一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法与流程

1.本发明涉及弹性电力系统技术领域，尤其涉及一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.电力系统的弹性一般作为对电力系统灾前准备与预防、灾中抵御与吸收以及灾后快速恢复能力的评估，具有较高弹性的电力系统在极端事件发生过程中与传统电力系统相比具有更低的切负荷量及灾后更快恢复的能力。
3.目前研究针对提升配电网络弹性的措施与方法中，部分研究在极端事件发生后使用配网线路以及联络线开关改变配网拓扑并形成孤岛降低系统失负荷量。部分研究使用输电线路开关在极端事件发生前改变网络拓扑以最大化增强电力系统对于极端事件的准备与预防能力，同时改变网络潮流分布以降低运行成本。在使用最优输电线路变换时应该考虑在极端事件造成的影响下避免主网形成孤岛，从而造成电力系统失稳最终解列。然而现有研究较少考虑如何在主网拓扑变换的同时避免形成孤岛，仅计及最大化电力系统弹性指标与经济运行效益的拓扑变换。除此以外，部分研究聚焦综合考虑网络拓扑变换与系统元件加固或扩建的规划优化问题，忽视了规划与拓扑优化的弹性运行问题之间存在的时间尺度差异，从而导致所得结果往往并无指导意义。
4.因此，现有研究较少考虑主网在网络最优拓扑变换时的联通性以及线路网络加固与网络拓扑变换之间的协同作用。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，通过计算兼顾网络最优拓扑变换时联通性及其与网络线路加固协同作用的线路加固策略，以实现提升电力系统的主网弹性，提高线路加固的技术准确度，以及提高优化规划方案的时间规划尺度。
6.本发明提供了一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，包括：根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果；判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件；
7.所述线路加固规划模型包括：上层主问题和下层子问题；所述上层主问题用于求解所述目标电网的持续负荷曲线满足预设负荷水平时的线路加固策略；所述上层主问题包括：第一目标函数和第一约束条件；所述第一目标函数为最小化系统运行成本与系统失负荷惩罚量；所述下层子问题包括：lmp子问题和lsp子问题；所述下层子问题用于基于网络最优网架拓扑变换求解最严重线路中断场景数据；所述lmp子问题包括：第二目标函数和第二约束条件；所述第二目标函数为最大化失负荷量；所述lsp子问题包括：第三目标函数和第三约束条件；所述第三目标函数为最小化失负荷费用；
8.若所述第一线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛
条件，生成最严重线路中断场景结果；根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果；
9.若所述第二线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据第二线路加固结果和不同的线路中断场景数据，重新求解下层问题；若所述第二线路加固结果满足第一收敛条件，则将所述第二线路加固结果作为线路加固策略进行输出；根据所述线路加固策略对目标电网系统进行控制。
10.作为优选方案，本发明在线路加固规划模型的上层主问题中考虑规划量的同时最小化运行成本，并且在主网层面不考虑储能相关配置；在线路加固规划模型的下层子问题中构建不确定性集合，利用列和生成算法可以求解得到最严重极端事件，并利用网络拓扑重构降低极端事件对主网的影响，避免形成孤岛。本发明线路加固规划模型综合考虑主网在网络最优拓扑变换时的联通性以及线路网络加固与网络拓扑变换之间的协同作用，提出的线路加固与网络拓扑重构的最优协同作用方法作为线路加固策略，提升了电力系统的主网弹性，提高了线路加固的技术准确度，以及提高了优化规划方案的时间规划尺度。
11.作为优选方案，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果，具体为：
12.根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解第一目标函数，所述第一目标函数为：
[0013][0014]
其中，u为表征线路强化变量，ts’为第一线路动作决策变量，u和ts’均为0-1变量；e表示线路集合；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，g为目标电网系统中不同机组的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，c表示机组单位出力成本，p
g,b
表征机组g在负载块b下的出力大小；i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；
[0015]
所述第一目标函数的第一约束条件包括：机组出力约束、线路容量与dc潮流约束、切负荷约束、避免形成孤岛约束、潮流平衡约束以及线路状态约束和加固预算约束。
[0016]
作为优选方案，线路加固规划模型的上层主问题中考虑规划量的同时最小化运行成本，并且在主网层面不考虑储能相关配置。
[0017]
作为优选方案，判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，具体为：
[0018]
当(obj(sp)-obj(mp))/(obj(sp)+obj(mp))小于第一收敛值时，上层主问题的第一目标函数值满足第一收敛条件；
