一种考虑电力-通信系统协同的负荷恢复方法

本发明涉及电力-通信系统恢复领域，具体的说是一种考虑电力-通信系统协同的负荷恢复方法。

背景技术：

1、近年来，由于能源电力加速转型，极端自然灾害频发，国际形势也日益复杂，导致常规安全风险与非常规安全风险交织，大停电风险有所增加。由于自然灾害和网络攻击的双重威胁，电力-通信系统的故障愈加频繁，而电力系统通信层与物理层的深度耦合使得电力系统遭受网络攻击的风险不断上升。网络攻击对通信系统的影响深远且多样，具有隐蔽性高、灵活性强的特点，涵盖服务中断、数据泄露、经济损失、信任危机等方面，网络攻击不仅会导致通信系统功能部分或全部失效，还能够通过网络层的入侵攻击实现对电网物理层的破坏。因此，网络攻击和通信系统故障引发的停电对传统的输电系统恢复策略提出了新的挑战。以往的电力系统恢复研究缺乏对电力系统与通信系统在恢复过程中相互影响的考量，通常认为输电系统的恢复仅受电力系统因素影响，但通信系统故障会导致信息传递延迟、指挥调度受阻、协同工作困难等问题，增加恢复工作的难度和复杂性。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术中存在的不足之处，提供一种考虑电力-通信系统协同的负荷恢复方法，以期能考虑通信系统故障对负荷恢复的影响，并针对电力系统恢复过程中通信系统失效造成的延时影响，获取考虑通信-电力系统协同的负荷恢复方案，从而能减少通信系统故障带来的停电损失，并能加快负荷恢复进程。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、本发明一种考虑电力-通信系统协同的负荷恢复方法的特点在于，是按如下步骤进行：

4、步骤一、以最小化停电损失为优化目标，综合考虑发电机调节、电力线路恢复、负荷恢复以及电力系统安全约束，采用二阶锥潮流方程，建立电力系统恢复模型；

5、步骤二、计及通信系统网络拓扑，考虑通信网络流量平衡，建立通信系统恢复模型；

6、步骤三、计及电力系统供电对通信节点的影响，建立电力系统对通信系统供电关系模型；

7、步骤四、计及通信系统故障对电力系统造成的发电机出力调节、电力线路投运以及负荷恢复的延时，建立电力系统恢复与通信系统恢复的交互模型；

8、步骤五、调用求解器gurobi对电力系统恢复模型、通信系统恢复模型、电力系统对通信系统供电关系模型和电力系统恢复与通信系统恢复的交互模型进行求解，从而得到电力-通信系统协同的负荷恢复方案。

9、本发明所述的一种考虑电力-通信系统协同的负荷恢复方法的特点也在于，所述步骤一是按如下步骤进行：

10、步骤1.1、利用式(1)定义最小化停电损失的目标函数：

11、

12、式(1)中：ωpb为电力系统的节点序号集合；ci为第i个电力节点上负荷的单位电量停电损失；pird为第i个电力节点上的负荷的额定有功功率；tid为第i个电力节点上的负荷的恢复时刻；

13、步骤1.2、利用式(2)-式(3)建立发电机出力调整约束：

14、

15、式(2)-式(3)中：ωt为离散的恢复时间间隔集合；lt为一个离散恢复时间间隔的时长；δtg为人工调节发电机出力所需要的时间；pig,min和pig,max分别为第i个电力节点处的机组的有功功率最小值和最大值；为第i个电力节点处的机组的爬坡率；为第i个电力节点处的机组在第t时步发出的有功功率；为第i个电力节点处的机组在第t-1时步发出的有功功率；为第i个电力节点处的机组在第t-1时步通信系统状态的布尔变量，若表示第i个电力节点处的机组在第t-1时步通信系统故障，若表示第i个电力节点处的机组在第t-1时步通信系统未故障；

