基于V2G与应急通信的配电网信息物理协同快速恢复方法

随着新型配电系统的快速发展,配电网与通信网络的相互依赖程度逐渐加深。在极端灾害发生后,一方面,配电网失电后的恢复控制需要依靠通信网络的有效支撑,灾后使用电动汽车与电网互动（V2G）恢复负荷电力供应的过程,同样离不开通信网络的引导作用;另一方面,通信网络的正常运行依靠配电网的电力供应。因此,为解决配电网灾害后电力网络与通信网络交互影响下的负荷恢复问题,提出了一种基于V2G和应急通信的配电网信息物理协同快速恢复方法：在灾害发生后,通过调配搭载无线通信基站的无人机前往通信故障区域构建应急通信网络,从而迅速恢复对区域线路开关的控制能力与对电动汽车的引导能力,进而引导电动汽车前往车辆并网站形成分布式电源并控制配电网拓扑重构,以恢复负荷的电力供应。该方法基于灾后无人机与电动汽车的调度约束以及配电网的运行约束,建立了配电网信息物理协同恢复模型,并通过配电网和交通网耦合算例验证了所提方法的有效性。     

计及供电—供水系统耦合关系的配电网故障恢复优化决策方法

在大停电事故后,协同利用本地分布式电源为关键负荷恢复供电是提升配电网韧性的有效措施.供电系统与供水系统是城市中2种具有密切耦合关系的生命线设施,若在制定恢复策略时对上述耦合关系考虑不足,会影响生命线设施的正常运转.首先挖掘了极端事件下配电网与配水网的耦合关系,在此基础上,以最大化电、水关键负荷恢复数目为目标,考虑配电网...     

支持信息-物理-社会系统研究的跨领域交互仿真平台

信息-物理-社会系统（CPSS）是在信息物理系统（CPS）的基础上,加入政策、行为等社会元素,将广义物理系统视作一个整体,并消除不同领域之间的壁垒。相关的研究和应用都离不开仿真工具的支持。为此,在近20年探索能源的信息-物理-社会系统（CPSSE）过程中研发了统一的仿真平台（Sim-CPSS）。Sim-CPSS支撑了异构仿真应用的互通、互动、互用,并显著降低了复杂系统仿真研究的难度,提高了分析效率。文中介绍了Sim-CPSS的研发思路、架构、功能和原创技术。通过能源领域的众多工程应用验证了其对多领域、多尺度,以及行为多种表达方式的适应能力。SimCPSS为CPSS提供了基础工具的强大支撑。     

考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性评估

随着ICT技术和自动化控制技术的快速发展,配电网逐渐发展为信息系统和物理系统高度耦合的配电网信息物理系统（配电网CPS）,信息系统支撑物理系统稳定运行的同时也给配电网CPS带来了一定的安全隐患,因此在原有的单一物理预想故障评估中需考虑信息影响。提出一种考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性分析与评估方法。首先基于配电网CPS结构,建立了可以反映电力-信息耦合特性的配电网CPS关联矩阵模型;接着分析信息故障和物理故障的相关性,依据拓扑相关和业务相关构建初始的信息-物理组合预想故障集;然后以故障恢复率排序作为依据筛选出关键的信息-物理组合预想故障;最后针对筛选出的组合预想故障利用配电网CPS安全性评估指标进行安全评估,并在算例中验证,算例结果表明了所提方法的合理性和有效性。     

计及不确定性的输配电网协调恢复全并行分布式优化方法

极端事件频发导致大停电，在此期间协调优化输、配电网的恢复进程，对于提高恢复速度、减少恢复成本至关重要。然而，输、配电网分属于不同运营商，之间交互信息有限。为了在负荷恢复阶段实现二者协调运行，该文提出计及不确定性的输配电网协调恢复全并行分布式优化方法。以恢复成本最小为目标函数构建输配电网恢复运行模型，考虑风电不确定性引入模糊理论和可信性理论将确定性约束转化为模糊机会约束，并采用目标级联分析法将全局输配电网恢复问题分解为输电网恢复与配电网恢复两类子问题进行协调优化。在此基础上，引入对角二次近似对耦合变量一致性约束的惩罚函数松弛处理，从而全并行求解各子问题，提高每次迭代的计算效率。以IEEE 30节点输电网和IEEE 33节点配电网构成的输配系统为例，验证了所提方法的有效性、收敛性以及计算效率。     

