本發(fā)明涉及輸電系統(tǒng)，具體為一種山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、電力系統(tǒng)作為現代社會的關鍵基礎設施，其可靠性和彈性一直是業(yè)界關注的焦點。隨著極端氣候事件頻發(fā)，特別是山火等自然災害對電網造成的威脅日益嚴重，電力系統(tǒng)的災害應對能力成為亟待解決的問題。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)管理主要側重于正常運行狀態(tài)下的優(yōu)化調度，對于突發(fā)性災害的響應和恢復能力相對欠缺。近年來，雖然智能電網技術的發(fā)展為提高系統(tǒng)彈性提供了新的可能，但在面對大規(guī)模、多線路同時受損的極端情況下，現有的應對策略仍顯不足。特別是在災害發(fā)生后的短期內，如何快速評估系統(tǒng)狀態(tài)、制定最優(yōu)的負荷削減方案，以及在災后如何高效地規(guī)劃和執(zhí)行系統(tǒng)恢復，這些問題尚未得到充分解決。

2、現有的電力系統(tǒng)災害應對技術主要存在以下不足：首先，對于災中響應，大多數方法缺乏對系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的全面考慮，難以在最小化負荷削減的同時確保系統(tǒng)的靜態(tài)安全條件。其次，在災后恢復階段，傳統(tǒng)方法往往采用簡單的啟發(fā)式算法來安排維修隊伍，未能充分考慮維修路徑的優(yōu)化和多隊協同問題，導致恢復效率低下。再者，現有技術通常將災中響應和災后恢復視為兩個獨立的過程，缺乏對整個事件周期的系統(tǒng)性考慮，難以實現全局最優(yōu)的解決方案。最后，對于系統(tǒng)彈性的評估多局限于定性分析，缺乏定量化的評估指標和方法，難以為系統(tǒng)改進提供明確的指導。

技術實現思路

1、鑒于上述存在現有的電力系統(tǒng)災害應對技術在面對極端山火等災害時，存在響應不夠迅速、恢復效率低的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明解決的技術問題是：提出一種基于數學模型的電力系統(tǒng)災害應對及彈性評估方法，提高電網在面對山火等極端事件時的響應能力和恢復效率。

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：一種山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法，包括收集電力系統(tǒng)數據和實時監(jiān)測數據，以最小化負荷削減量為目標，構建輸電系統(tǒng)災中響應模型；收集故障線路數據和維修資源數據，以最小化所有故障線路的總修復時間為目標，構建輸電系統(tǒng)災后恢復模型，將收集的故障線路數據、維修資源數據以及輸電系統(tǒng)災中響應模型的輸出，輸入輸電系統(tǒng)災后恢復模型；基于輸電系統(tǒng)災中響應模型和輸電系統(tǒng)災后恢復模型的輸出，計算線路災后響應與恢復效率，評估山火災害下輸電系統(tǒng)的彈性，調整并完善應急響應策略。

4、作為本發(fā)明的山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的一種優(yōu)選方案，其中：收集電力系統(tǒng)數據和實時監(jiān)測數據包括發(fā)電機出力、負荷需求、線路傳輸容量、山火災害期間的故障線路、跳閘信息以及負荷削減情況。

5、作為本發(fā)明的山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的一種優(yōu)選方案，其中：以最小化負荷削減量為目標，構建輸電系統(tǒng)災中響應模型包括，在極端山火災害下，輸電系統(tǒng)中多條線路發(fā)生故障跳閘，需通過重新調度發(fā)電機出力以及削減負荷的方式滿足系統(tǒng)的靜態(tài)安全條件，輸電系統(tǒng)災中響應模型目標函數與約束條件如下，

6、最小化負荷削減量的目標函數如下：

7、

8、系統(tǒng)功率平衡公式如下：

9、

10、發(fā)電機出力范圍公式如下：

11、0≤pgi,t≤pg,maxi

12、負荷削減極限公式如下：

13、0≤pcurj,t≤pdj,t

14、傳輸容量約束如下：

15、

16、其中，t表示調度周期，t表示時間第t時段，nd表示負荷數目，j表示第j個負荷，pcurj,t表示負荷j在時段t的切負荷功率，ng表示機組數目，i表示第i個機組，pgi,t表示機組i在時段t出力，pdj,t表示負荷j在時段t負荷功率，pg,maxi表示機組i的最大技術出力，hl，i和hl，j分別表示機組i和負荷j在線路l的功率轉移分布因子，fl表示線路l的最大傳輸容量。

