中國儲能網(wǎng)訊：
01 研究背景
保障電力-通信功能體系是實現(xiàn)城市快速恢復的基礎。自然災害導致系統(tǒng)故障失電后，依靠正常電能供應才能工作的電網(wǎng)通信設備極易受到影響從而導致通信中斷，進一步降低系統(tǒng)的可觀性、可控性，加速故障的傳播演化。因此，本文從信息層-物理層深度融合的角度出發(fā)，充分考慮災后過程的快速恢復需求和配電網(wǎng)資源受限的客觀情況，引入可提供應急通信的無人機和可提供快速響應的集群電動汽車（EV），充分發(fā)揮信息層和物理層靈活資源的互補優(yōu)勢，提升災后負荷恢復效率，實現(xiàn)彈性信息物理協(xié)同快速恢復。
02 研究內(nèi)容
2.1 基于車網(wǎng)互動和應急通信的信息物理協(xié)同恢復框架
集群EV參與反向供電的車網(wǎng)互動（V2G）是一種響應速度快、響應功率大的優(yōu)質(zhì)恢復資源，可在災后快速聚集并在V2G站形成分布式電源。但上述模式須有通信服務覆蓋，使區(qū)域EV用戶能收到調(diào)度指令并前往指定地點。在災后斷電、通信基站無法正常工作的情況下，搭載通信模塊的無人機可以高效調(diào)度并快速組網(wǎng)，為災后信息盲區(qū)提供應急通信，解決相應區(qū)域的通信故障問題。因此，本文提出了基于無人機應急通信和集群EV調(diào)配的恢復方法，通過拓撲控制的耦合約束，構(gòu)建了信息物理協(xié)同快速恢復策略和相應技術(shù)框架。圖1為本文應用的通信-電力-交通耦合系統(tǒng)，主要包括無線網(wǎng)基站、電力設備、V2G站等。
圖1 通信-電力-交通耦合系統(tǒng)
該框架根據(jù)災害發(fā)生前后，將整個過程分為災前預備階段和災后恢復階段。具體恢復流程如圖2所示。
圖2 信息物理協(xié)同恢復過程流程圖
1） 災前預備階段
首先，基于地面基站通信覆蓋范圍，將配電網(wǎng)劃分為多個信息區(qū)域，以便于對通信故障進行分析與恢復處理；然后，智慧交通系統(tǒng)提前廣播災害信息，城市道路中行駛的EV在收到廣播信息后將前往最近的避難站點避難；最后，應急指揮中心所管理的無人機設備進入待命狀態(tài)，做好快速、有效響應的準備。
2）災后恢復過程
首先，對每個區(qū)域災后無人機應急通信需求進行建模，尋找最少數(shù)量無人機調(diào)配下的信息盲區(qū)恢復可行性控制方案；然后，控制無人機前往目標區(qū)域組建臨時通信網(wǎng)絡，恢復該區(qū)域的饋線終端單元（FTU）與EV通信，進而恢復主站對該區(qū)域的FTU的觀測控制能力和對EV的調(diào)配能力，同時該區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)故障情況也能通過無人機基站上傳至配電主站。其次，配電主站下達調(diào)度指令并通過有效的激勵機制引導EV駛?cè)肽繕薞2G站點形成分布式電源，進而控制拓撲重構(gòu)，形成以V2G站點為中心的微電網(wǎng)，保證地面通信基站供電恢復并最大限度恢復負荷；當原區(qū)域EV轉(zhuǎn)移完畢，無人機前往下一區(qū)域繼續(xù)開展恢復工作，微電網(wǎng)拓撲隨著新的區(qū)域通信恢復而動態(tài)變化，直至最大限度恢復整個區(qū)域負荷的電力供應。
2.2 模型建立
災前階段對EV的避難調(diào)度行為展開建模，應急中心工作人員對無人機進行充電和功能調(diào)試，為系統(tǒng)災后快速恢復做好準備工作。
災后階段以恢復周期內(nèi)負荷加權(quán)供電量最大為目標，首先求解各區(qū)域的無人機應急通信需求，其次對災前調(diào)度至各避難站的EV實施激勵措施，引導EV用戶參與V2G反向輸電以恢復電網(wǎng)，然后考慮無人機和EV的調(diào)度行為、V2G站點出力特性、微電網(wǎng)拓撲特征以及信息物理耦合控制約束建立動態(tài)恢復模型，求解模型得到信息物理協(xié)同快速恢復策略。
