsand RCsfordistributionsystem restoration considering theforced cut-offofwindpower.Energy,2022,244:123081. 2.3算例分析 所提方法能够通过调度移动电源等方法减轻风机切机导致的功率不平衡，减少负荷损失，增强电网弹性。两阶段鲁棒优化方法能够保证电网恢复过程中的安全约束不越限，通过短时间尺度下调整电源出力，可以进一步减少鲁棒优化策略的保守性。 目录 考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法 考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法 考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法 三 考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法 四 3.1考虑灾前灾中灾后的三阶段协同方法 由于台风灾害的影响周期长且路径可预测，提出灾前灾中灾后三阶段的协同调度优化方法，考虑施工队、移动电源、故障隔离和风机切机，用于增强台风灾害下的电网弹性。 灾前：主动孤岛、移动电源布置：灾中：故障隔离、出力调整：灾后：网架重构、微网划分、移动电源再部署、施工队故障抢修。 3.2故障隔离及不同区域建模 采用灾前主动孤岛用于预防，故障发生后操作远动开关（灾中、灾后）和手动开关（灾后）隔离故障，并引入通电状态、故障状态、停电状态三个变量用于表示电网不同区域。 3.3三阶段随机优化模型 针对多阶段多重不确定性（风机风速、负荷需求、线路故障）以及大量概率场景带来的计算负担，选取条件风险价值（CVaR）作为目标函数，用于减少极端场景下的负荷损失风险，并应用PHA算法对多概率场景的随机优化模型求解，用于减少计算负担。 3.3算例分析 结果展示 3.3算例分析 结果展示 3.3算例分析 CVaR-随机方法通过引L入CVaR作为目标函数来减少极端情景下的负载损失风险，从而获得较为鲁棒的优化结果并避免过度保守。以传统不解耦求解方法（NDM)求解得到的值作为基准值，迭代更新惩罚因子的改进PHA方法在保证高质量解的同时也能加快求解速度 目录 考虑风电出力不确定性的故障抢修决策方法 考虑风机切机的配网故障抢修双层优化方法 考虑灾前灾中与灾后协同的故障抢修优化方法 考虑主配网协同的故障恢复调度策略优化方法 四 4.1主配网协同恢复调度模型 提出耦合动态分区、机组启动、路径恢复和负荷恢复的四阶段主配网协同恢复方法，随故障抢修调整主网分区方案，利用移动电源/主动配电网启动非黑机组，减少系统停电损失。 4.2AOP-ADMM优化模型 由于主配网之间信息交互有限且考虑数据隐私性，基于ADMM建立主配网同恢复分布式模型，考虑到分区和调度变量，利用AOP方法线性化二进制变量，求解非凸问题，保证分布式模型求解的收敛性和最优性。 4.3算例分析 结果展示 4.3算例分析 所提方法能够协调施工队、移动电源和主配网协同，加快电网恢复过程减少负荷停电损失，增强电网弹性。AOP-ADMM方法通过松弛二进制变量，能够保证解的质量的同时在求解过中保证收敛性。 谢谢！