考虑移动电源支撑的山火灾后电网负荷恢复方法及系统与流程

本发明涉及山火灾害后的电网负荷恢复领域，具体涉及考虑移动电源支撑的山火灾后电网负荷恢复方法及系统。

背景技术：

1、在过去的几十年里，世界范围内山火发生数量一直呈上升趋势。山火给森林资源、森林生态系统和人类生命财产带来严重危害和损失，同时也严重影响了电网的安全运行。据太平洋燃气电力公司宣布，从2015到2017年，加州电网造成了414起火灾。2010年至2014年期间，德克萨斯州发生4000多起与电网有关的山火。2001年至2009年，南方电网共发生63起因山火导致电网线路中断事故。据2000-2016年期间的统计分析表明，山火使加州部分输配电系统的公用事业损失超过7亿美元，严重的山火风险迫使电力公司于2019年切断了美国加利福尼亚州80万客户的电力，造成了巨大经济损失。目前山火灾害已经成为影响电网线路安全运行的最严重的自然灾害之一，因此提高电网对于山火灾害的预警及灾后恢复能力的各种研究，成为近年来的研究热点之一。

2、目前针对山火蔓延的模拟常采用元胞自动机模型，现有方法仅考虑了元胞转换规则，忽略了山火蔓延的真实速度；且其模型需要输入大量有嵌套关系的参数，限制了其应用场景；也没有结合移动电源与psps计划来进行负荷恢复。

3、有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供考虑移动电源支撑的山火灾后电网负荷恢复方法及系统，本发明通过易燃物因子、风因子以及地形因子等因素，并进一步考虑随机因子，使元胞自动机模型能更精准的模拟山火蔓延的过程。同时，本发明结合移动电源(mpss，包括移动电源车和移动储能)的时空灵活性优势，在配网中利用移动电源来进行灾后负荷恢复，其中移动电源的调度决策与停电计划psps(public-safety power-shutoff)行动的决策共同进行优化，通过移动电源的时空灵活性优势，尽可能的恢复最大负荷。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了考虑移动电源支撑的山火灾后电网负荷恢复方法，该方法包括：

4、通过元胞自动机模型模拟山火发生的时空过程，预测山火进入电网线路安全缓冲区的初始时间和地点；

5、根据所述初始时间和地点，基于山火预测和气隙击穿机理，计算受山火影响的电网线路跳闸概率；并根据所述电网线路跳闸概率制定psps停电计划；

6、基于所述停电计划，以停电成本、应急移动发电车发电成本以及移动储能运行成本最小为目标形成目标函数，求解得到考虑应急资源调度的山火灾后电网恢复策略。

7、进一步地，通过元胞自动机模型模拟山火发生的时空过程，包括：

8、获取山火发生信息，所述山火发生信息包括易燃物因子、风因子、地形因子和随机因子；

9、根据所述山火发生信息，通过元胞自动机模型模拟山火发生的时空过程，计算每个元胞的传热速度；

10、根据所述传热速度及该元胞周围8个细胞，计算各个元胞的生命周期。

11、进一步地，所述传热速度的计算公式为：

12、v＝v0×ks×kw×kt×ra

13、式中，v为元胞的传热速度，v0为风的初始扩散速度，ks为易燃物因子，kw为风因子，kt为地形因子，ra为随机因子；

14、元胞的生命周期的计算公式为：

15、

16、式中，为中心细胞(x,y)在t+1时刻的生命周期；中心细胞(x,y)在t时刻的生命周期；为细胞(x-1,y)在t时刻的生命周期；其他解释类似；δt为时间间隔；a为元胞单元长度。

17、进一步地，根据所述初始时间和地点，基于山火预测和气隙击穿机理，计算受山火影响的电网线路跳闸概率；并根据所述电网线路跳闸概率制定psps停电计划，包括：

18、根据所述初始时间和地点，基于山火预测和气隙击穿机理，计算火焰温度引起的空气相对密度；

19、根据所述空气相对密度和空气密度修正指数，计算温度校正因子；并根据山火的烟雾密度，计算烟雾校正因子；

20、根据所述温度校正因子、烟雾校正因子和50％的击穿电压，计算修正后的击穿电压；

21、根据修正后的击穿电压，计算受山火影响的电网线路跳闸概率；

22、根据电网线路跳闸概率及设定阈值进行比较，制定psps停电计划。

23、进一步地，所述电网线路跳闸概率的计算公式为：

24、

25、

26、式中，p(b)为气隙击穿概率，即电网线路跳闸概率；u为电网实际峰值电压；为修正后的击穿电压；z为变异系数。

27、进一步地，在以上得到停电计划的基础上，对停电计划中的停电阶段(具体哪个时间段哪条线路进行停电)进行优化，即结合移动电源(mpss，包括移动电源车和移动储能)的时空灵活性优势，在配网中利用移动电源来进行灾后负荷恢复，其中移动电源的调度决策与psps行动的决策共同进行优化，通过移动电源的时空灵活性优势，尽可能的恢复最大负荷。

