极端灾害下面向配电系统韧性提升的应急资源协同调度优化方法
天津大学吴昊 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：电力系统韧性提升及灾后恢复 以在lEEETransactionsonPowerSystems、Energy等发表SCI/El论文1O余篇 ◆获得2024年度国家资助博士后研究人员计划，天津市第一批博士后创新岗位资助项目 ◆主持了国家重点研发计划子课题1项、南方电网企业联合基金课题1项； 作为项目骨干参与集成基金项目、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。 随着全球气候变化，台风、洪涝、高温等极端灾害日益频发配电系统安全可靠运行受到了严重威胁，作为连接输电和负荷的中间环节，极易引发设备成大规模停电事故，带来巨大的经济损失和社会影响， 研究背景 2024年台风“摩羯”海南电网 台风摩羯造成海南电网35干伏及以上变电站停运79座，10千伏及以上线路836条，影响台区2.8万个，168.1万户停电，其中台风登陆地文昌市配网几乎重建。 研究背景 蓄意攻击 随着极端事件日益频发，可通过风险评估识别配电系统薄弱环节采主动防御措施，但仍无法完全避免故障发生。因此，当发生配电系统故障停电后，巫需制定配电系统灾后故障恢复策略，用于加快系统恢复减少停电损失。 目录 台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略 多系统耦合的配电网协同恢复策略 负荷侧资源响应的配电网恢复策略 基于状态相似性的恢复策略求解方法 四 1.1台风灾害下配网多时间尺度抢修优化策略 考虑到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。同时考虑台风灾害持续影响导致后续故障发生，在长时间尺度进一步基于滚动优化框架动态更新抢修策略。 1.1台风灾害下配网多时间尺度抢修优化策略 算例分析 1.2台风灾害下配网三阶段协同恢复策略 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，考虑台风高风速造成风机切机带来功率缺失，以及线路故障后开关隔离，用于全过程提升台风灾害下的电网韧性水平。 1.2台风灾害下配网三阶段协同恢复策略 算例分析 1.2台风灾害下配网三阶段协同恢复策略 算例分析 1.3洪涝灾害下配电网故障抢修策略 由于城市地势低洼、路面渗水性差等原因，导致我国城市地区洪涝灾害日益频发，为此提出了一种针对洪涝灾害下的城市配电网故障抢修策略优化方法，考虑应急排涝车、抢修施工队和移动变压器等应急资源，协调调度减少故障影响，用于加快配网停电负荷恢复速度， 1.3洪涝灾害下配电网故障抢修策略 城市地区洪涝积水水位决定设备是否故障，同时影响恢复过程及物资调度效率，因此构建基于元胞自动机的洪涝水位模型用于模拟洪涝灾害下城市区域的积水情况，考虑不同网格降水、汇流径流等的影响 1.3洪涝灾害下配电网故障抢修策略 目录 台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略 多系统耦合的配电网协同恢复策略 负荷侧资源响应的配电网恢复策略 基于状态相似性的恢复策略求解方法 四 2.1考虑配电网-通信网耦合的微网划分策略 建立了通信网络的信息流模型，考虑通信数据、链路带宽和智能终端算力等因素，以保障孤岛微网内部的通信与控制需求，基于构网型电源保障微电网重要负荷供电，基于智能终端满足局域网通信需求，提出基于能量流-信息流耦合的微电网与通信局域网的耦合分区优化策略。 2.1考虑配电网-通信网耦合的微网划分策略 算例分析 2.2考虑主配网协同的停电恢复策略 由于极端事件覆盖范围广导致主配网均故障停电，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。 2.2考虑主配网协同的停电恢复策略 由于主配网之间信息交互有限且考虑数据隐私性，基于ADMM建立主配网协同恢复分布式模型，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 2.2考虑主配网协同的停电恢复策略 算例分析 动态分区出力和需求柱状图 目录 台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略 多系统耦合的配电网协同恢复策略 负荷侧资源响应的配电网恢复策略 三 基于状态相似性的恢复策略求解方法 四 3.1协同需求响应和轮流限电的供电恢复策略 提出了一种协调激励型需求响应与轮流限电的恢复方法，通过需求响应激励用户侧负荷调整缓解极端场景下系统供需失衡，当功率缺口超出需求响应调整能力后，进一步集成轮流限电措施以减少供电长时间中断带来的负荷损失 3.1协同需求响应和轮流限电的供电恢复策略 将用户侧划分为工业、商业、民用负荷三种类型，构建高耗能工业负荷不同工序耦合的能量流物质流模型，商业负荷可削减、可转移负荷模型，和居民负荷停电时长-成本函数，为需求响应和停电损失量化提供模型基础。 3.1协同需求响应和轮流限电的供电恢复策略 算例分析 目录 台风洪涝灾害下配电网抢修恢复策略 多系统耦合的配电网协同恢复策略 负荷侧资源响应的配电网恢复策略 基于状态相似性的恢复策略求解方法 四 4.1状态相似性定义 状态相似性定义：对于不同约束条件和目标函数参数的优化问题，其最优解具有一致的状态相似性特征的现象。 目的：识别并复用相似场景的最优解特征，优化求解问题一方程组求解问题， 最优解 x=[1.5 1.5 0 0 2 ±] 4.2基于状态相似性的恢复策略求解方法 随着配电系统规模扩大、恢复资源类型和数量增长，同时配电系统灾后恢复过程进行时步离散化处理，构建为一个大型的混合整数线性规划问题，NP-hard现象导致恢复策略求解缓慢，难以满足灾后恢复时效性。 4.2基于状态相似性的恢复策略求解方法 提出了双层抢修策略优化模型，通过Benders分解方法求解。上层资源调度模型以抢修时间最快为目标，求解最优的抢修调度方案：下层配电网运行模型以最大化抢修过程中加权负荷恢复量为目标，求解最优的配电网运行方案。 4.2基于状态相似性的恢复策略求解方法 算例分析 考虑移动变压器、移动电源车、抢修施工队等应急资源调度，协调网架重构、孤岛划分加快系统故障后恢复。整个恢复过程分为20个时步，每个时步30分钟。 4.2基于状态相似性的恢复策略求解方法 算例分析 方法1：原问题，直接求解MILP问题： 方法2：Benders分解法，将原问题分解为上层恢复资源调度模型和下层系统运行优化模型，并选代求解：方法3：状态相似性方法，在方法2的基础上，利用状态相似性方法加速求解下层子问题。 汇报完毕，敬请批评指正！ 天津大学吴吴hwu@tju.edu.cn2025/12/7