17、作為本發(fā)明的山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的一種優(yōu)選方案，其中：收集故障線路數據和維修資源數據包括故障線路的位置、故障線路的數量、故障線路的損壞程度、維修隊伍數量、維修設備和人員配置、維修路徑。

18、作為本發(fā)明的山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的一種優(yōu)選方案，其中：以最小化所有故障線路的總修復時間為目標，構建輸電系統(tǒng)災后恢復模型包括，建立目標函數，最小化所有故障線路的總修復時間；確定維修隊伍的最優(yōu)路徑，規(guī)劃從維修中心到各故障線路的行進路線；分配維修任務進行，確保所有故障線路僅維修一次；計算維修隊伍的到達時間和修復時間，確保維修過程中的時間約束條件滿足。

19、作為本發(fā)明的山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的一種優(yōu)選方案，其中：最小化總修復時間目標函數如下：

20、min∑r∈d\{0}τr

21、其中，d表示檢修中心與故障線路構成的集合，τr表示線路r修復完成時間；

22、維修隊伍c將某線路修復完成后，將前往下一故障線路，需要滿足如下公式：

23、σs∈d\{r}xr,s,c-σs∈d\{r}xs,r,c＝0,r∈d,c∈c

24、其中，xr,s,c和xs,r,c均表示維修人員調度路徑決策變量，xr,s,c表示當維修隊伍c從故障線路r到達故障線路s時，變量xr,s,c取值為1，否則取值為0；當維修隊伍c從故障線路s回到故障線路r時，變量xs,r,c取值為1，否則取值為0，c表示維修隊伍的集合，d表示檢修中心與故障線路構成的集合；

25、規(guī)劃從維修中心到各故障線路的行進路線包括維修隊伍c必須從檢修中心出發(fā)，在完成所有檢修任務后返回檢修中心，維修隊伍路線約束的表達式如下：

26、ncrew＝σc∈cσr∈d\{0}x0,r,c-σc∈c∑r∈d\{0}xr,0,c

27、其中，ncrew表示維修隊伍數量，c表示維修隊伍的索引，c表示維修隊伍的集合，d表示檢修中心與故障線路構成的集合，r表示第r條故障線路，x0,r,c表示當維修隊伍c從檢修中心到達故障線路r時，x0,r,c取值為1，否則取值為0，xr,0,c表示當維修隊伍c從故障線路r回到檢修中心時，xr,0,c取值為1，否則取值為0；

28、設yr,c表示維修隊伍c是否經過故障線路r的二進制變量，經過時取值為1，否則取值為0，yr,c滿足如下公式：

29、yr,c＝∑s∈d\{r}xr,s,c,r∈d,c∈c

30、其中，yr,c表示維修隊伍c是否經過故障線路r的二進制變量，s、r均表示故障線路，c表示維修隊伍的索引，c表示維修隊伍的集合，d表示檢修中心與故障線路構成的集合。

31、作為本發(fā)明的山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的一種優(yōu)選方案，其中：分配維修任務進行，確保所有故障線路僅維修一次；計算維修隊伍的到達時間和修復時間，確保維修過程中的時間約束條件滿足包括，所有故障線路在維修過程僅需維修一次，線路僅需維修一次的約束為：

32、∑c∈cyr,c＝1,r∈d\{0}

33、其中，c表示維修隊伍的索引，c表示維修隊伍的集合，yr,c表示維修隊伍c是否經過故障線路r的二進制變量，r表示故障線路，d表示檢修中心與故障線路構成的集合；設維修隊伍修復故障線路r所需時間為tr,c，維修小組c從r點行駛至s點的時間為trour,s,c，維修隊伍c到達故障線路r的時間為tr,c，則維修隊伍c到達下一故障線路s的時間ts,c滿足如下公式：

34、tr,c-ts,c+tr,c+trour,s,c≤m(1-xr,s,c)