[0019]
其中，obj(mp)为上层主问题的第一目标函数值，obj(sp)为lmp子问题的第二目标函数值和lsp子问题的第三目标函数值中的最大的值。
[0020]
作为优选方案，判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，还包括：
[0021]
若第一线路加固结果满足第一收敛条件，则将第一线路加固结果作为线路加固策略进行输出。
[0022]
作为优选方案，根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛条件，具体为：
[0023]
根据第一线路加固结果构建第二约束条件，根据初始化的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果；所述第一结果为固定拓扑结构下的最严重线路损坏结果；
[0024]
根据所述第一结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若否，则根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，所述第二结果为线路加固措施与极端场景后最优化线路拓扑；
[0025]
根据所述第一结果和所述第二结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若是，则将第二结果作为最严重线路中断场景结果。
[0026]
作为优选方案，在线路加固规划模型的下层子问题中构建不确定性集合，利用列和生成算法可以求解得到最严重极端事件，并利用网络拓扑重构降低极端事件对主网的影响，避免形成孤岛。
[0027]
作为优选方案，根据初始的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果，具体为：
[0028]
将第一约束条件中的攻击量修改为未知量，将线路强化变量(线路强化变量/线路强化预算)修改为已知量，作为第二约束条件，对所述第二约束条件和第二目标函数求对偶，得到当前网络拓扑下最严重线路中断场景；
[0029]
其中，第二目标函数为：e表示线路集合；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小，z为线路遭受攻击的状况变量；
[0030]
对偶后目标函数为：其中，η为第二约束条件的对偶变量简略紧凑表达形式，f(η)为对偶问题的目标函数。
[0031]
作为优选方案，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，具体为：
[0032]
当(obj(lsp)-obj(lmp))/(obj(lsp)+obj(lmp))小于第二收敛值时，lmp子问题和lsp子问题满足第二收敛条件；
[0033]
其中，obj(lmp)为lmp子问题的第二目标函数值，obj(lsp)为lsp子问题的第三目标函数值。
[0034]
作为优选方案，根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，具体为：
[0035]
修改第一约束条件中的线路强化变量和攻击量为已知量后作为第三约束条件，求解第三目标函数，生成第二结果；
[0036]
第三目标函数为ts为第二线路动作决策变量；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷
块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小。
[0037]
作为优选方案，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，还包括：
[0038]
若lmp子问题和lsp子问题不满足第二收敛条件，则更新lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量，重新求解lmp子问题。
[0039]
作为优选方案，根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果，具体为：
[0040]
根据最严重线路中断场景结果及其对应的线路动作决策变量修改第一约束条件，生成新的约束条件；其中，所述对应的线路动作决策变量与lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量相互解耦；
[0041]
根据所述新的约束条件求解第一目标函数，生成第二线路加固结果。
[0042]
作为优选方案，本发明线路加固规划模型综合考虑主网在网络最优拓扑变换时的联通性以及线路网络加固与网络拓扑变换之间的协同作用，提出的线路加固与网络拓扑重构的最优协同作用方法作为线路加固策略，提升了电力系统的主网弹性，提高了线路加固的技术准确度，以及提高了优化规划方案的时间规划尺度。
[0043]
相应地，本发明还提供一种弹性电力系统的线路加固的协同控制装置，包括：上层模块、下层模块和输出模块；
[0044]
其中，所述上层模块用于根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果；判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件；
[0045]
所述线路加固规划模型包括：上层主问题和下层子问题；所述上层主问题用于求解所述目标电网的持续负荷曲线满足预设负荷水平时的线路加固策略；所述上层主问题包括：第一目标函数和第一约束条件；所述第一目标函数为最小化系统运行成本与系统失负荷惩罚量；所述下层子问题包括：lmp子问题和lsp子问题；所述下层子问题用于基于网络最优网架拓扑变换求解最严重线路中断场景数据；所述lmp子问题包括：第二目标函数和第二约束条件；所述第二目标函数为最大化失负荷量；所述lsp子问题包括：第三目标函数和第三约束条件；所述第三目标函数为最小化失负荷费用；
