超大型城市復(fù)雜配電網(wǎng)高效重構(gòu)智愈控制方法高紅均副教授/博士生導(dǎo)師四川大學(xué)電氣工程學(xué)院四川大摹四川大摹■■高紅均高紅均四川大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授/博士生導(dǎo)師政治面貌：政治面貌：共產(chǎn)黨員四川省杰出青年科學(xué)基金(杰出青年科技人才)2024年度愛(ài)思唯爾中國(guó)高被引學(xué)者連續(xù)入選斯坦福大學(xué)全球前2%頂尖科學(xué)家榜單四川大學(xué)四川大學(xué)特大型城市負(fù)荷高速增長(zhǎng)與“雙高”的接入，導(dǎo)致城市配電網(wǎng)網(wǎng)市配電網(wǎng)具有8000多條10kV饋線，以及數(shù)以萬(wàn)計(jì)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與分段開(kāi)關(guān)，由于城市配電網(wǎng)本身具備多個(gè)電壓等級(jí)，且大量開(kāi)關(guān)的投入導(dǎo)致配電網(wǎng)存在廣泛的弱耦合關(guān)系，從而使得特大型城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，難以6●提高城市配電網(wǎng)可靠性最城市復(fù)雜配電網(wǎng)變壓器2城市復(fù)雜配電網(wǎng)變壓器2口聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)示意圖網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)(開(kāi)關(guān)重構(gòu));變壓變壓器8變壓器3變壓器4起，開(kāi)關(guān)數(shù)量大，重構(gòu)運(yùn)變變壓器7問(wèn)題，很難滿足實(shí)際調(diào)控的秒級(jí)決策時(shí)間要求；變壓器5注：僅為示意圖，未標(biāo)注分段開(kāi)關(guān)明高效的調(diào)控應(yīng)用需求注：僅為示意圖，未標(biāo)注分段開(kāi)關(guān)四川大學(xué)四川大學(xué)組間協(xié)同→組間協(xié)同→組簡(jiǎn)協(xié)同組間協(xié)同調(diào)控效率。組間協(xié)同組間協(xié)同組間協(xié)同組間協(xié)同組間協(xié)同荷恢復(fù)、迎峰度夏/度①饋線聚類分組②組內(nèi)自治優(yōu)化③組間協(xié)同互濟(jì)●達(dá)①饋線聚類分組②組內(nèi)自治優(yōu)化③組間協(xié)同互濟(jì)口聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)供能力不一高峰少停電”目標(biāo)?？诼?lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)供能力不一四川大學(xué)四川大學(xué)!通過(guò)調(diào)節(jié)饋線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、變壓器聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、變電站聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與分段開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合，可以分別實(shí)現(xiàn)同一變壓器供電、不同變壓器供電和不同變電站供電的兩條饋線之間的凈負(fù)荷轉(zhuǎn)移，即“饋線-變壓器-變電站”三個(gè)層級(jí)的潮流轉(zhuǎn)移。變壓器潮流轉(zhuǎn)移變壓器潮流轉(zhuǎn)移2witchoff(hdliowpare)Switchon(solidsquare√配電網(wǎng)自然分層特性：饋線層、變壓器層、變電站層建立分層自治、逐級(jí)遞進(jìn)(變壓器內(nèi)饋線間-站內(nèi)饋線間-站間)的多層級(jí)平衡機(jī)制。變壓器級(jí)平衡運(yùn)行饋線級(jí)平衡運(yùn)行Substation1變電站級(jí)平衡運(yùn)行配電網(wǎng)重構(gòu)級(jí)別包括三類：饋線級(jí)、變壓器級(jí)、變電站級(jí),不同級(jí)別的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)(潮流轉(zhuǎn)移)參與類別不同。饋線級(jí)!i、變壓器級(jí)、變電站級(jí)重構(gòu)的潮流分布調(diào)節(jié)范圍逐漸擴(kuò)大現(xiàn)了由局部自治到大范圍協(xié)調(diào)的多層級(jí)平衡運(yùn)行。