中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
01
研究背景
電網(wǎng)故障預(yù)案是指在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，為確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定和安全，預(yù)先制定的一系列應(yīng)急措施和操作步驟。目的是在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，迅速有效地進(jìn)行故障恢復(fù)從而減少系統(tǒng)甩負(fù)荷量以及避免系統(tǒng)解列狀態(tài)發(fā)生。其中，應(yīng)急電源車(emergency power supply vehicle，EPS)作為移動(dòng)式應(yīng)急電源，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、整體性能穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好的特點(diǎn)，能夠很好地滿足戶外作業(yè)和應(yīng)急供電的需要；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)(network reconfiguration，NR)通過改變電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方式將斷電負(fù)荷快速轉(zhuǎn)移到其他線路進(jìn)行供電，是提高電力系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要手段。
目前，國內(nèi)外已有應(yīng)急電源車派遣和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)在故障恢復(fù)策略方面的研究。主要存在以下問題：1）電網(wǎng)故障模型因?yàn)殡妷旱燃?jí)以及恢復(fù)策略的限制多集中于配網(wǎng)一側(cè)，但在實(shí)際中許多故障起源于主網(wǎng)側(cè)并傳導(dǎo)至配網(wǎng)中，僅對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行建模會(huì)影響故障預(yù)案的故障定位準(zhǔn)確性和故障模型完整性。2）考慮主網(wǎng)故障的故障預(yù)案模型研究中，對(duì)于主配網(wǎng)模型間的聯(lián)系多僅考慮交互確定的傳輸功率曲線，缺乏靈活及時(shí)的協(xié)調(diào)調(diào)度進(jìn)而難以得到全局最優(yōu)方案。3）應(yīng)急電源車派遣依賴于交通網(wǎng)的構(gòu)建，但現(xiàn)有研究多局限于在目標(biāo)函數(shù)中加入交通相關(guān)因素以體現(xiàn)交通擁堵影響，缺少實(shí)際交通網(wǎng)模型的考慮。
02
主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
1）基于最短路徑權(quán)值矩陣的電力-交通網(wǎng)耦合模型。
為確保應(yīng)急電源車派遣的真實(shí)性與有效性，本文提出路徑權(quán)值概念，將道路的交通路況條件對(duì)應(yīng)急電源車車速的影響轉(zhuǎn)化為道路等效路徑長度的變化?？紤]電網(wǎng)故障發(fā)生的時(shí)刻是隨機(jī)的，不同故障時(shí)刻的交通路況條件將對(duì)應(yīng)急電源車到達(dá)目的地所需的行駛時(shí)間產(chǎn)生不同的影響，對(duì)Dijkstra算法進(jìn)行改進(jìn)，將算法中固定不變的路徑長度用路徑權(quán)值替代，通過循環(huán)路徑不斷更新最短等效路徑長度，最終得到交通網(wǎng)中的應(yīng)急服務(wù)點(diǎn)距離電力網(wǎng)中的應(yīng)急電源車接入點(diǎn)之間的最短路徑權(quán)值矩陣。
2）應(yīng)急電源車派遣聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的電網(wǎng)故障預(yù)案建模。
以網(wǎng)損、購電成本、停電成本、應(yīng)急電源車派遣成本、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)成本的和最小為總體故障預(yù)案優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)?？紤]的約束條件主要有六類，具體是：1）主網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行約束。包括主網(wǎng)潮流約束、機(jī)組出力約束、機(jī)組爬坡速率約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束、支路電流約束、線路傳輸容量約束。2）配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行約束。