一种极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法技术

本发明专利技术涉及电力系统差异化规划技术，具体涉及一种极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法，具体包括：构建Batts风场模型模拟台风灾害，构建电网线路故障恢复模型和考虑重要负荷供电的电网韧性评估指标；以电网韧性提升回报率为目标函数构建电网差异化规划两阶段优化模型，采用改进PSO算法进行求解，得到电网输电线路防护等级差异化加强方案。该方法能够有效提升电网韧性和对韧性资源的支撑能力，同时节约投资规模。该方法对于增强电网抗灾能力、保障电网在严重自然灾害下的安全可靠运行意义重大。同时为电网规划部门制定差异化规划方案提供参考，有利于提升电网抗灾能力，保障社会用电安全。社会用电安全。社会用电安全。

【技术实现步骤摘要】
一种极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法


[0001]本专利技术属于电力系统差异化规划
，特别涉及一种极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法。

技术介绍

[0002]台风灾害易使电网产生群发性地断线从而演化为大型停电事故，造成巨大经济损失。近年来，电网部门引入“韧性(Resilience)”概念来评估电网在极端灾害下减小故障损失并尽快恢复到正常供电的能力。然而，现有韧性评估方法在区分负荷重要程度时主观性较强。在韧性提升措施上，差异化规划方法具备较好的应用潜力，同时，需要校验规划方案对系统韧性资源利用的支撑作用。