计及关键负荷功能恢复需求的韧性城市配电网恢复方法

大停电后,利用城市配电网本地分布式电源快速恢复重要负荷,是减小停电损失、提升电网韧性的有效方法。城市中既存在需要电、水、气等各类资源共同支撑才可实现正常运转的终端用户负荷,也有如交通灯、水泵等关键基础设施负荷,且电网、用户负荷、关键基础设施负荷之间存在密切的耦合关系,需要在恢复决策时予以考虑。提出了一种计及关键负荷功能恢复需求的多时段配电网故障恢复方法。在荷侧,考虑了用户负荷功能对于电、水、气资源的需求及交通负荷用电需求;在网侧,考虑了电网、水网、气网的运行约束;在源侧,考虑了可移动发电资源接入灵活和本地发电资源能量有限的特点。算例测试结果表明,所提方法可最大化恢复多类型负荷的社会功能,实现有限发电资源的最优分配。     

计及关键负荷功能恢复需求的韧性城市配电网恢复方法

大停电后,利用城市配电网本地分布式电源快速恢复重要负荷,是减小停电损失、提升电网韧性的有效方法。城市中既存在需要电、水、气等各类资源共同支撑才可实现正常运转的终端用户负荷,也有如交通灯、水泵等关键基础设施负荷,且电网、用户负荷、关键基础设施负荷之间存在密切的耦合关系,需要在恢复决策时予以考虑。提出了一种计及关键负荷功能恢复需求的多时段配电网故障恢复方法。在荷侧,考虑了用户负荷功能对于电、水、气资源的需求及交通负荷用电需求;在网侧,考虑了电网、水网、气网的运行约束;在源侧,考虑了可移动发电资源接入灵活和本地发电资源能量有限的特点。算例测试结果表明,所提方法可最大化恢复多类型负荷的社会功能,实现有限发电资源的最优分配。     

基于CPSS的电力系统规划研究

能源互联网是能源领域的信息物理社会系统(cyber physical social system,CPSS),基于CPSS的电力系统规划应综合考虑目标网络的信息、物理、社会系统的深度融合,进行能源电力流、业务信息流、社会价值流相协调统一的规划研究。本文基于CPSS提出电力规划的新思路,CPSS的网络和网元替代变电站、发电厂、储能站、输电线路等来进行规划布局,综合考虑负荷预测、用电需求、业务流向、信息需求、综合能源服务、国土空间、社会发展等因素,进行基于多维度属性的统一规划,有效避免各个系统自成体系的无序规划,以期得到更全面、更客观和更具前瞻性的规划研究成果。     

基于无人机应急通信的配电网灾后信息物理协同恢复策略

极端自然灾害的发生使得配电网面临电力故障和通信中断带来的复杂场景,给配电网灾后恢复带来挑战。电力通信系统的恢复对于以配电自动化为基础的配电网恢复具有重要的支撑作用,然而,现有研究并未考虑通信层恢复及其与电力恢复之间的耦合关系,进而无法有效解决在通信设施受损情况下配电网恢复过程中不同任务的协同配合问题。该文通过挖掘信息层应急通信资源的灵活性,综合考虑配电网信息层与物理层的恢复决策,提出了一种基于无人机应急通信的两阶段配电网信息物理协同恢复策略。第一阶段解决无人机基站部署选址问题,第二个阶段求解无人机通信路径规划以及配电网负荷协同恢复优化模型。提出的协同恢复模型被建模为混合整数线性规划模型,求解生成无人机的最优路径、配电网负荷恢复最优顺序,在IEEE测试系统上验证所提方法的有效性。     

计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估方法

配电网短期可靠性可有效反映系统的运行风险,而分布式电源出力变化、网络重构与信息系统状态都是其重要影响因素。为此,提出了计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估模型和方法。首先构建基于马尔可夫过程的配电网元件短期停运模型,然后建立考虑故障重构与信息物理耦合的有源配电网故障后最优负荷削减模型,提出基于有向虚拟多商品流模型的考虑故障重构与孤岛划分的最优负荷削减策略,建立适用于故障重构与孤岛划分的辐射状拓扑约束以及考虑信息系统对配电网支撑作用的信息约束,实现对故障后果的精确分析。在此基础上,提出基于模型驱动的有源配电网短期可靠性评估方法,并进一步针对基于模型驱动的方法所存在的快速性不足缺点,采用“离线建模,在线评估”思想,提出基于最小二乘支持向量机的改进短期可靠性快速评估方法,实现了短期可靠性的快速评估。基于算例分析了负荷削减策略、分布式电源出力、信息物理耦合对系统可靠性的影响,验证了所提方法的有效性以及所提负荷削减策略对可靠性提升的优越性。     