[0046]
所述下层模块用于若所述第一线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛条件，生成最严重线路中断场景结果；根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果；
[0047]
所述输出模块用于若所述第二线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据第二线路加固结果和不同的线路中断场景数据，重新求解下层问题；若所述第二线路加固结果满足第一收敛条件，则将所述第二线路加固结果作为线路加固策略进行输出；根据所述线路加固策略对目标电网系统进行控制。
[0048]
作为优选方案，本发明装置上层模块在线路加固规划模型的上层主问题中考虑规划量的同时最小化运行成本，并且在主网层面不考虑储能相关配置；下层模块在线路加固规划模型的下层子问题中构建不确定性集合，利用列和生成算法可以求解得到最严重极端事件，并利用网络拓扑重构降低极端事件对主网的影响，避免形成孤岛。本发明输出模块综合考虑主网在网络最优拓扑变换时的联通性以及线路网络加固与网络拓扑变换之间的协
同作用，提出的线路加固与网络拓扑重构的最优协同作用方法作为线路加固策略，提升了电力系统的主网弹性，提高了线路加固的技术准确度，以及提高了优化规划方案的时间规划尺度。
[0049]
相应地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如本发明内容所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法。
附图说明
[0050]
图1是本发明提供的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法的一种实施例的流程示意图；
[0051]
图2是本发明提供的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法的为线路加固规划模型的上层主问题的持续负荷曲线的一种实施例的示意图；
[0052]
图3是本发明提供的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
实施例一
[0055]
请参照图1，为本发明实施例提供的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，包括步骤s101-s103：
[0056]
步骤s101：根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果；判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件；
[0057]
所述线路加固规划模型包括：上层主问题和下层子问题；所述上层主问题用于求解所述目标电网的持续负荷曲线满足预设负荷水平时的线路加固策略；所述上层主问题包括：第一目标函数和第一约束条件；所述第一目标函数为最小化系统运行成本与系统失负荷惩罚量；所述下层子问题包括：lmp子问题和lsp子问题；所述下层子问题用于基于网络最优网架拓扑变换求解最严重线路中断场景数据；所述lmp子问题包括：第二目标函数和第二约束条件；所述第二目标函数为最大化失负荷量；所述lsp子问题包括：第三目标函数和第三约束条件；所述第三目标函数为最小化失负荷费用；
[0058]
进一步地，线路加固规划模型的上层主问题为基于持续负荷曲线的线路加固规划模型，使用持续负荷曲线中不同负荷水平的负荷数据。作为优选实施例，请参考图2，为线路加固规划模型的上层主问题的持续负荷曲线，使得加固规划模型需要满足不同负荷水平。该基于持续负荷曲线的线路加固规划模型属于数学优化问题，可以使用求解器进行求解，并且该上层主问题为线路加固规划模型的主问题部分。
[0059]
在本实施例中，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果，具
体为：
[0060]
根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解第一目标函数，所述第一目标函数为：
[0061][0062]
其中，u为表征线路强化变量，ts’为第一线路动作决策变量，u和ts’均为0-1变量；e表示线路集合；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，g为目标电网系统中不同机组的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，c表示机组单位出力成本，p
g,b
表征机组g在负载块b下的出力大小；i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；
[0063]
所述第一目标函数的第一约束条件包括：机组出力约束、线路容量与dc潮流约束、切负荷约束、避免形成孤岛约束、潮流平衡约束以及线路状态约束和加固预算约束。
[0064]
作为优选实施例，机组出力约束为：
[0065]
其中，p
gmin
与p
gmax
分别为机组出力最大值和最小值；
[0066]
线路容量与dc潮流约束为：
[0067][0068][0069]
其中，pl为线路中潮流变量，l为线路索引，pl
lmax
为线路l的传输容量最大值，e
l,b
为线路l在负载块b下的状态变量；θ
i/j,b
为母线i或j在负载块b下的相角，x
ij
为线路ij∈l的阻抗，θ
r,b