16、步骤1.3、利用式(4)-式(8)建立电力线路恢复约束：

17、

18、

19、式(4)-式(8)中：ψij为第i个电力节点和第j个电力节点之间的电力线路lij相邻的线路集合；ωl为电力系统的线路集合；rpb为电力系统的恢复资源数量；δtl为人工投运线路所需时间；为电力线路lij在第t+1时步的恢复状态变量，若表示电力线路lij在第t+1时步未恢复，若表示电力线路lij在第t+1时步已恢复；为电力线路lij在第t时步的恢复状态的布尔变量，若表示电力线路lij在第t时步未恢复，若表示电力线路lij在第t时步已恢复；为电力线路lij在第t-1时步的恢复状态变量，若表示电力线路lij在第t-1时步未恢复，若表示电力线路lij在第t-1时步已恢复；为第α个电力节点和第β个电力节点之间的电力线路lαβ在第t时步的恢复状态的布尔变量，若表示电力线路lαβ在第t时步未恢复，若表示电力线路lαβ在第t时步已恢复；为电力线路lij的恢复时刻；为电力线路lij恢复时其两端节点的通信系统状态的布尔变量，若表示电力线路lij两端节点至少有一个节点的通信系统未恢复，若表示电力线路lij两端节点的通信系统均已恢复；为第i个电力节点上的负荷在第t-1时步的恢复状态的布尔变量，若表示第i个电力节点上的负荷在第t-1时步未恢复，若表示第i个电力节点上的负荷在第t-1时步已恢复；为第j个电力节点上的负荷在第t-1时步的恢复状态的布尔变量，若表示第j个电力节点上的负荷在第t-1时步未恢复，若表示第j个电力节点上的负荷在第t-1时步已恢复；

20、步骤1.4、利用式(9)-式(11)建立负荷恢复约束：

21、

22、式(9)-式(11)中：为第i个电力节点相邻的线路集合；δtd为人工恢复负荷所需时间；为第i个电力节点上的负荷在第t时步的恢复状态的布尔变量，若表示第i个电力节点上的负荷在第t时步未恢复，若表示第i个电力节点上的负荷在第t时步已恢复；为第i个电力节点上的负荷恢复时其所在电力节点的通信系统状态的布尔变量，若表示第i个电力节点上的负荷恢复时其所在电力节点的通信系统未恢复，若表示第i个电力节点上的负荷恢复时其所在节点的通信系统已恢复；为第i个电力节点上的负荷恢复时与发电机接收到功率调节指令的先后关系变量，若表示第i个电力节点上的负荷在通信失效的发电机接收到人工调节指令之前未恢复，若表示第i个电力节点上的负荷可在通信失效的发电机接收到人工调节指令之前恢复；

23、步骤1.5、利用式(12)-式(16)建立节点平衡方程和网络潮流方程：

24、

25、式(12)-式(16)中：为第i个电力节点上负荷的额定无功功率；gij和bij分别节点导纳矩阵中第i行第j列元素对应的电导和电纳；bij为第i个电力节点和第j个电力节点之间电力线路lij的分流电纳；和分别为电力线路lij在第t时步的有功功率和无功功率；和为电力线路lji在第t时步的有功功率和无功功率；为第i个电力节点处的机组在第t时步发出的无功功率；为第i个电力节点在第t时步为通信节点供电的通信设备功耗；为第i个电力节点在第t时步的无功补偿装置提供的无功功率；ei,t为第i个电力节点在第t时步的辅助变量，且ej,t为第j个电力节点在第t时步的辅助变量，且cij,t为电力线路lij在第t时步的第一辅助变量，且cij,t＝vi,tvj,t cosθij,t；sij,t为电力线路lij在第t时步的第二辅助变量，且sij,t＝vi,tvj,t sinθij,t；为电力线路lij在第t时步的第一辅助变量的平方；为电力线路lij在第t时步的第二辅助变量的平方；其中，vi,t为第i个电力节点在第t时步的电压幅值；vj,t为第j个电力节点在第t时步的电压幅值；θij,t为第i个电力节点和第j电力节点在第t时步的相角差；

26、步骤1.6、利用式(17)-式(20)建立安全约束：

27、

28、式(17)-式(20)中：为电力线路lij允许传输的最大视在功率；为第i个电力节点处的机组的视在容量上限；vmin和vmax分别为电力节点电压的最小阈值和最大阈值；为第i个电力节点处的机组的功角；pig,n为第i个电力节点处的机组的额定有功出力；δfmax为电力系统允许的最大频率偏差；fn为电力系统的额定频率。

29、所述步骤二是按如下步骤进行：

30、步骤2.1、利用式(21)建立输电线路与光纤网络恢复关系约束：

31、

32、式(21)中：ωofc为通信系统的光纤复合架空地线与全介质自承式光缆集合；为与通信系统中以第p个光纤复合架空地线为一个通信节点，以第q个全介质自承式光缆为另一个通信节点之间的通信链路lpq相对应的电力线路的集合；为第p个通信节点与第q个通信节点之间的通信链路lpq在第t时步的恢复状态的布尔变量，若表示通信链路lpq在第t时步未恢复，若表示通信链路lpq在第t时步已恢复；