四川大學(xué)分組協(xié)同高效重構(gòu)理論一開(kāi)四川大學(xué)開(kāi)關(guān)貢獻(xiàn)度量化方法開(kāi)關(guān)貢獻(xiàn)度量化方法口針對(duì)樣本m,供電提升以及光伏消納能力的指標(biāo)量化：口開(kāi)關(guān)j的24小時(shí)供電能力以及光伏消納能力量化：口在M個(gè)樣本下開(kāi)關(guān)j的兩類指標(biāo)量化值：口對(duì)于處在兩變電站之間的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，取平均值：開(kāi)關(guān)數(shù)量削減規(guī)則開(kāi)關(guān)數(shù)量削減規(guī)則口考慮到分段開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)有著本質(zhì)的區(qū)別，所以在評(píng)估和削減時(shí)要對(duì)這兩類開(kāi)關(guān)分開(kāi)進(jìn)行：分段開(kāi)關(guān)普遍貢獻(xiàn)度較低重構(gòu)操作離不開(kāi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，普遍貢獻(xiàn)度較高口對(duì)開(kāi)關(guān)的貢獻(xiàn)度量化值進(jìn)行排序，分界為50%:如果開(kāi)關(guān)的貢獻(xiàn)度量化值排名高于50%,則認(rèn)定為重要開(kāi)關(guān)如果開(kāi)關(guān)的貢獻(xiàn)度量化值排名低于50%,則認(rèn)定為非重要開(kāi)關(guān)口在重構(gòu)決策模型中，忽略非重要開(kāi)關(guān)：非重要的分段開(kāi)關(guān)恒定閉合，非重要的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)恒定將重要開(kāi)關(guān)的動(dòng)作組合作為模型的決策對(duì)象分組協(xié)同高效重構(gòu)理論聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)負(fù)荷恢復(fù)能力計(jì)算電源節(jié)點(diǎn)v?—聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)d對(duì)應(yīng)的獨(dú)立負(fù)荷塊(負(fù)荷恢復(fù)能力)II-.nd=L-*-z?*n(z?1*UI-2U…Uz-d-2*Uz-d+12*U…UZ假定有c個(gè)電源節(jié)點(diǎn)s?,…Sc,對(duì)于第d條聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)kl(lk),其綜合負(fù)荷恢復(fù)能力為：側(cè)d側(cè)d聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)可替代關(guān)系分析1分析聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)d(kL)兩側(cè)的負(fù)荷鏈路徑可替代關(guān)系聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)d可被其余聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)完全替代的充分必要條件：兩側(cè)負(fù)荷鏈路均被完全包含聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)d綜合重要度IMP?=σ·LR?,σ=0/1聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)完全替代聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)d不可被其余聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)完全替代LR聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)d綜合負(fù)荷恢復(fù)能力IMPd=0冗余開(kāi)關(guān)，可被完全替代非關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，不可被完全替代IMP?