技术领域
[0001] 本发明属于电力系统韧性领域,尤其涉及一种维修和开关操作人员协同调度的配电网韧性提升方法。
相关背景技术
[0002] 在全球气候变暖的背景下，各种极端事件如台风和特大暴雨等频繁发生。这些极端事件所带来的强大破坏力，对城市电力系统的稳定运行构成了严重的威胁。以2021年河南特大暴雨为例，极端事件导致了超过800条的配电线路遭受重创，严重影响了近百万用户的日常电力供应。因此，有必要制定并实施一系列韧性提升策略，以有效减轻极端事件对电力系统安全、可靠运行的不利影响，确保城市电力的持续稳定供应。
[0003] 电力系统的韧性是指面对极端灾害时，不仅能够抵御灾害带来的冲击和扰动，还能迅速恢复并达到正常、稳定的运行状态的能力。在传统配电网的可靠性研究中，往往侧重于低影响且高频发的事件，提升配电网应对小范围扰动的能力。因此可靠性强的电网不一定韧性能力强。与输电网相比，配电网的自动化水平相对较低，仍依赖于大量的手动开关进行操作。导致配电网在故障处理过程中，对人力资源的依赖程度较高。
[0004] 因此，研究一种维修和开关操作人员协同调度的配电网韧性提升方法，通过灾害前预防阶段的网络预重构、维修人员和开关操作人员队伍的预部署和灾害后恢复阶段的维修人员和开关操作人员实时调度、协同故障修复和网络动态重构，实现配电网负荷的快速恢复。全面考虑了人力资源调度、网络重构以及故障修复等各环节之间的耦合，通过灾害前后的应急资源的优化调度，显著增强了配电网对极端天气的抵御能力和灾后恢复能力。
具体实施方式
[0106] 下面结合附图对本发明做出详细地说明：
[0107] 发明提供一种维修和开关操作人员协同调度的配电网韧性提升方法，包括如下步骤：
[0108] 步骤一：输入典型故障场景数据单元的原始数据，包括故障场景预测、灾害持续时间、调度所需时间等；其中：
[0109] ：采用基于场景的随机优化方法考虑极端事件下配电网的失负荷量最小为目标函数，其中，考虑极端事件下配电网的失负荷量最小为目标函数，表示为：
[0110] 其中，约束(1)为极端事件下配电网的deg rec
加权失负荷量最小约束。pc为故障场景的概率；T 为退化阶段持续时间；T 为恢复阶段持续时间；ωj为节点j的负荷权重。
[0111] 本发明建立包含灾害前预防阶段配电网辐射状网络重构约束、维修人员和开关操作人员的预部署约束、配电网潮流及安全约束、退化阶段故障区域约束、配电网失负荷约束约束、灾害后恢复阶段配电网辐射状网络重构约束、配电网潮流及安全约束、故障区域约束、维修人员和开关操作人员调度约束、维修人员故障修复约束、开关操作人员的手动开关切换约束的混合整数线性规划模型，即为最优配电网极端天气应对模型。其中：
[0112] 步骤二，建立包含灾害前预防阶段配电网辐射状网络重构约束、维修人员和开关操作人员的预部署约束、配电网潮流及安全约束
[0113] 灾害前预防阶段配电网辐射状网络重构约束表示为：
[0114]
[0115]
[0116]
[0117] 其中，约束(2)为节点虚拟流注入约束；约束(3)为线路流过虚拟流的限制约束；约束(4)为闭合线路数与根节点数的耦合约束；约束(5)为没有配备开关的线路一直保持闭合。λi和δi为节点i的父节点和子节点集合；ΩL为线路集合；ΩBUSbus pre
为节点集合； 为0‑1变量，预防阶段线路ij是否闭合，若闭合为1；N 为节点总数；Yi 为
0‑1变量，预防阶段节点i是否为源节点，是则为1；M为极大常数； 为预防阶段线路ij流过的商品流；ΩMS为配有手动开关的线路集合；ΩRCS为配有远程可操作开关的线路集合。
[0118] 灾害前预防阶段维修人员和开关操作人员的预部署约束表示为：
[0119]
[0120]
[0121]
[0122]
[0123]