技术实现思路

[0003]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供一种极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1、基于Batts风场模型模拟台风灾害；
[0006]步骤2、构建输电线路故障恢复模型，计算线路故障率及恢复时间；
[0007]步骤3、构建考虑重要负荷供电的电网韧性评估指标；
[0008]步骤4、以电网韧性提升回报率为目标函数，构建电网差异化规划两阶段优化模型；
[0009]步骤5、采用改进PSO算法对构建的模型进行求解，得到电网差异化规划方案。
[0010]在上述极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法中，步骤1的实现包括以下具体步骤：
[0011]步骤1.1、根据预报信息计算最大风速半径R
max
及梯度风速V
gx
；
[0012]步骤1.1.1、计算最大风速半径R
max
；
[0013]Batts风场模型所需预报信息包括台风登陆时气旋中心与外围气压差ΔPhPa和台风移动速度V
T
m/s；并可通过中心气压差计算风场气旋中心到最强烈风带的距离R
max
，计算公式如下：
[0014][0015]式中：ΔP为气旋中心与外围气压差，气旋外围气压取标准大气压1013hPa；
[0016]步骤1.1.2、计算梯度风速V
gx
；
[0017]根据最大风速半径R
max
，计算风场气压梯度力造成的梯度风速V
gx
，计算公式如下：
[0018][0019]式中：θ为经验系数，取6.72；f为地球自转科氏力系数；
[0020]步骤1.2、计算风场范围内最大风速V
Rmax
及各点风速V
r
；
[0021]步骤1.2.1、计算风场范围内最大风速V
Rmax
；
[0022]风场范围内最大风速V
Rmax
出现在最大风速半径R
max
处，计算公式如下：
[0023][0024]式中：V
T
为台风移动速度；
[0025]步骤1.2.2、计算风场范围内各点风速V
r
；
[0026]风场中各点瞬时风速由研究点至风场中心距离r计算：
[0027][0028]式中：r为研究点至风场中心距离；V
rin
、V
rout
分别为r小于和大于R
max
时研究点的瞬时风速；x为台风沿径向强度衰减参数，取0.5；
[0029]步骤1.3、根据台风强度衰减得到Batts风场时空模型；
[0030]修正风场气旋中心与外围气压差ΔP为台风登陆时间t的函数ΔP(t)，如下式：
[0031]ΔP(t)＝ΔP0(1
‑
e
τt
)
[0032]式中：t为风场中心气旋气压增大时间常数，ΔP0为台风登陆时初始中心气压差。
[0033]在上述极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法中，步骤2的实现包括以下具体步骤：
[0034]步骤2.1、通过元件易损曲线计算极端天气状况下系统线路故障率；
[0035]以台风风速为特征，构建台风运行工况下线路故障模型：当线路研究点风速v小于线路设计风速V
N
时，线路故障率为0；当v>2V
N
时，线路故障率为1；其余情况下，线路故障率以指数增长，如下式：
[0036][0037]步骤2.2、通过β分布计算线路故障恢复所需时间；
[0038]线路故障后，通过操作恢复供电的时间服从β分布，其期望、标准差如下式：
[0039][0040]式中：t
c
为故障线路通过操作恢复供电所需时间；对每个线路操作通过三个持续时间的估计：乐观恢复时间A、最可能恢复时间M和悲观恢复时间B。
[0041]在上述极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法中，步骤3的实现包括以下具体步骤：
[0042]步骤3.1、构建考虑系统负荷损失的大小、故障持续时间和重要负荷的最大损失的差异化韧性评估指标；
[0043]采用Differentiated Resilience DR指标来评估电网韧性，如下式：
[0044][0045]式中：E(
·
)表示数学期望；T为研究周期；l
R(t)
为系统正常状态运行曲线；l
I(t)
为系统遭受极端灾害时系统运行曲线；系数1/2使韧性评估结果为[0,1]之间的浮点数；
[0046]步骤3.2、计算离散仿真下电网差异化韧性评估指标；
[0047]仿真过程中，DR指标计算如下式：
[0048][0049]式中：N为抽样场景数量；T为仿真时长，ΔT为仿真步长；为第k个抽样场景下，第i个仿真步长里系统负荷保有量；L
total
为系统总负荷量；为第k个抽样场景下重要负荷最小保有量；L
Stotal
为系统重要负荷总量；
[0050]步骤3.3、电网差异化韧性评估流程：
[0051]电网韧性评估基于灾害故障与恢复模拟，得到网络拓扑结构的动态变化；根据系统故障响应，即最优切负荷模型得到系统状态变化；根据蒙特卡洛抽样下的N次系统韧性均值量化系统韧性。
[0052]在上述极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法中，步骤4的实现包括以下具体步骤：
[0053]步骤4.1、第一阶段优化以韧性提升回报率最大为目标函数，通过差异化规划方法对输电线路防护等级进行差异化加强；第一阶段优化模型为：
[0054][0055]式中：DR
ROI
为韧性提升回报率；ΔDR为电网采用差异化加固时获得的韧性提升大小；F
LCC
为该方案的全寿命周期成本；为所有线路均采用最高防护等级的全寿命周期成本；U
i,t
、U
j,t
分别为节点i，j在t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、基于Batts风场模型模拟台风灾害；步骤2、构建输电线路故障恢复模型，计算线路故障率及恢复时间；步骤3、构建考虑重要负荷供电的电网韧性评估指标；步骤4、以电网韧性提升回报率为目标函数，构建电网差异化规划两阶段优化模型；步骤5、采用改进PSO算法对构建的模型进行求解，得到电网差异化规划方案。2.根据权利要求1所述极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法，其特征在于：步骤1的实现包括以下具体步骤：步骤1.1、根据预报信息计算最大风速半径R
max
及梯度风速V
gx
；步骤1.1.1、计算最大风速半径R
max
；Batts风场模型所需预报信息包括台风登陆时气旋中心与外围气压差ΔPhPa和台风移动速度V
T
m/s；并可通过中心气压差计算风场气旋中心到最强烈风带的距离R
max
，计算公式如下：式中：ΔP为气旋中心与外围气压差，气旋外围气压取标准大气压1013hPa；步骤1.1.2、计算梯度风速V
gx
；根据最大风速半径R
max
，计算风场气压梯度力造成的梯度风速V
gx
，计算公式如下：式中：θ为经验系数，取6.72；f为地球自转科氏力系数；步骤1.2、计算风场范围内最大风速V
Rmax
及各点风速V
r
；步骤1.2.1、计算风场范围内最大风速V
Rmax
；风场范围内最大风速V
Rmax
出现在最大风速半径R
max
处，计算公式如下：式中：V
T
为台风移动速度；步骤1.2.2、计算风场范围内各点风速V
r
；风场中各点瞬时风速由研究点至风场中心距离r计算：式中：r为研究点至风场中心距离；V
rin
、V
rout
分别为r小于和大于R
max
时研究点的瞬时风速；x为台风沿径向强度衰减参数，取0.5；步骤1.3、根据台风强度衰减得到Batts风场时空模型；修正风场气旋中心与外围气压差ΔP为台风登陆时间t的函数ΔP(t)，如下式：ΔP(t)＝ΔP0(1
‑
e
τt
)式中：t为风场中心气旋气压增大时间常数，ΔP0为台风登陆时初始中心气压差。3.根据权利要求1所述极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法，其特征在于：步骤2的实现包括以下具体步骤：步骤2.1、通过元件易损曲线计算极端天气状况下系统线路故障率；
以台风风速为特征，构建台风运行工况下线路故障模型：当线路研究点风速v小于线路设计风速V
N
时，线路故障率为0；当v>2V
N
时，线路故障率为1；其余情况下，线路故障率以指数增长，如下式：步骤2.2、通过β分布计算线路故障恢复所需时间；线路故障后，通过操作恢复供电的时间服从β分布，其期望、标准差如下式：式中：t
c
为故障线路通过操作恢复供电所需时间；对每个线路操作通过三个持续时间的估计：乐观恢复时间A、最可能恢复时间M和悲观恢复时间B。4.根据权利要求1所述极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法，其特征在于：步骤3的实现包括以下具体步骤：步骤3.1、构建考虑系统负荷损失的大小、故障持续时间和重要负荷的最大损失的差异化韧性评估指标；采用Differentiated Resilience DR指标来评估电网韧性，如下式：式中：E(
·
)表示数学期望；T为研究周期；l
R(t)
为系统正常状态运行曲线；l
I(t)
为系统遭受极端灾害时系统运行曲线；系数1/2使韧性评估结果为[0,1]之间的浮点数；步骤3.2、计算离散仿真下电网差异化韧性评估指标；仿真过程中，DR指标计算如下式：式中：N为抽样场景数量；T为仿真时长，ΔT为仿真步长；为第k个抽样场景下，第i个仿真步长里系统负荷保有量；L
total
为系统总负荷量；为第k个抽样场景下重要负荷最小保有量；L
Stotal
为系统重要负荷总量；步骤3.3、电网差异化韧性评估...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，黄文鑫，陈逸珲，郭子辉，刘子晨，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：