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面向弹性信息物理配电系统的随机序贯恢复
Stochastic Sequential Restoration for Resilient Cyber-Physical Power Distribution Systems
| 作者 | Wenlong Shi · Hao Liang · Myrna Bittner |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 智能电网 韧性恢复 随机顺序恢复方案 不确定马尔可夫决策过程 极小极大后悔优化 |
语言:
中文摘要
现代电力系统正在经历从传统电网向智能电网的范式转变。这一转变从根本上将传统电力系统转变为复杂的信息物理系统。另一方面,在电网韧性方面出现了新的挑战,因为自然灾害可能会对信息系统和物理系统都造成损害。在本文中,我们提出了一种考虑韧性的信息物理配电网随机顺序恢复方案。该顺序恢复问题被建模为一个纳入飓风作为自然灾害的不确定马尔可夫决策过程(UMDP)。不同的风速和风向被视为飓风场景,用于获取配电线路的脆弱性。这些脆弱性函数进一步用于推导UMDP的不确定状态转移函数。本文提出了考虑UMDP样本权重的极小极大后悔优化方法。确定了鲁棒的顺序动作,以便能够及时恢复负荷。为提高计算效率,基于后悔贝尔曼方程提出了一种极小极大后悔策略迭代算法。基于IEEE 123节点测试馈线和邦妮飓风的历史数据进行了案例研究,以验证所提方案的有效性。
English Abstract
Modern power systems are undergoing a paradigm shift from traditional grids towards smart grids. It fundamentally changes traditional power systems into complex cyber-physical systems. On the other hand, new challenges arise in terms of grid resilience, because natural disasters can cause damages to both cyber and physical systems. In this article, we propose a stochastic sequential restoration scheme for cyber-physical power distribution systems considering resilience. The sequential restoration problem is formulated as an uncertain Markov decision process (UMDP) with hurricanes incorporated as natural disasters. Different wind velocities and directions are considered as hurricane scenarios, which are used to obtain the fragility of distribution lines. The fragility functions are further used for the derivation of uncertain state transition functions of the UMDP. The minimax regret optimization considering the sample weights of UMDP is presented. The robust sequential actions are determined, such that the loads can be restored in a timely manner. To improve computational efficiency, a minimax regret policy iteration algorithm is presented based on the regret Bellman equation. Case studies are conducted based on the IEEE 123-Node Test Feeder and historical data of Hurricane Bonnie to demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.
S
SunView 深度解读
本文提出的信息物理融合配电系统随机序贯恢复方案,对阳光电源在弹性电网解决方案领域具有重要参考价值。随着公司储能系统和微电网业务的快速发展,如何在极端天气等灾害场景下保障电力系统快速恢复,已成为提升产品竞争力的关键维度。
从技术价值看,该研究基于不确定马尔可夫决策过程(UMDP)建立的序贯恢复模型,可直接应用于阳光电源智慧能源管理系统的决策层。特别是在飓风等自然灾害场景下,通过脆弱性函数评估线路损坏概率,结合最小最大后悔优化算法制定鲁棒恢复策略,这与公司储能系统的EMS(能量管理系统)和微电网控制器的应急响应功能高度契合。该技术可增强阳光电源1500V光伏系统、液冷储能产品在极端环境下的自愈能力。
技术成熟度方面,论文基于IEEE标准测试系统和真实飓风数据验证,具备较强工程化基础,但从学术研究到产品级应用仍需跨越鸿沟。主要挑战在于:一是信息物理系统的实时通信要求对现有SCADA系统提出更高要求;二是多场景下状态转移概率的准确建模需要大量历史数据积累;三是算法的计算效率能否满足毫秒级决策需求。
对阳光电源而言,这是布局弹性电网市场的战略机遇。建议将该技术纳入下一代智慧能源管理平台的研发路线图,重点结合公司在海外飓风多发地区(如美国东南部、加勒比海地区)的储能项目进行试点验证,形成差异化的抗灾型能源解决方案,提升在高端市场的品牌溢价能力。