2.3 操作實施流程
根據(jù)信息物理協(xié)同恢復思路和程序求解流程，結(jié)合工程實際情況，設計了包含災后調(diào)配順序和運行規(guī)則的操作實施流程，以指導相關(guān)部門開展恢復工作。具體流程如下：
步驟1：災后恢復階段，配電主站確認系統(tǒng)信息盲區(qū)，無人機從應急中心倉庫出發(fā)前往目標區(qū)域組網(wǎng)恢復通信。
步驟2：目標區(qū)域通信恢復后，配電主站獲得該區(qū)域線路故障信息并開展優(yōu)化決策，將調(diào)度指令發(fā)送給避難站的EV，引導其快速有序前往V2G站點參與反向充電；同時將拓撲重構(gòu)指令下達至各FTU處，系統(tǒng)中相應遠動開關(guān)進行倒閘操作。
步驟3：目標區(qū)域通信基站復電后，無人機依據(jù)配電主站指令前往下一區(qū)域組建通信網(wǎng)絡，并重復步驟2工作。若無再調(diào)度指令，無人機返回應急中心倉庫。
步驟4：當所有區(qū)域通信基站投入正常運行，配電系統(tǒng)信息物理協(xié)同快速恢復工作結(jié)束。
03 算例分析
本文將改進的IEEE 33節(jié)點和30節(jié)點交通網(wǎng)組合成一個耦合系統(tǒng)進行算例分析，依據(jù)地面基站通信覆蓋范圍將劃分成4個區(qū)域。本研究對比分析了災后不同方案下的負荷恢復效率，具體如下：
1）方案1：不考慮應急通信建立和EV再調(diào)度，僅依靠災前在V2G站點避難的EV恢復負荷。
2）方案2：調(diào)配無人機建立應急通信，但不考慮EV再調(diào)度，僅依靠災前在V2G站點避 難的EV和動態(tài)微電網(wǎng)恢復負荷。
3）方案3：采取本文所提恢復方法，即無人機應急通信和V2G協(xié)調(diào)配合以實現(xiàn)重構(gòu)恢復負荷。
將本文方法與其他兩種方案對比，結(jié)果如圖3所示。對比方案1和方案2、3可知，方案2相比方案1供電量增加40.95%，方案3相比方案1供電量增加92.13%，由此可知無人機參與調(diào)度可極大程度提升災后負荷恢復量，這是因為無人機作為信息層靈活資源在受災區(qū)域可以建立應急通信，恢復電網(wǎng)的可觀、可控性，從而控制饋線終端動作，調(diào)整電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)、優(yōu)化線路潮流，使更多的負荷節(jié)點能夠與上游變電站連通。方案3相比方案2供電量增加35.52%，由此可知EV再調(diào)度可進一步提升系統(tǒng)恢復效果，這是因為災后大多數(shù)EV停留在避難站點，只有將它們有序高效地調(diào)度至目標V2G站點才能充分發(fā)揮V2G資源對負荷的供電支撐作用。
圖3 3種方案負荷恢復曲線
圖4對方案3系統(tǒng)各區(qū)域逐步恢復和EV再調(diào)度情況進行展示。圖中各區(qū)域通信基站節(jié)點負荷都優(yōu)先恢復，這樣能保證區(qū)域可觀、可控性得以持續(xù)恢復，無人機調(diào)度至目標區(qū)域建立通信網(wǎng)后，通過控制遠動開關(guān)形成微電網(wǎng)和引導EV再調(diào)度，確保區(qū)域內(nèi)基站節(jié)點與電源節(jié)點形成通路以恢復基站的電力供應。
圖4 方案3中各區(qū)域動態(tài)恢復情況
04 結(jié)語
本文充分考慮信息物理耦合特性并挖掘信息層和物理層靈活資源，基于V2G負荷恢復和應急通信提出了信息物理協(xié)同快速恢復方法，并在此基礎上建立了災后信息物理協(xié)同恢復的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，進而求解模型得出快速恢復策略，從而有效提升彈性。相較而言，本文所提方法能夠充分利用本地資源，實現(xiàn)彈性配電網(wǎng)信息物理快速恢復。