面向能源互联网的配电网韧性提升研究综述及展望

低概率–高风险极端自然灾害和人为攻击事件的频发对电力系统安全稳定运行造成了严重威胁。随着能源互联网技术的发展，配电网、天然气网、城市交通网络以及信息网络的深度融合为韧性配电网的发展开辟了新的途径。该文首先阐明了在能源互联网背景下发展韧性配电网的必要性，对不同维度主体耦合系统的韧性评估研究现状进行了介绍；然后详细论述了配电网在灾前、灾中、灾后各阶段以及全过程韧性提升策略的建模思路和求解方法；继而归纳了能源互联网背景下配电网与天然气网、交通网以及信息网络深度融合运行时韧性提升策略的研究现状；最后，结合现有工作的不足对未来韧性配电网的研究方向进行了展望。     

“人-车-桩-路-网”深度耦合下的配电网协同规划与运行优化

电动汽车(EV)作为连接交通电气化和电网清洁化的纽带和桥梁,可实现电力-交通-信息之间的深度耦合,形成电力-交通一体化的规划及运行架构。配电-交通融合系统(DTIS)中,EV充放电行为多时空动态交织、电能流-交通流-信息流深度融合、多利益主体动态博弈等大量不确定性因素使配电网的规划及运行优化的边界都将发生重大转变,但同时也给挖掘利用EV的移动储能特性和提升配电网灵活性带来了契机。为此,在分析“人-车-桩-路-网”深度耦合下配电网的形态演化特征基础上,剖析了新形态下配电网协同规划与运行优化所面临的新挑战,进而针对“人-车-桩-路-网”耦合下的EV灵活性建模、灵活域高效构建及预测、协同规划、运行优化4个方面关键技术展开讨论,并对相关技术问题的研究方向进行了展望。     

考虑韧性增强策略的配电网负荷恢复优化

极端灾害事件容易导致大规模停电故障,对配电网的安全运行带来风险和挑战。微电网接入配电网的形式具有分散性、灵活性等特点,且在配电网故障后具有持续供电的优势,能够增强配电网的运行韧性。首先利用微电网建立以韧性最大化为目标的负荷供电恢复模型,实现了对配电网内部关键负荷及其他各类负荷供电的最优恢复。然后针对数学模型表现出的非线性特点,利用分段线性化方法对模型中潮流约束进行线性化处理,将配电网负荷恢复模型转化为混合整数线性规划问题。通过IEEE-33节点系统进行算例分析,仿真结果验证了所提模型及方法的有效性、合理性。     

面向韧性提升的交直流混合配电网协同恢复方法

交直流混合配电网是未来配电网的重要形态。近年来愈发频繁的极端灾害对交直流混合配电网的安全可靠供电提出了严峻挑战,如何提升交直流混合配电网的韧性水平亟待解决。考虑极端灾害造成的时序故障及其修复过程,提出面向韧性提升的交直流混合配电网协同故障恢复方法,充分协同利用分布式电源、移动式应急电源（mobile emergency generators,MEG）和交直流配电网络动态重构,实现极端灾害下关键负荷的快速恢复。在故障时序发生和修复的过程中,通过远程可控制开关（remote-controlled switch,RCS）实现交直流混合配电网交流部分和直流部分的协同动态重构,从而隔离故障并恢复负荷,同时配合分布式电源、MEG的动态调度形成恢复性孤岛,从而保证关键负荷的快速恢复,提升系统韧性水平。采用二阶锥松弛技术将潮流方程进行凸化松弛,使得优化问题转化为可有效求解的混合整数二阶锥规划模型。采用改进的IEEE 33节点交直流混合配电系统验证了所提方法的有效性,以及考虑MEG实时调度、RCS动态重构和配电网交直流部分协同对于配电网韧性提升的重要性。     

含分布式电源的配电网故障紧急恢复与抢修协调优化策略

随着分布式电源的规模化接入,传统配电网故障恢复策略逐渐难以适应实际需要.为此,提出一种含分布式电源的配电网故障紧急恢复与抢修协调优化策略.首先,在故障紧急恢复模型中引入典型负荷时变性需求模型,优先恢复需求度高的负荷.以抢修时间最短和社会经济损失最小为综合目标函数得到故障抢修模型.然后,研究故障紧急恢复与抢修协调优化策略,利用主网与孤岛协调控制进行故障恢复,通过改进粒子群算法得到最优抢修顺序.在抢修过程中,考虑负荷及时变性需求变化,调整故障紧急恢复与抢修最优方案,保证配电网可靠、快速恢复正常运行状态.最后,通过算例仿真验证了所提策略的有效性.     