[0124] 其中，约束(6)为每个维修队伍被预先部署在一个站点当中；约束(7)为仓库可以承受维修队伍的数量；约束(8)为维修队伍不会部署到候选站点以外的地方；约束(9)为每个开关操作队伍被预先部署在一个站点当中；约束(10)为仓库可以承受开关操作队伍的数量；约束(11)为开关操作队伍不会部署到候选站点以外的地方。ΩMC为维修人员队伍集合；ΩDE为候选站点集合； 为0‑1变量，预防阶段第k支维修人员队伍部署到位置m，则为1；CMC表示仓库容纳维修人员队伍的上限；ΩRC为开关操作人员队伍集合； 为0‑1变量，预防阶段第k支开关操作人员队伍部署到位置m，则 CRC表示仓库可容纳开关操作人员队伍的上限。
[0125] 灾害前配电网潮流及安全约束表示为：
[0126]
[0127]
[0128]
[0129]
[0130]
[0131]
[0132]
[0133]
[0134]
[0135] 其中，约束(12)和约束(13)分别为节点的有功和无功注入平衡约束；约束(14)为线性化的Distflow潮流平衡约束；约束(15)为节点的电压上下限约束；约束(16)和约束(17)为线路容量约束；约束(18)至约束(21)分别为分布式电源、变电站的有功和无功出力范围约束。λj和δj为节点j的父节点和子节点集合； 和 为节点j的有功和无功负荷； 和 为预防阶段线路的有功和无功功率； 和 为预防阶段节点j的分布式电源注入的有功和无功功率； 和 为预防阶段节点j的变电站注入的有功和无功功率； 为预防阶段节点i的电压；rij和xij分别为线路的电阻和电抗；UR为基准电压； 和 为节点i的电压上下限； 和 为线路的无功和有功容量；
和 为分布式电源有功和无功上限； 和 为变电站有功和无功上限。
[0136] 步骤三，通过故障区域约束、配电网失负荷约束对所述预防阶段配电网极端天气应对模型控制构建退化阶段配电网极端天气应对模型过程；包括：
[0137] 退化阶段故障区域约束表示为：
[0138]
[0139]
[0140] 其中，约束(22)为闭合线路上出现故障，线路两端的节点都将处于故障区域；约束(23)和(24)为闭合线路两端的节点将属于相同的故障区域或非故障区域。ΩC为故障场景集合；fij,c为0‑1变量，表示退化阶段(场景c下)，线路ij是否故障，若故障为1； 为0‑1变量，退化阶段(场景c下)，节点i是否与故障相连属于故障区域节点，若是则为1。
[0141] 退化阶段配电网失负荷约束表示为：
[0142]
[0143] 其中，约束(25)和(26)为处于故障区域的节点将失去全部有功和无功。 和 分别退化阶段(场景c下)，节点j的有功和无功失负荷。
[0144] 步骤四，通过配电网辐射状网络重构约束、配电网潮流及安全约束、故障区域约束、维修人员和开关操作人员调度约束、维修人员故障修复约束、开关操作人员的手动开关切换约束对所述退化阶段配电网极端天气应对模型控制构建恢复阶段配电网极端天气应对模型过程；包括：
[0145] 灾害后恢复阶段配电网辐射状网络重构约束表示为：
[0146]
[0147]
[0148]
[0149] 其中，约束(27)为只有配有远程可操作开关和手动开关的线路才可以进行网络重构；约束(28)为节点虚拟流注入约束；约束(29)为线路流过虚拟流的限制约束；约束(30)为闭合线路数与根节点数的耦合约束。ΩT为恢复阶段的时间集合； 为0‑1变量，线路是否配有远程可操作开关，配有则为1； 为0‑1变量，在恢复阶段t时刻线路ij是否闭合，若闭合为1； 为0‑1变量，线路是否配有手动操作开关，配有则为1； 为0‑1变量，在恢复阶段t时刻节点i是否为源节点，是则为1； 为恢复阶段t时刻线路ij流过的商品流。
[0150] 灾害后恢复阶段配电网潮流及安全约束表示为：
[0151]
[0152]
[0153]
[0154]
[0155]
[0156]
[0157]