为参考母线相角，r为参考母线；
[0070]
切负荷约束为：
[0071]
其中，p
i,bload
为母线i在负载块b的负荷；
[0072]
避免形成孤岛约束为：
[0073][0074][0075][0076]
其中，m为较大值常数，引入虚拟潮流确保系统的连通性，f
l,b
为线路l在负载块b下的虚拟潮流，ω(i)为与母线i相连的潮流方向流向i的线路，而π(i)则表示潮流方向流出i的线路，γi为表示母线i是否为源节点的0-1变量，若为源节点则值为1否则为0；
[0077]
潮流平衡约束为：
[0078]
其中，g(i)表示与母线i相连的机组集合；
[0079]
线路状态约束为：
[0080][0081][0082][0083][0084]
其中，ts
l,b
为线路l在负荷块b下的线路动作决策变量，rq
l,b
表示线路l在负荷块b下的状态值，考虑线路加固与后续步骤中的攻击量；u
l
为线路l的强化变量，若强化则为1，否则为0，z
l,b
为线路l在负荷块b下的攻击量，若未受到攻击则为1，反之为0，其上标表示在第一约束条件中为已知量；约束(9)-(10)由约束(11)-(12)进行线性化；
[0085]
加固预算约束为：
[0086]
其中，bh为当前线路强化预算。
[0087]
在本实施例中，根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解第一目标函数，具体包括：随机生成满足第一约束条件的线路加固策略，或将线路加固策略初始化为空集，求解第一目标函数。
[0088]
在本实施例中，判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，具体为：
[0089]
当(obj(sp)-obj(mp))/(obj(sp)+obj(mp))小于第一收敛值时，上层主问题的第一目标函数值满足第一收敛条件；
[0090]
其中，obj(mp)为上层主问题的第一目标函数值，obj(sp)为lmp子问题的第二目标函数值和lsp子问题的第三目标函数值中的最大的值。
[0091]
在本实施例中，判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，还包括：若第一线路加固结果满足第一收敛条件，则将第一线路加固结果作为线路加固策略进行输出。
[0092]
作为优选实施例，若第一线路加固结果满足第一收敛条件，生成所需加固的线路编号、最小系统运行成本(机组出力成本与线路加固成本)和系统失负荷量(kwh)作为第一线路加固结果，并根据第一线路加固结果输出线路加固策略。
[0093]
步骤s102：若所述第一线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛条件，生成最严重线路中断场景结果；根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果；
[0094]
在本实施例中，根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛条件，具体为：
[0095]
根据第一线路加固结果构建第二约束条件，根据初始的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果；所述第一结果为固定拓扑结构下的最严重线路损坏结果；
[0096]
根据所述第一结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若否，则根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，所述第二结果为线路加固措施与极端场景后最优化线路拓扑；
[0097]
根据所述第一结果和所述第二结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若是，则将第二结果作为最严重线路中断场景结果。
[0098]
在本实施例中，根据初始的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果，具体为：
[0099]
将第一约束条件中的攻击量修改为未知量，将线路强化变量修改为已知量，作为第二约束条件，对所述第二约束条件和第二目标函数求对偶，得到当前网络拓扑下最严重线路中断场景；
[0100]
其中，第二目标函数为：e表示线路集合；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小，z为线路遭受攻击的状况变量；
[0101]
对偶后目标函数为：其中，η为第二约束条件的对偶变量简略紧凑表达形式，f(η)为对偶问题的目标函数。
[0102]
在本实施例中，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，具体为：
[0103]
当(obj(lsp)-obj(lmp))/(obj(lsp)+obj(lmp))小于第二收敛值时，lmp子问题和lsp子问题满足第二收敛条件；
[0104]
其中，obj(lmp)为lmp子问题的第二目标函数值，obj(lsp)为lsp子问题的第三目标函数值。
[0105]
在本实施例中，根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，具体为：
[0106]
修改第一约束条件中的线路强化变量和攻击量为已知量后作为第三约束条件，求解第三目标函数，生成第二结果；
[0107]
第三目标函数为ts为第二线路动作决策变量；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小。
[0108]