配电网信息物理系统可靠性的精细化建模与评估

随着信息通信技术广泛应用于配电网,配电网的信息物理耦合程度逐渐加深,现有配电网信息物理系统可靠性模型难以准确评估实际工程应用中复杂场景的可靠性。文中基于耦合元件的失效情况建立了多状态可靠性模型,并基于满二叉树拓扑遍历配电网信息失效场景,由此提出了一种新颖的可靠性分析方法。该方法考虑了实际故障处理过程与转供容量约束,并适用于所有开环运行的配电网拓扑,为评估存量配电网信息物理系统的可靠性提供一种可行的手段。最后,以中国某市一个实际配电网为例,构建测试配电网信息物理系统,验证了所提配电网信息物理系统可靠性评估方法的可行性与有效性。     

面向韧性提升的异构多源交直流配电网保护与故障恢复方法研究综述

交直流配电网是未来配电网的发展形态,因其复杂多变、异构多源的特点,给安全可靠运行带来了严峻挑战。可靠正确快速的继电保护、有效快速的故障处理和优化协同的恢复理论与方法是提升异构多源交直流配电网韧性的关键。文章首先综述了提升异构多源交直流配电网韧性面临的挑战,接着阐述了国内外研究现状及具体的研究方向。最后,归纳并展望了面向韧性提升的异构多源交直流配电网保护与故障恢复未来研究的趋势。     

考虑能源子系统与储能的综合能源系统优化分析

针对当前综合能源系统（integrated energy system， IES）研究中未详细考虑含电-热-气-冷-汽子系统（power， heat， gas， cooling and steam subsystems， PHGCSS）协调运行效果的现状，研究计及能源子系统关键特征变量的IES日前稳态优化问题。首先，基于多类型负荷需求设计能源集线器（energy hub， EH）及能量耦合方式。在EH基础上提出耦合PHGCSS的能源站模型构架。然后，分别建立IES中PHGCSS稳态数学模型。在考虑峰谷分时电价机制基础上分析蓄电、蓄热、蓄冷对并网运行的IES日前稳态优化的影响。其次，在不同负荷结构下建立含PHGCSS日前稳态非线性优化模型。最后，通过算例分析验证对IES进行稳态优化计算和稳态运行分析的有效性，结果表明，所提模型与方法适用于含PHGCSS的IES日前稳态优化分析及日前动态经济调度，能够合理反映IES的运行特性。     

智能配电网信息物理系统故障协调恢复策略

配电网信息系统与物理系统均发生故障时,两者之间的协调可能会达到更好的恢复效果。通过综合考虑恢复过程中的收益、风险、控制代价等因素,提出了一种配电网信息物理系统故障协调恢复方法。首先,结合图论相关知识,根据配电网的拓扑结构建立了信息物理系统邻接矩阵;其次,通过将信息系统的恢复映射到物理系统的恢复中,以恢复净收益最大为目标建立基于货币量纲的信息物理系统协调恢复优化模型,在此基础上,提出了信息物理系统协调恢复策略;最后,通过算例进行了不同恢复方案的比较,验证了所提恢复方法的合理性和有效性。     

含分布式电源的配电网供电恢复的多代理方法

针对含分布式电源的配电系统,特别在考虑了由分布式电源和负荷组成微网运行的情况下,建立了以恢复负荷最多、开关操作数最少为目标的供电恢复模型。在提出配网调度中心、微网、分布式电源三者的分层协调控制策略的基础上,应用多代理理论,建立了一个由全系统控制协调代理（CAG）、微网控制代理（MGAG）、分布式电源代理（DGAG）以及母线代理（BAG）组成的多代理系统,在保证配电网辐射状运行、满足配电网电压与电流及馈线容量等约束条件的情况下进行供电恢复。通过分析一个含2个变电站、14条母线和4个分布式电源的配电系统的单重及多重故障供电恢复问题验证了该方法的有效性。