一种山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法及系统与流程

本发明涉及输电系统，具体为一种山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法及系统。

背景技术：

1、电力系统作为现代社会的关键基础设施，其可靠性和弹性一直是业界关注的焦点。随着极端气候事件频发，特别是山火等自然灾害对电网造成的威胁日益严重，电力系统的灾害应对能力成为亟待解决的问题。传统的电力系统管理主要侧重于正常运行状态下的优化调度，对于突发性灾害的响应和恢复能力相对欠缺。近年来，虽然智能电网技术的发展为提高系统弹性提供了新的可能，但在面对大规模、多线路同时受损的极端情况下，现有的应对策略仍显不足。特别是在灾害发生后的短期内，如何快速评估系统状态、制定最优的负荷削减方案，以及在灾后如何高效地规划和执行系统恢复，这些问题尚未得到充分解决。

2、现有的电力系统灾害应对技术主要存在以下不足：首先，对于灾中响应，大多数方法缺乏对系统整体稳定性的全面考虑，难以在最小化负荷削减的同时确保系统的静态安全条件。其次，在灾后恢复阶段，传统方法往往采用简单的启发式算法来安排维修队伍，未能充分考虑维修路径的优化和多队协同问题，导致恢复效率低下。再者，现有技术通常将灾中响应和灾后恢复视为两个独立的过程，缺乏对整个事件周期的系统性考虑，难以实现全局最优的解决方案。最后，对于系统弹性的评估多局限于定性分析，缺乏定量化的评估指标和方法，难以为系统改进提供明确的指导。

技术实现思路

1、鉴于上述存在现有的电力系统灾害应对技术在面对极端山火等灾害时，存在响应不够迅速、恢复效率低的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：提出一种基于数学模型的电力系统灾害应对及弹性评估方法，提高电网在面对山火等极端事件时的响应能力和恢复效率。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法，包括收集电力系统数据和实时监测数据，以最小化负荷削减量为目标，构建输电系统灾中响应模型；收集故障线路数据和维修资源数据，以最小化所有故障线路的总修复时间为目标，构建输电系统灾后恢复模型，将收集的故障线路数据、维修资源数据以及输电系统灾中响应模型的输出，输入输电系统灾后恢复模型；基于输电系统灾中响应模型和输电系统灾后恢复模型的输出，计算线路灾后响应与恢复效率，评估山火灾害下输电系统的弹性，调整并完善应急响应策略。

4、作为本发明的山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的一种优选方案，其中：收集电力系统数据和实时监测数据包括发电机出力、负荷需求、线路传输容量、山火灾害期间的故障线路、跳闸信息以及负荷削减情况。

5、作为本发明的山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的一种优选方案，其中：以最小化负荷削减量为目标，构建输电系统灾中响应模型包括，在极端山火灾害下，输电系统中多条线路发生故障跳闸，需通过重新调度发电机出力以及削减负荷的方式满足系统的静态安全条件，输电系统灾中响应模型目标函数与约束条件如下，

6、最小化负荷削减量的目标函数如下：

7、

8、系统功率平衡公式如下：

9、

10、发电机出力范围公式如下：

11、0≤pgi,t≤pg,maxi

12、负荷削减极限公式如下：

13、0≤pcurj,t≤pdj,t

14、传输容量约束如下：

15、

16、其中，t表示调度周期，t表示时间第t时段，nd表示负荷数目，j表示第j个负荷，pcurj,t表示负荷j在时段t的切负荷功率，ng表示机组数目，i表示第i个机组，pgi,t表示机组i在时段t出力，pdj,t表示负荷j在时段t负荷功率，pg,maxi表示机组i的最大技术出力，hl，i和hl，j分别表示机组i和负荷j在线路l的功率转移分布因子，fl表示线路l的最大传输容量。

17、作为本发明的山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的一种优选方案，其中：收集故障线路数据和维修资源数据包括故障线路的位置、故障线路的数量、故障线路的损坏程度、维修队伍数量、维修设备和人员配置、维修路径。

18、作为本发明的山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的一种优选方案，其中：以最小化所有故障线路的总修复时间为目标，构建输电系统灾后恢复模型包括，建立目标函数，最小化所有故障线路的总修复时间；确定维修队伍的最优路径，规划从维修中心到各故障线路的行进路线；分配维修任务进行，确保所有故障线路仅维修一次；计算维修队伍的到达时间和修复时间，确保维修过程中的时间约束条件满足。

19、作为本发明的山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的一种优选方案，其中：最小化总修复时间目标函数如下：

20、min∑r∈d\{0}τr

21、其中，d表示检修中心与故障线路构成的集合，τr表示线路r修复完成时间；

22、维修队伍c将某线路修复完成后，将前往下一故障线路，需要满足如下公式：

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均表示维修人员调度路径决策变量，xr,s,c表示当维修队伍c从故障线路r到达故障线路s时，变量xr,s,c取值为1，否则取值为0；当维修队伍c从故障线路s回到故障线路r时，变量xs,r,c取值为1，否则取值为0，c表示维修队伍的集合，d表示检修中心与故障线路构成的集合；