33、步骤2.2、利用式(22)-式(27)建立通信链路与通信节点的恢复约束：

34、

35、

36、式(22)-式(27)中：ψpq为通信链路lpq相邻链路的集合；ωcb为通信系统中的通信节点集合；ωcl为通信系统中的通信链路集合；为第p个通信节点相邻的通信链路集合；rcb为通信系统中通信节点的恢复资源数量；rcl为通信系统中通信链路的恢复资源数量；为第p个通信节点在第t时步的恢复状态的布尔变量，若表示第p个通信节点在第t时步未恢复，若表示第p个通信节点在第t时步已恢复；为第p个通信节点在第t-1时步的恢复状态的布尔变量，若表示第p个通信节点在第t-1时步未恢复，若表示第p个通信节点在第t-1时步已恢复；为第q个通信节点在第t-1时步的恢复状态的布尔变量，若表示第q个通信节点在第t-1时步未恢复，若表示第q个通信节点在第t-1时步已恢复；为通信链路lpq在第t-1时步的恢复状态的布尔变量，若表示通信链路lpq在第t-1时步未恢复，若表示通信链路lpq在第t-1时步已恢复；为通信链路lpq在第t+1时步的恢复状态的布尔变量，若表示通信链路lpq在第t+1时步未恢复，若表示通信链路lpq在第t+1时步已恢复；为第α′个通信节点和第β′个通信节点之间的通信链路lα′β′在第t时步的恢复状态的布尔变量，若表示通信链路lα′β′在第t时步未恢复，若表示通信链路lα′β′在第t时步已恢复。

37、所述步骤三是按如下步骤进行：

38、步骤3.1、利用式(28)-式(29)建立电力-通信节点供电关系约束：

39、

40、式(28)-式(29)中：为与电力系统节点相连的第p个通信节点集合；τ为电力网络与通信网络之间耦合强度的供电系数；为第p个通信节点在第t时步是否被供电的布尔变量，若表示第p个通信节点在第t时步未被供电，若表示第p个通信节点在第t时步已被供电；为通信节点p在第t时步正常运行的原始功率需求；

41、步骤3.2、利用式(30)-式(32)建立通信网络流量约束：

42、

43、式(30)-式(32)中：gq,t和sq,t分别第q个通信节点在第t时步发出和接收的信息流；ipq,t为通信链路lpq在第t时步的信息流；iqp,t为通信链路lqp在第t时步的信息流；bpq为通信链路lpq的带宽；为通信链路lqp在第t时步的恢复状态的布尔变量，若表示通信链路lqp在第t时步未恢复，若表示通信链路lqp在第t时步已恢复；

44、所述步骤四是按如下步骤进行：

45、步骤4.1、利用式(33)-式(35)建立电力-通信系统交互变量约束：

46、

47、式(33)-式(35)中：nt为恢复时间间隔的数量；为与第i个电力节点相连的通信节点在第t-1时步的恢复状态的布尔变量，若表示与第i个电力节点相连的通信节点在第t-1时步未恢复，若表示与第i个电力节点相连的通信节点在第t-1时步已恢复；为与第j个电力节点相连的通信节点在第t-1时步的恢复状态的布尔变量，若表示与第j个电力节点相连的通信节点在第t-1时步未恢复，若表示与第j个电力节点相连的通信节点在第t-1时步已恢复。

48、所述步骤五是按如下步骤进行：

49、步骤5.1、初始化参数：

50、步骤5.1.1、获取负荷恢复阶段的电力系统的初始数据，包括：机组节点的出力，已恢复/未恢复的负荷点的负荷量，电力节点和电力线路的初始运行状态，人工投运线路、恢复负荷和调节发电机出力所需时间；

51、步骤5.1.2、获取负荷恢复阶段的通信系统的初始数据，包括：通信节点和通信链路的初始运行状态，通信节点的原始功率需求，通信节点和通信链路的恢复资源；

52、步骤5.2、利用求解器gurobi求解电力系统恢复模型、通信系统恢复模型、电力系统对通信系统供电关系模型和电力系统恢复与通信系统恢复的交互模型，从而得到电力-通信系统协同的负荷恢复方案，包括：电力节点和电力线路的恢复时刻，通信节点和通信链路的恢复时刻。

53、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述负荷恢复方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

54、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述负荷恢复方法的步骤。

55、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

56、1、本发明构建了一个通信系统与电力系统协同的负荷恢复模型，基于电力通信系统的网络拓扑，通过考虑通信系统故障对电力系统恢复带来的延时影响，建立了电力系统恢复模型，协调通信-电力系统恢复，从而提升了电力-通信协同恢复的安全性。

57、2、本发明通过考虑电力系统故障对通信系统的供电影响，建立了通信系统恢复模型，以制定发生故障的信息设备恢复顺序，从而提升了电力-通信协同恢复的可靠性。

58、3、本发明针对非凸非线性的交流潮流，利用二阶锥方法得到线性的潮流方程，建立负荷恢复二阶锥优化模型，获得全局最优的负荷恢复方案，从而加快了电力-通信系统的负荷恢复进程，降低停电损失。