在本实施例中，考虑网络最优网架拓扑变换求解最严重线路中断场景构建对应混合整数线性规划模型作为下层子问题，下层子问题的目标函数为最大化失负荷量：
[0109]
需要满足约束包括：机组出力约束(1)、线路容量与dc潮流约束(2)-(3)、切负荷约束(4)、避免形成孤岛约束(5)-(7)、潮流平衡约束(8)以及线路状态约束(9)-(12)、线路攻击预算约束(13)等，与第一约束条件的区别在于线路状态需要将第一约束条件中的线路l在负荷块b下的攻击量z
l,b
修改为未知量，而将第一约束条件的线路强化变量u
l
修改为已知量，具体为：
[0110]
[0111][0112]
攻击预算约束如下：
[0113][0114]
其中，ba为攻击预算约束。
[0115]
在本实施例中，下层子问题为双层模型且模型内层为混合整数线性规划模型，使用nested-c&cg与强对偶定理对模型进行求解。
[0116]
将下层子问题拆分为两阶段优化迭代模型，即下层子问题中的lmp子问题和lsp子问题，
[0117]
lmp子问题为初始化固定线路动作决策变量或由后续步骤所得线路动作决策结果，使模型变为线性规划模型，lmp子问题的目标函数为：
[0118][0119]
在强化策略与攻击策略均已知后，运行人员优化系统运行状态及其拓扑结构，lsp子问题的目标函数为失负荷费用最小化：
[0120]
需要满足的约束包括机组出力约束(1)、线路容量与dc潮流约束(2)-(3)、切负荷约束(4)、避免形成孤岛约束(5)-(7)、潮流平衡约束(8)以及线路状态约束(9)-(12)，与第一约束条件的区别在于线路强化变量与攻击量均为已知量。
[0121]
在本实施例中，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，还包括：
[0122]
若lmp子问题和lsp子问题不满足第二收敛条件，则更新lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量，重新求解lmp子问题。
[0123]
进一步地，若lmp子问题和lsp子问题不满足第二收敛条件，则将更新后的lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量返回至lmp子问题，更新第二约束条件中的线路动作决策变量重新求解lmp子问题，寻找新极端场景；若lmp子问题和lsp子问题满足第二收敛条件，将第二结果作为最严重线路中断场景结果。
[0124]
在本实施例中，根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果，具体为：
[0125]
根据最严重线路中断场景结果及其对应的线路动作决策变量修改第一约束条件，生成新的约束条件；其中，所述对应的线路动作决策变量与lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量相互解耦；
[0126]
根据所述新的约束条件求解第一目标函数，生成第二线路加固结果。
[0127]
在本实施例中，根据最严重线路中断场景结果对应的线路动作决策变量ts’l,b
修改第一约束条件，生成新的约束条件，新的约束条件为：
[0128][0129][0130]
[0131][0132][0133][0134][0135][0136][0137][0138][0139][0140][0141]
其中，新的目标函数为minα，其中α为中间变量，k为迭代该步骤的次数，对应具有上标k的变量均为新生成变量，在上述约束中，对应线路动作决策变量ts’l,b
与下层子问题线路动作决策变量ts
l,b
相互解耦。求解新的目标函数minα，生成第二线路加固结果。
[0142]
步骤s103：若所述第二线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据第二线路加固结果和不同的线路中断场景数据，重新求解下层问题；若所述第二线路加固结果满足第一收敛条件，则将所述第二线路加固结果作为线路加固策略进行输出；根据所述线路加固策略对目标电网系统进行控制。
[0143]
实施本发明实施例，具有如下效果：
[0144]
本发明在线路加固规划模型的上层主问题中考虑规划量的同时最小化运行成本，并且在主网层面不考虑储能相关配置；在线路加固规划模型的下层子问题中构建不确定性集合，利用列和生成算法可以求解得到最严重极端事件，并利用网络拓扑重构降低极端事件对主网的影响，避免形成孤岛。本发明线路加固规划模型综合考虑主网在网络最优拓扑变换时的联通性以及线路网络加固与网络拓扑变换之间的协同作用，提出的线路加固与网络拓扑重构的最优协同作用方法作为线路加固策略，提升了电力系统的主网弹性，提高了线路加固的技术准确度，以及提高了优化规划方案的时间规划尺度。
[0145]
实施例二
[0146]
请参照图3，为本发明实施例提供的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制装置，包括：上层模块201、下层模块202和输出模块203；
[0147]
上层模块201用于根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果；判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件；
[0148]
所述线路加固规划模型包括：上层主问题和下层子问题；所述上层主问题用于求解所述目标电网的持续负荷曲线满足预设负荷水平时的线路加固策略；所述上层主问题包
括：第一目标函数和第一约束条件；所述第一目标函数为最小化系统运行成本与系统失负荷惩罚量；所述下层子问题包括：lmp子问题和lsp子问题；所述下层子问题用于基于网络最优网架拓扑变换求解最严重线路中断场景数据；所述lmp子问题包括：第二目标函数和第二约束条件；所述第二目标函数为最大化失负荷量；所述lsp子问题包括：第三目标函数和第三约束条件；所述第三目标函数为最小化失负荷费用；