35、

36、其中，m表示上界常數，tinit表示檢修隊伍準備時間，tr,c表示維修隊伍修復故障線路r所需時間，trour,s,c表示維修小組c從r點行駛至s點的時間，tr,c表示維修隊伍c到達故障線路r的時間，ts,c表示維修隊伍c到達下一故障線路s的時間，yr,c表示維修隊伍c是否經過故障線路r的二進制變量，d表示檢修中心與故障線路構成的集合，t0,c維修隊伍c的起始時間；故障線路r維修時間滿足的公式如下：

37、τr≥∑c∈c(tr,c+tr,cyr,c),r∈d\{0}

38、其中，τr表示線路r修復完成時間，c表示維修隊伍的索引，c表示維修隊伍集合，tr,c表示維修隊伍c到達故障線路r的時間，tr,c表示維修隊伍修復故障線路r所需時間，yr,c表示維修隊伍c是否經過故障線路r的二進制變量，d表示檢修中心與故障線路構成的集合；引入二進制變量hr,t表示線路故障r修復完成的時段，若故障線路r在t時段修復完成，則hr,t取值為1，否則取值為0，故障修復完成時段約束的公式如下：

39、

40、其中，ε為小常數，τr表示線路r修復完成時間，t表示調度周期，t表示時間第t時段，r表示故障線路，d表示檢修中心與故障線路構成的集合；引入二進制變量qr,t表示故障線路r的修復狀態(tài)，若在t時段故障線路r已修復完成，則qr,t取值為1，否則為0，故障修復狀態(tài)約束的公式如下：

41、

42、其中，qr,t表示故障線路r的修復狀態(tài)，t表示時間第t時段，m表示時間第m時段，t表示調度周期，hr,m表示故障線路r在時段m的修復完成狀態(tài)。

43、本發(fā)明提供如下技術方案：一種山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復系統(tǒng)，包括：第一模型構建模塊，用于收集電力系統(tǒng)數據和實時監(jiān)測數據，以最小化負荷削減量為目標，構建輸電系統(tǒng)災中響應模型；第二模型構建模塊，用于收集故障線路數據和維修資源數據，以最小化所有故障線路的總修復時間為目標，構建輸電系統(tǒng)災后恢復模型，將收集的故障線路數據、維修資源數據以及輸電系統(tǒng)災中響應模型的輸出，輸入輸電系統(tǒng)災后恢復模型；計算模塊，用于基于輸電系統(tǒng)災中響應模型和輸電系統(tǒng)災后恢復模型的輸出，計算線路災后響應與恢復效率，評估山火災害下輸電系統(tǒng)的彈性，調整并完善應急響應策略。

44、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，處理器執(zhí)行計算機程序時實現如上山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的步驟。

45、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現如上山火災害下輸電系統(tǒng)的災中響應與恢復方法的步驟。

46、本發(fā)明的有益效果：提出的輸電系統(tǒng)災中響應與災后恢復模型，通過精細化建模，更準確地衡量了災后失負荷量與系統(tǒng)恢復正常運行所需時間，彌補了現有技術中對恢復過程簡化處理的不足，有助于更精確地評估系統(tǒng)彈性，優(yōu)化資源調度，從而提高恢復效率；通過考慮故障元件的地理位置、檢修人員調度和修復時間等復雜因素，本發(fā)明的系統(tǒng)恢復模型更加貼近實際操作環(huán)境，克服了現有技術中模型假設過于簡化的局限性，提高了模型的實用性和準確性；通過優(yōu)化維修隊伍的檢修路徑，確保維修人員能以最短時間修復所有故障線路并返回檢修中心，有效減少了故障線路的總修復時間，加快了電力系統(tǒng)的恢復速度，降低了因山火災害導致的社會經濟損失；通過智能化調度和優(yōu)化策略，增強了電力系統(tǒng)在面對極端山火災害時的韌性與穩(wěn)定性，確保了電力供應的安全與連續(xù)性，對于保障社會經濟活動的正常運行具有重要意義；通過精確的評估、預測和調度，減少了不必要的資源浪費，降低了災后恢復的成本，同時提高了電力系統(tǒng)災后恢復的效率，實現了成本效益與恢復效率的雙重提升。