包括配網(wǎng)潮流約束、儲(chǔ)能模型約束、光伏電站模型約束、配網(wǎng)安全運(yùn)行約束。3）主配網(wǎng)系統(tǒng)交互運(yùn)行約束。主網(wǎng)系統(tǒng)與配網(wǎng)系統(tǒng)通過聯(lián)絡(luò)線連接，聯(lián)絡(luò)線上的傳輸功率即為主配網(wǎng)系統(tǒng)間的交互功率，考慮聯(lián)絡(luò)線功率約束、主網(wǎng)系統(tǒng)交互功率約束、配網(wǎng)系統(tǒng)交互功率約束。4）停電時(shí)間約束。電網(wǎng)故障時(shí)，通過應(yīng)急電源車為失電孤電網(wǎng)供電。但是應(yīng)急電源車的派遣需要時(shí)間，在應(yīng)急電源車到達(dá)之前，電網(wǎng)仍處于故障停電狀態(tài)，因此對(duì)停電時(shí)間進(jìn)行建模。5）應(yīng)急電源車約束。包括應(yīng)急電源車提供功率和電壓支撐約束、應(yīng)急電源車出力約束。6）網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)約束。包括線路投運(yùn)狀態(tài)改變約束、大M法構(gòu)建重構(gòu)線路的功率平衡和電壓平衡方程約束。
3）應(yīng)急電源車派遣聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)電網(wǎng)故障預(yù)案的具體實(shí)現(xiàn)。
首先，實(shí)時(shí)采集并更新在交通事故等事件影響下的交通路況信息；其次，在電網(wǎng)預(yù)想故障發(fā)生時(shí)刻，根據(jù)該時(shí)刻的交通路況信息進(jìn)行最短路徑權(quán)值矩陣的計(jì)算；接著根據(jù)最短路徑權(quán)值矩陣進(jìn)行故障預(yù)案模型的優(yōu)化求解，得到應(yīng)急電源車的派遣方案及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的線路選擇；最后，根據(jù)固定的時(shí)間間隔，更新調(diào)整應(yīng)急電源車派遣及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的恢復(fù)策略，直至電網(wǎng)恢復(fù)供電。如下圖所示。
圖1 應(yīng)急電源車派遣聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)電網(wǎng)故障預(yù)案具體實(shí)現(xiàn)流程圖
03
研究結(jié)論
1）本文所提考慮應(yīng)急電源車派遣與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)聯(lián)合優(yōu)化的故障預(yù)案，對(duì)不同的電網(wǎng)故障場景均有顯著的恢復(fù)效果。配網(wǎng)局部故障場景中，相較于無故障預(yù)案，停電成本減少了91.9%，電網(wǎng)運(yùn)行總成本損耗減少了16.7%。主配網(wǎng)一般故障場景中，相較于單獨(dú)派遣應(yīng)急電源車預(yù)案，應(yīng)急電源車成本降低了71.2%，停電成本減少了64.8%，電網(wǎng)運(yùn)行總成本損耗減少了6.8%；相較于單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)預(yù)案，停電成本減少了86.5%，電網(wǎng)運(yùn)行總成本損耗減少了16.6%。主網(wǎng)嚴(yán)重故障場景中，相較于單獨(dú)派遣應(yīng)急電源車預(yù)案，停電成本減少了96.3%，電網(wǎng)運(yùn)行總成本損耗減少了84.1%。
2）本文所提出的故障預(yù)案能夠發(fā)揮主配網(wǎng)之間功率傳輸?shù)撵`活性，尋找主配網(wǎng)全局最優(yōu)方案，優(yōu)化應(yīng)急電源車派遣的數(shù)量與成本，從而減少故障造成的總成本損耗。通過主配網(wǎng)協(xié)同的方式進(jìn)行故障恢復(fù)，相較于主配網(wǎng)分立運(yùn)行，應(yīng)急電源車派遣數(shù)量減少了3輛，停電成本減少了120.7%，電網(wǎng)運(yùn)行總成本損耗減少了7.7%。
3）本文所提的電力-交通網(wǎng)耦合模型能夠有效地尋找在不同交通路況條件下應(yīng)急電源車派遣的最優(yōu)路徑，并降低派遣時(shí)間，減少停電成本。通過構(gòu)建最短路徑權(quán)值矩陣對(duì)應(yīng)急電源車派遣的路徑進(jìn)行優(yōu)化，相較于人為指派應(yīng)急電源車的方案，派遣時(shí)間減少了1.1h，停電成本減少了69.1%，電網(wǎng)運(yùn)行總成本損耗減少了2.0%。
04
后續(xù)研究方向或討論話題
本文研究的是給定時(shí)間斷面下的電網(wǎng)故障恢復(fù)策略，是非時(shí)序的靜態(tài)策略優(yōu)化問題，僅考慮了預(yù)想故障發(fā)生時(shí)刻的交通路況信息，屬故障預(yù)案的范疇。未來，將對(duì)動(dòng)態(tài)交通路況進(jìn)行建模，實(shí)時(shí)采集/預(yù)測交通流的動(dòng)態(tài)信息，在事后故障恢復(fù)策略層面展開研究。