[0149]
下层模块202用于若所述第一线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛条件，生成最严重线路中断场景结果；根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果；
[0150]
输出模块203用于若所述第二线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据第二线路加固结果和不同的线路中断场景数据，重新求解下层问题；若所述第二线路加固结果满足第一收敛条件，则将所述第二线路加固结果作为线路加固策略进行输出；根据所述线路加固策略对目标电网系统进行控制。
[0151]
上层模块201包括：第一求解单元和第一判断单元；
[0152]
所述求解单元用于求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果，具体为：
[0153]
根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解第一目标函数，所述第一目标函数为：
[0154][0155]
其中，u为表征线路强化变量，ts’为线路动作决策变量，u和ts’均为0-1变量；e表示线路集合；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，g为目标电网系统中不同机组的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，c表示机组单位出力成本，p
g,b
表征机组g在负载块b下的出力大小；i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；
[0156]
所述第一目标函数的第一约束条件包括：机组出力约束、线路容量与dc潮流约束、切负荷约束、避免形成孤岛约束、潮流平衡约束以及线路状态约束和加固预算约束。
[0157]
第一判断单元用于判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，具体为：
[0158]
当(obj(sp)-obj(mp))/(obj(sp)+obj(mp))小于第一收敛值时，上层主问题的第一目标函数值满足第一收敛条件；
[0159]
其中，obj(mp)为上层主问题的第一目标函数值，obj(sp)为lmp子问题的第二目标函数值和lsp子问题的第三目标函数值中的最大的值。
[0160]
在本实施例中，判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，还包括：若第一线路加固结果满足第一收敛条件，则将第一线路加固结果作为线路加固策略进行输出。
[0161]
下层模块202包括第二求解单元和第二判断单元；
[0162]
第二求解单元用于根据第一线路加固结果构建第二约束条件，根据初始的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果；所述第一结果为固定拓扑结构下的最严重线路损坏结果；
[0163]
根据所述第一结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若否，则根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，所述第二结果为线路加固措施与极端场景后最优化线路拓扑；
[0164]
根据初始的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果，具体为：
[0165]
将第一约束条件中的攻击量修改为未知量，将线路强化变量修改为已知量，作为第二约束条件，对所述第二约束条件和第二目标函数求对偶，得到当前网络拓扑下最严重线路中断场景；
[0166]
其中，第二目标函数为：e表示线路集合；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小，z为线路遭受攻击的状况变量；
[0167]
对偶后目标函数为：其中，η为第二约束条件的对偶变量简略紧凑表达形式，f(η)为对偶问题的目标函数。
[0168]
根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，具体为：
[0169]
修改第一约束条件中的线路强化变量和攻击量为已知量后作为第三约束条件，求解第三目标函数，生成第二结果；
[0170]
第三目标函数为ts为线路动作决策变量；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小。
[0171]
第二判断单元用于根据所述第一结果和所述第二结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若是，则将第二结果作为最严重线路中断场景结果。
[0172]
判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，具体为：
[0173]
当(obj(lsp)-obj(lmp))/(obj(lsp)+obj(lmp))小于第二收敛值时，lmp子问题和lsp子问题满足第二收敛条件；
[0174]
其中，obj(lmp)为lmp子问题的第二目标函数值，obj(lsp)为lsp子问题的第三目标函数值。
[0175]
判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，还包括：
