一种在暴雨灾害下的城市配电网韧性提升方法

本发明涉及城市配电网，尤其涉及一种在暴雨灾害下的城市配电网韧性提升方法。

背景技术：

1、近年来，极端事件频繁发生，在此过程中可能会破坏电力系统基础设施，使电力系统安全稳定运行受到新的挑战。而且严重的极端事件甚至会导致系统崩溃。

2、目前对于极端事件，一般的研究通常聚焦于飓风、地震、冰雪暴，或从网络攻击的角度考虑拒绝服务攻击与故障数据注入等，它们都有明确的事件特征与模型。

3、同时，为了提高电力系统在极端场景下的恢复能力，许多韧性提升方法被提出，包括灾前设备加固、灾时微网重构、灾后维修资源与应急供电资源的调度等。

4、其中，在灾前设备加固中，通常建立一种两阶段鲁棒模型研究防御策略，此为一个防守–攻击–防守的过程，且用于城市配电网灾前预防的两阶段鲁棒模型只考虑策略的空间分布，一般形式如下所示：

5、;

6、式中，表示防御策略，表示攻击策略，表示决策变量，表示目标函数；其中，，，表示可防御/攻击位置总数。

7、可知所采用的两阶段鲁棒模型不适用于多阶段攻击，如暴雨，所得到的策略仅体现防御/攻击的空间分布特性忽视了时间分布特性。

8、在灾后恢复过程，用于城市配电网灾后恢复的维修班组路由规划通常认为第一时段所有故障已经发生，进而根据已有点位建立旅行商模型，根据不同故障点位的距离和负荷重要性求解最优路径，路由模型表示如下：

9、；

10、；

11、；

12、式中，表示时间索引，表示维修班组索引，表示路由顶点索引，表示路由顶点集合，表示路径索引，表示维修班组是否到达顶点，表示路径所连的顶点，表示辅助变量，表示路径通行时间，表示时段数，表示故障是否被修复，表示故障修复时间。

13、可知，此方法无法考虑维修班组路由规划中故障的发生次序，所得策略与最优路径有所偏差。

技术实现思路

1、本发明提供一种在暴雨灾害下的城市配电网韧性提升方法，考虑了灾前预防的多阶段过程，提出适用于暴雨灾害下城市配电网灾前预防的多阶段鲁棒模型，能刻画防御与攻击的空间、时间分布特性，使建模更符合实际，从而解决了现有研究在灾前预防未考虑灾害的时间分布特性，在灾后恢复未考虑故障次序，在工程应用中不满足现实需求的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种在暴雨灾害下的城市配电网韧性提升方法，包括以下步骤：

3、s1、灾前预防同时考虑了暴雨攻击的空间分布特性和时间分布特性，建立多阶段鲁棒模型并采用滚动策略求解；

4、s2、灾后恢复过程考虑维修班组路由规划中故障发生次序以及内涝影响建立路由模型；

5、s3、仿真验证。

6、优选的，步骤s1具体包括以下步骤：

7、s11、针对暴雨对城市配电网运行的多阶段攻击过程，建立如下多阶段鲁棒模型：

8、 （1）

9、式中，为第一时段防御策略；为第一时段攻击策略；为第二时段防御策略；为第二时段攻击策略；为第t时段防御策略；为第t时段攻击策略；为决策变量；为目标函数；

10、s12、根据多阶段鲁棒模型转两阶段鲁棒过程以及仿射规则，将多阶段鲁棒模型等效为城市配电网三层规划模型：

11、 （2）

12、式中，表示外层防御决策集，表示中层攻击决策集，表示内层决策集；

13、s13、滚动策略求解。

14、优选的，步骤s12所述的城市配电网三层规划模型表达式如下：

15、  （3）

16、式中，均表示0/1变量，表示连续变量，均表示常系数矩阵，分别表示与有关的系数矩阵；

17、外层模型：

18、 （4）

19、式中，表示某次防御最多耐受的攻击次数，表示防御预算，分别表示变电站、燃气分布式发电机组、非燃气的分布式发电、线路索引；表示时间集；表示时间；表示变电站是否被防御；表示燃气分布式发电机组是否被防御；表示非燃气的分布式发电是否被防御；表示线路是否被防御；表示中层问题充当外层模型的约束；

20、中层模型：

21、 （5）

22、式中，表示攻击预算；表示变电站是否被攻击；表示燃气分布式发电机组是否被攻击；表示非燃气的分布式发电是否被攻击；表示线路是否被攻击；表示内层问题充当中层模型的约束；

23、内层问题：

24、目标函数：

25、 （6）

26、式中，分别表示变电站有功输出成本、燃气分布式发电机组有功输出成本、非燃气的分布式发电有功输出成本、切电负荷成本，分别表示变电站有功输出、燃气分布式发电机组有功输出、非燃气的分布式发电有功输出、切电负荷量，表示电负荷索引，分别表示变电站、燃气分布式发电机组、非燃气的分布式发电、电负荷的集合；