[0158]
[0159]
[0160]
[0161]
[0162] 其中，约束(31)和(32)分别为节点的有功和无功注入平衡约束；约束(33)为线性化的D i stf l ow潮流平衡约束；约束(34)和(35)分别为线路的有功和无功潮流容量约束；约束(36)为节点的电压上下限约束；约束(37)至约束(40)分别为分布式电源、变电站的有功和无功出力范围约束。约束(41)和(42)为恢复阶段处于故障区域的节点将失去全部有功和无功。 和 为恢复阶段t时刻线路的有功和无功功率； 和 为恢复阶段t时刻节点j的分布式电源注入的有功和无功功率； 和 为恢复阶段t时刻节点j的变电站注入的有功和无功功率； 为恢复阶段t时刻节点i的电压； 和 为恢复阶段t时刻节点j有功和无功失负荷功率。
[0163] 灾害后恢复阶段故障区域约束表示为：
[0164]
[0165]
[0166]
[0167] 其中，约束(43)为闭合线路上出现故障，线路两端的节点都将处于故障区域；约束(44)和(45)为闭合线路两端的节点将属于相同的故障区域或非故障区域；约束(46)为不应通过切换远程可操作开关和手动开关来扩大故障区域。 为0‑1变量，在恢复阶段t时刻节点i是否为源节点，是则为1； 为恢复阶段t时刻线路ij流过的商品流。 为0‑1变量，恢复阶段t时刻节点i是否与故障相连属于故障区域节点，若是则为1。
[0168] 灾害后恢复阶段维修人员和开关操作人员调度约束表示为：
[0169]
[0170]
[0171]
[0172]
[0173]
[0174]
[0175]
[0176] 其中，约束(47)为维修人员的初始位置；约束(48)为维修人员仅前往故障位置修复故障；约束(49)为一支维修人员队伍只能位于一个位置；约束(50)为维修人员队伍在不同位置间的转移时间约束；约束(51)为开关操作人员的初始位置；约束(52)为开关操作人员往故障位置修复故障；约束(53)为一支开关操作人员队伍只能位于一个位置；约束(54)为开关操作人员队伍在不同位置间的转移时间约束。 为0‑1变量，在恢复阶段(场景c下)，第k支维修人员在t时刻位于位置m，则 T0为恢复阶段开始时刻；ΩFA,C为场景c的故障线路集合； 表mc
示维修人员从位置m到n的时间；T 表示维修所消耗的时间； 为0‑1变量，在恢复阶段(场景c下)，第k个开关操作人员在时段t时位于位置m，则 表示开关操作人员从ms
m到n的时间；T 表示开关操作人员对手动开关操作所需时间。
[0177] 灾害后恢复阶段维修人员故障修复约束表示为：
[0178]
[0179]
[0180]
[0181]
[0182]
[0183] 其中，约束(55)为若被维修，则其接下来的维修状态为“已维修”；约束(56)为线路的初始维修状态；约束(57)为线路需要维修，则在所考虑的时间周期内，必须被维修；约束(58)为线路维修状态和维修人员调度间的耦合约束；约束(59)为维修工作结束后，线路保持正常状态；约束(60)为未受损线路一直保持正常状态。 在恢复阶段(场景c下)，t时刻位置m处的线路是否维修完成，维修完毕为1。
[0184] 灾害后恢复阶段开关操作人员的手动开关切换约束表示为：
[0185]
[0186] 其中，约束(61)为配有手动开关线路正常时，可以正常断开和闭合。当配有手动开关线路故障时，可以断开线路进行故障隔离，不能闭合增加故障区域；约束(62)为手动开关动作与开关操作人员调度间的耦合约束。 在恢复阶段(场景c下)，t时刻位置m处的线路是否闭合，闭合为1。
[0187] 步骤五：所述恢复阶段配电网极端天气应对模型采用最优化处理建立配电网极端天气应对模型输出；其中最优化处理事通过Ya lmi p工具包调用Gurob i进行优化求解将最优配电网极端天气应对模型作为配电网极端天气应对方案输出。