[0176]
若lmp子问题和lsp子问题不满足第二收敛条件，则更新lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量，重新求解lmp子问题。
[0177]
上述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制装置可实施上述方法实施例的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法。上述方法实施例中的可选项也适用于本实
施例，这里不再详述。本技术实施例的其余内容可参照上述方法实施例的内容，在本实施例中，不再进行赘述。
[0178]
实施本发明实施例，具有如下效果：
[0179]
本发明装置上层模块在线路加固规划模型的上层主问题中考虑规划量的同时最小化运行成本，并且在主网层面不考虑储能相关配置；下层模块在线路加固规划模型的下层子问题中构建不确定性集合，利用列和生成算法可以求解得到最严重极端事件，并利用网络拓扑重构降低极端事件对主网的影响，避免形成孤岛。本发明输出模块综合考虑主网在网络最优拓扑变换时的联通性以及线路网络加固与网络拓扑变换之间的协同作用，提出的线路加固与网络拓扑重构的最优协同作用方法作为线路加固策略，提升了电力系统的主网弹性，提高了线路加固的技术准确度，以及提高了优化规划方案的时间规划尺度。
[0180]
实施例三
[0181]
相应地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上任意一项实施例所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法。
[0182]
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
[0183]
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
[0184]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
[0185]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据移动终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0186]
其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执
行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
[0187]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，包括：根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果；判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件；所述线路加固规划模型包括：上层主问题和下层子问题；所述上层主问题用于求解所述目标电网的持续负荷曲线满足预设负荷水平时的线路加固策略；所述上层主问题包括：第一目标函数和第一约束条件；所述第一目标函数为最小化系统运行成本与系统失负荷惩罚量；所述下层子问题包括：lmp子问题和lsp子问题；所述下层子问题用于基于网络最优网架拓扑变换求解最严重线路中断场景数据；所述lmp子问题包括：第二目标函数和第二约束条件；所述第二目标函数为最大化失负荷量；所述lsp子问题包括：第三目标函数和第三约束条件；所述第三目标函数为最小化失负荷费用；若所述第一线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛条件，生成最严重线路中断场景结果；根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果；若所述第二线路加固结果不满足第一收敛条件，则根据第二线路加固结果和不同的线路中断场景数据，重新求解下层问题；若所述第二线路加固结果满足第一收敛条件，则将所述第二线路加固结果作为线路加固策略进行输出；根据所述线路加固策略对目标电网系统进行控制。2.如权利要求1所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果，具体为：根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解第一目标函数，所述第一目标函数为：其中，u为表征线路强化变量，ts’为第一线路动作决策变量，u和ts’均为0-1变量；e表示线路集合；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，g为目标电网系统中不同机组的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，c表示机组单位出力成本，p
g,b
表征机组g在负载块b下的出力大小；i为目标电网系统的母线索引，w
ipenalty
为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；所述第一目标函数的第一约束条件包括：机组出力约束、线路容量与dc潮流约束、切负荷约束、避免形成孤岛约束、潮流平衡约束以及线路状态约束和加固预算约束。3.如权利要求1所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，具体为：当(obj(sp)-obj(mp))/(obj(sp)+obj(mp))小于第一收敛值时，上层主问题的第一目标函数值满足第一收敛条件；其中，obj(mp)为上层主问题的第一目标函数值，obj(sp)为lmp子问题的第二目标函数值和lsp子问题的第三目标函数值中的最大的值。4.如权利要求1所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所