27、元件运行状态：

28、 （7）

29、式中，表示元件运行状态，1表示正常运行，0表示故障；表示元件受攻击状态，1表示受到攻击，0表示未受攻击；表示元件防御状态，1表示可有效防御攻击，0表示无法防御攻击；

30、有功/无功出力：

31、 （8）

32、式中，表示变电站无功输出、燃气分布式发电机组无功输出、非燃气的分布式发电无功输出；表示变电站有功输出下限、燃气分布式发电机组有功输出下限、非燃气的分布式发电有功输出下限；表示变电站有功输出上限、燃气分布式发电机组有功输出上限、非燃气的分布式发电有功输出上限；表示变电站无功输出下限、燃气分布式发电机组无功输出下限、非燃气的分布式发电无功输出下限；表示变电站无功输出上限、燃气分布式发电机组无功输出上限、非燃气的分布式发电无功输出上限；

33、电压约束：

34、 （9）

35、式中，表示母线电压平方，表示母线电压平方下边界、上边界；

36、电流约束：

37、 （10）

38、式中，表示线路电流平方，表示线路电流平方上限；

39、电压下降约束：

40、 （11）

41、式中，表示线路所连末端、首端母线，分别表示线路电阻、电抗，表示线路有功、无功功率；表示线路是否正常运行；表示线路所连末端母线电压平方；表示线路所连首端母线电压平方；表示线路有功功率；表示线路无功功率；表示线路电流平方；

42、线路功率约束：

43、 （12）

44、式中，表示相对有功、无功功率要大很多的数值；

45、功率定义约束：

46、 （13）

47、功率平衡：

48、（14）

49、式中，表示有功、无功负荷量，表示切无功负荷量；表示末端连接到母线的线路；表示首端连接到母线的线路；表示连接到母线的切负荷量；

50、切电负荷非负：

51、 （15）。

52、优选的，s13具体包括以下步骤：

53、s131、建立滚动时间窗：

54、选择时间窗的窗长为，每次滚动计算窗长内的多阶段鲁棒问题：当时，多阶段鲁棒问题对应单时段的两阶段鲁棒模型；当与总时段相同时，多阶段鲁棒问题对应未简化的多阶段鲁棒模型；

55、s132、初始化参数：

56、设定时间窗内计算的恒定攻击预算和时间窗滚动变化的周期，同时设定滚动索引；

57、s133、滚动计算：

58、对第次计算，防御预算表达式如下：

59、 （16）

60、式中，表示基本防御预算；表示整数变量；表示时间窗滚动变化的周期；

61、s134、利用嵌套c&cg求解时间窗内的多阶段鲁棒模型，制定最优防御策略，表示解得的防御策略；

62、s135、利用归一化计算防御优先级：

63、 （17）

64、式中，表示第次计算解得的防御策略。

65、优选的，步骤s2所述的路由模型表达式如下：

66、  （18）

67、 （19）

68、 （20）

69、式中，表示故障发生时刻；表示维修班组是否到达顶点；表示路由顶点索引；表示路由顶点集合；表示维修班组索引；表示路径首端的维修班组位置状态；表示路径末端的维修班组位置状态；表示路径索引；表示辅助变量；表示路径通行时间；表示故障是否被修复；表示故障修复时间。

70、优选的，在考虑攻击次序和内涝影响的路由决策为：

71、利用已有道路信息建立实时道路信息表，映射所有点位间任意两点的路径连接信息，寻找最短路径表示路径通行时间；

72、叠加由于道路通行时间受到暴雨导致不同等级内涝的影响产生的时延，实时更新路由决策。

73、优选的，步骤s12所述的外层防御决策集、中层攻击决策集和内层决策集均具有时间特性，因为攻击策略与防御策略在不同时间段内认为是受暴雨灾害影响而变化的。

74、本发明具有以下有益效果：

75、1、灾前预防同时考虑了暴雨攻击的空间、时间分布特性，使建模更符合实际。

76、2、对于利用嵌套c&cg求解多阶段鲁棒模型，随着防御预算、攻击预算、模型考虑时段数的增多，模型的计算代价会增大至无法承担，在原求解方法的基础上提出滚动决策方法计算防御优先级，减少计算负担，使得多阶段鲁棒模型的求解速度得到显著提升。

77、3、灾后恢复考虑了故障次序以及内涝影响，使维修班组的抢修调度更加合理。

78、4、考虑了暴雨内涝的影响，提出实时道路信息表的概念用于路由快速决策，保证维修班组道路通行时间受影响下也能进行最佳的路径规划，且实时道路信息表通过映射数值的比较避免了采用最优路径算法，加快了求解。

79、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。