28、所述目标函数为：

29、

30、式中：βt为t时刻的售电价格；为节点i在t时刻的实际有功需求；为节点i在t时刻的有功停电比例；和分别为移动电源车和移动储能车的运行成本系数；为t时刻应急发电车输入到节点i的有功功率；为t时刻储能m对于节点i的实际充电功率。

31、进一步地，所述目标函数的约束条件包括移动应急资源运行约束，所述移动应急资源运行约束包括：

32、荷电约束：

33、

34、式中：为位于节点i处的储能在t时刻的荷电状态；和分别为储能的充电/放电效率；emax为储能最大容量；

35、出力约束：

36、

37、

38、式中：和分别为移动储能充电功率的上下限；和分别为移动储能放电功率的上下限；和为二进制变量，如果移动储能装置m在t时刻在节点i进行充电或者放电，则该二进制变量的值为1，否则为0；

39、连通性约束：

40、

41、μimt＝0μim1＝1

42、式中：μimt为二进制变量，当移动储能装置m在t时刻连接到节点i时，则其值为1，否则其值为0；

43、接入约束：

44、μjm(t+τ)≤1-μimt

45、

46、式中：ci表示节点i最大允许的移动储能装置接入数量。

47、进一步地，所述目标函数的约束条件还包括潮流与系统运行约束；所述潮流与系统运行约束包括：

48、潮流约束：

49、

50、

51、

52、式中：lij,t代表支路ij在t时刻的电流的平方；rij代表之路ij的电阻；和分别表示移动发电车和移动储能装置提供的有功功率；和分别代表节点j在t时刻的负荷有功需求以及无功需求；

53、电压约束：

54、

55、式中：vj,t为t时刻节点j的电压；和分别代表节点j的电压上下限。

56、第二方面，本发明又提供了考虑移动电源支撑的山火灾后电网负荷恢复系统，该系统使用上述的考虑移动电源支撑的山火灾后电网负荷恢复方法；该系统包括：

57、元胞自动机模拟单元，用于通过元胞自动机模型模拟山火发生的时空过程，预测山火进入电网线路安全缓冲区的初始时间和地点；

58、停电计划制定单元，用于根据所述初始时间和地点，基于山火预测和气隙击穿机理，计算受山火影响的电网线路跳闸概率；并根据所述电网线路跳闸概率制定psps停电计划；

59、电网恢复策略求解单元，用于基于所述停电计划，以停电成本、应急移动发电车发电成本以及移动储能运行成本最小为目标形成目标函数，求解得到考虑应急资源调度的山火灾后电网恢复策略。

60、进一步地，所述停电计划制定单元包括电网线路跳闸概率计算子单元和停电计划子单元；

61、所述电网线路跳闸概率计算子单元，用于根据所述初始时间和地点，基于山火预测和气隙击穿机理，计算火焰温度引起的空气相对密度；根据所述空气相对密度和空气密度修正指数，计算温度校正因子；并根据山火的烟雾密度，计算烟雾校正因子；根据所述温度校正因子、烟雾校正因子和50％的击穿电压，计算修正后的击穿电压；根据修正后的击穿电压，计算受山火影响的电网线路跳闸概率；

62、所述停电计划子单元，用于根据电网线路跳闸概率及设定阈值进行比较，制定psps停电计划。

63、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

64、本发明考虑移动电源支撑的山火灾后电网负荷恢复方法及系统，本发明通过易燃物因子、风因子以及地形因子等因素，并进一步考虑随机因子，使元胞自动机模型能更精准的模拟山火蔓延的过程。同时，本发明结合移动电源(mpss，包括移动电源车和移动储能)的时空灵活性优势，在配网中利用移动电源来进行灾后负荷恢复，其中移动电源的调度决策与psps行动的决策共同进行优化，通过移动电源的时空灵活性优势，尽可能的恢复最大负荷。具体地：1)本发明通过元胞自动机模拟山火蔓延情况，相比其他方法，本方法模拟精度更高，模拟结果更加准确。2)基于山火预测和气隙击穿机理，计算所得线路跳匝概率，并根据跳匝概率合理制定psps停电计划。3)通过建立考虑应急资源调度的山火灾后电网恢复策略，可在山火灾害后保持最大负荷恢复，尽可能减小山火对电网的影响，为电网操作人员提供参考。