述判断所述第一线路加固结果是否满足第一收敛条件，还包括：若第一线路加固结果满足第一收敛条件，则将第一线路加固结果作为线路加固策略进行输出。5.如权利要求1所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述根据所述第一线路加固结果和不同的线路中断场景数据，求解下层子问题，直到lmp子问题和lsp子问题均满足第二收敛条件，具体为：根据第一线路加固结果构建第二约束条件，根据初始的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果；所述第一结果为固定拓扑结构下的最严重线路损坏结果；根据所述第一结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若否，则根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，所述第二结果为线路加固措施与极端场景后最优化线路拓扑；根据所述第一结果和所述第二结果，判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件；若是，则将第二结果作为最严重线路中断场景结果。6.如权利要求5所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述根据初始的线路动作决策变量和所述第二约束条件，求解lmp子问题，并生成线路中断场景的第一结果，具体为：将第一约束条件中的线路攻击量修改为未知量，将线路强化变量修改为已知量，作为第二约束条件，对所述第二约束条件和第二目标函数求对偶，得到当前网络拓扑下最严重线路中断场景；其中，第二目标函数为：e表示线路集合；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，w
ipenalty
为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小，z为线路遭受攻击的状况变量；对偶后目标函数为：其中，η为第二约束条件的对偶变量简略紧凑表达形式，f(η)为对偶问题的目标函数。7.如权利要求5所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，具体为：当(obj(lsp)-obj(lmp))/(obj(lsp)+obj(lmp))小于第二收敛值时，lmp子问题和lsp子问题满足第二收敛条件；其中，obj(lmp)为lmp子问题的第二目标函数值，obj(lsp)为lsp子问题的第三目标函数值。8.如权利要求5所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述根据第一线路加固结果构建第三约束条件，并求解lsp子问题，生成第二结果，具体为：修改第一约束条件中的线路强化变量和攻击量为已知量后作为第三约束条件，求解第
三目标函数，生成第二结果；第三目标函数为ts为第二线路动作决策变量；lc为失负荷量；b为持续净负荷曲线中不同负荷数据的索引，pl为目标电网系统的线路潮流变量，i为目标电网系统的母线索引，w
ipenalty
为目标电网系统的失负荷惩罚量，lc
i,b
为负荷块b下母线i的失负荷量，δ
bt
为负载块b的持续时间；p为机组的出力大小。9.如权利要求8所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述判断lmp子问题和lsp子问题是否均满足第二收敛条件，还包括：若lmp子问题和lsp子问题不满足第二收敛条件，则更新lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量，重新求解lmp子问题。10.如权利要求9所述的一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，其特征在于，所述根据最严重线路中断场景结果及其第四约束条件求解所述上层主问题，生成第二线路加固结果，具体为：根据最严重线路中断场景结果及其对应的线路动作决策变量修改第一约束条件，生成新的约束条件；其中，所述对应的线路动作决策变量与lmp子问题的第二约束条件中的线路动作决策变量相互解耦；根据所述新的约束条件求解第一目标函数，生成第二线路加固结果。

技术总结
本发明公开了一种弹性电力系统的线路加固的协同控制方法，方法包括：根据目标电网系统的电网数据以及电网运行的初始化参数，求解线路加固规划模型的上层主问题，生成第一线路加固结果；若第一线路加固结果不满足收敛条件，则求解下层子问题，生成最严重线路中断场景结果；根据最严重线路中断场景结果及其约束条件求解上层主问题，生成第二线路加固结果；若第二线路加固结果满足收敛条件，将第二线路加固结果作为线路加固策略进行输出并对目标电网系统进行控制，通过计算兼顾网络最优拓扑变换时联通性及其与网络线路加固协同作用的线路加固策略，以实现提升电力系统的主网弹性，提高线路加固的技术准确度，以及提高优化规划方案的时间规划尺度。规划方案的时间规划尺度。规划方案的时间规划尺度。


技术研发人员：陈玥 徐天元 张智荏 杨银国 陆秋瑜 刘洋 朱誉 伍双喜 谢平平
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司电力调度控制中心
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/9