25、规划从维修中心到各故障线路的行进路线包括维修队伍c必须从检修中心出发，在完成所有检修任务后返回检修中心，维修队伍路线约束的表达式如下：

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

27、其中，ncrew表示维修队伍数量，c表示维修队伍的索引，c表示维修队伍的集合，d表示检修中心与故障线路构成的集合，r表示第r条故障线路，x0,r,c表示当维修队伍c从检修中心到达故障线路r时，x0,r,c取值为1，否则取值为0，xr,0,c表示当维修队伍c从故障线路r回到检修中心时，xr,0,c取值为1，否则取值为0；

28、设yr,c表示维修队伍c是否经过故障线路r的二进制变量，经过时取值为1，否则取值为0，yr,c满足如下公式：

29、yr,c＝∑s∈d\{r}xr,s,c,r∈d,c∈c

30、其中，yr,c表示维修队伍c是否经过故障线路r的二进制变量，s、r均表示故障线路，c表示维修队伍的索引，c表示维修队伍的集合，d表示检修中心与故障线路构成的集合。

31、作为本发明的山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的一种优选方案，其中：分配维修任务进行，确保所有故障线路仅维修一次；计算维修队伍的到达时间和修复时间，确保维修过程中的时间约束条件满足包括，所有故障线路在维修过程仅需维修一次，线路仅需维修一次的约束为：

32、∑c∈cyr,c＝1,r∈d\{0}

33、其中，c表示维修队伍的索引，c表示维修队伍的集合，yr,c表示维修队伍c是否经过故障线路r的二进制变量，r表示故障线路，d表示检修中心与故障线路构成的集合；设维修队伍修复故障线路r所需时间为tr,c，维修小组c从r点行驶至s点的时间为trour,s,c，维修队伍c到达故障线路r的时间为tr,c，则维修队伍c到达下一故障线路s的时间ts,c满足如下公式：

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

35、

36、其中，m表示上界常数，tinit表示检修队伍准备时间，tr,c表示维修队伍修复故障线路r所需时间，trour,s,c表示维修小组c从r点行驶至s点的时间，tr,c表示维修队伍c到达故障线路r的时间，ts,c表示维修队伍c到达下一故障线路s的时间，yr,c表示维修队伍c是否经过故障线路r的二进制变量，d表示检修中心与故障线路构成的集合，t0,c维修队伍c的起始时间；故障线路r维修时间满足的公式如下：

37、τr≥∑c∈c(tr,c+tr,cyr,c),r∈d\{0}

38、其中，τr表示线路r修复完成时间，c表示维修队伍的索引，c表示维修队伍集合，tr,c表示维修队伍c到达故障线路r的时间，tr,c表示维修队伍修复故障线路r所需时间，yr,c表示维修队伍c是否经过故障线路r的二进制变量，d表示检修中心与故障线路构成的集合；引入二进制变量hr,t表示线路故障r修复完成的时段，若故障线路r在t时段修复完成，则hr,t取值为1，否则取值为0，故障修复完成时段约束的公式如下：

39、

40、其中，ε为小常数，τr表示线路r修复完成时间，t表示调度周期，t表示时间第t时段，r表示故障线路，d表示检修中心与故障线路构成的集合；引入二进制变量qr,t表示故障线路r的修复状态，若在t时段故障线路r已修复完成，则qr,t取值为1，否则为0，故障修复状态约束的公式如下：

41、

42、其中，qr,t表示故障线路r的修复状态，t表示时间第t时段，m表示时间第m时段，t表示调度周期，hr,m表示故障线路r在时段m的修复完成状态。

43、本发明提供如下技术方案：一种山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复系统，包括：第一模型构建模块，用于收集电力系统数据和实时监测数据，以最小化负荷削减量为目标，构建输电系统灾中响应模型；第二模型构建模块，用于收集故障线路数据和维修资源数据，以最小化所有故障线路的总修复时间为目标，构建输电系统灾后恢复模型，将收集的故障线路数据、维修资源数据以及输电系统灾中响应模型的输出，输入输电系统灾后恢复模型；计算模块，用于基于输电系统灾中响应模型和输电系统灾后恢复模型的输出，计算线路灾后响应与恢复效率，评估山火灾害下输电系统的弹性，调整并完善应急响应策略。

44、一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如上山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的步骤。

45、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现如上山火灾害下输电系统的灾中响应与恢复方法的步骤。

46、本发明的有益效果：提出的输电系统灾中响应与灾后恢复模型，通过精细化建模，更准确地衡量了灾后失负荷量与系统恢复正常运行所需时间，弥补了现有技术中对恢复过程简化处理的不足，有助于更精确地评估系统弹性，优化资源调度，从而提高恢复效率；通过考虑故障元件的地理位置、检修人员调度和修复时间等复杂因素，本发明的系统恢复模型更加贴近实际操作环境，克服了现有技术中模型假设过于简化的局限性，提高了模型的实用性和准确性；通过优化维修队伍的检修路径，确保维修人员能以最短时间修复所有故障线路并返回检修中心，有效减少了故障线路的总修复时间，加快了电力系统的恢复速度，降低了因山火灾害导致的社会经济损失；通过智能化调度和优化策略，增强了电力系统在面对极端山火灾害时的韧性与稳定性，确保了电力供应的安全与连续性，对于保障社会经济活动的正常运行具有重要意义；通过精确的评估、预测和调度，减少了不必要的资源浪费，降低了灾后恢复的成本，同时提高了电力系统灾后恢复的效率，实现了成本效益与恢复效率的双重提升。