≠0不可被完全替代分組協(xié)同高效重構(gòu)理論一饋線聚類分組四川大學(xué)●考慮聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)重要度的饋線分組方法第一階段后，進(jìn)一步針對(duì)饋線條數(shù)≥4的饋線組展開(kāi)二次分組：K-means等距離驅(qū)動(dòng)聚類方法基于開(kāi)關(guān)重要度的饋線啟發(fā)式聚類分組饋線聚類對(duì)于負(fù)荷恢復(fù)重要度較高的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)應(yīng)當(dāng)被優(yōu)先保留(即作為連接組內(nèi)饋線的邊),而低重要度開(kāi)關(guān)應(yīng)當(dāng)被優(yōu)先刪去(即作為組間聯(lián)絡(luò)邊)兩階段饋線分組方法流程(無(wú)需多輪迭代)階段2:饋線啟發(fā)式聚類分組方法s1.構(gòu)建階段1所得的饋線組為廣義圖模型G(V,E,W),V為饋線集合，E為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)集合，W為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)重要度。設(shè)置初始聚類c=0;復(fù)雜配電網(wǎng)s2.將組內(nèi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)e按照重要度從高到底排序，形成復(fù)雜配電網(wǎng)初步饋線組集合(存在較多回?cái)?shù)≥4的饋線組)初步饋線組集合(存在較多回?cái)?shù)≥4的饋線組)包含v?的聚類C?和包含v,的聚類C:s3.b.若(v,v;)在同一個(gè)聚類中，則跳過(guò)當(dāng)前聯(lián)絡(luò),判定下一條，即：最終饋線組集合(僅有極少回?cái)?shù)≥4的饋線組)最終饋線組集合(僅有極少回?cái)?shù)≥4的饋線組)(2)若(vv)中的一條饋線屬于某個(gè)聚類而另一條饋線不屬于任何聚類，如C?≠0.Cj≠◎,且饋線組c:內(nèi)少于4條饋線，則將饋線v,加入C?;,且合并后的組內(nèi)饋線數(shù)仍舊少于4,則合并c?與C?為一個(gè)饋線組s4.將剩余零散饋線劃入就近的饋線組中，并輸出各饋線組的最終結(jié)果四川大學(xué)四川大學(xué)4278個(gè)(占比72%),二類聯(lián)絡(luò)(非關(guān)鍵聯(lián)絡(luò))917個(gè)(占比15%),三類聯(lián)絡(luò)(冗余聯(lián)絡(luò))776個(gè)(占比13%)?！鋈惵?lián)絡(luò)(冗余聯(lián)絡(luò))分布情況：主要分布在越秀159個(gè)(占比全局20%)、白云125個(gè)(占比全局16%)、天河97個(gè)(占比全局13%)?！龆惵?lián)絡(luò)(非關(guān)鍵聯(lián)絡(luò))分布情況：主要分布在白云191個(gè)(占比全局21%)、越秀136個(gè)(占比全局15%)、各區(qū)局聯(lián)絡(luò)分布占比情況各區(qū)局聯(lián)絡(luò)分布占比情況越秀荔灣海珠天河黃埔白云番禺番禺91個(gè)(占比全局10%)。魏秀局白云局天河局黃埔局海珠局荔海局花都局番禺局從化局增城局南沙揭■各區(qū)局聯(lián)絡(luò)關(guān)系優(yōu)化前后情況對(duì)比：經(jīng)第一輪優(yōu)化后，城區(qū)局提升幅度較大，如荔灣局滿足要求占比由43%提升到67%;郊區(qū)局由于冗余聯(lián)絡(luò)較少，提升幅度較小，如從化、南沙、番禺、增城提升幅度均低于10%;經(jīng)第二輪優(yōu)化后，全局提升效果均較為明顯，優(yōu)化后滿足要求占比超過(guò)90%的區(qū)局有6個(gè)，其中荔灣、天河、黃埔、增城滿足要求占比超過(guò)95%。從化番禹增城花都南沙從化番禹增城花都■優(yōu)化前■第一輪■第二輪傳統(tǒng)集中式優(yōu)化職責(zé)職責(zé)●調(diào)度方案自趨優(yōu)進(jìn)化學(xué)習(xí)●不平衡工況下的全局協(xié)調(diào)K邊緣側(cè)邊緣側(cè)職責(zé)職責(zé)(邊)●變電站內(nèi)部資源自治響應(yīng)(邊)●參與其它邊緣側(cè)互濟(jì)平衡))末端用戶端職責(zé)職責(zé)四川大學(xué)四川大學(xué)變壓器轉(zhuǎn)移饋線轉(zhuǎn)移負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)1)重構(gòu)級(jí)別2)開(kāi)關(guān)變量決策結(jié)果通信鏈路2)開(kāi)關(guān)變量決策結(jié)果邊緣節(jié)點(diǎn)1邊緣節(jié)點(diǎn)3邊緣節(jié)點(diǎn)3Substarion2集中-分布式聯(lián)合控制計(jì)算體系口邊緣節(jié)點(diǎn)：分布式分段多級(jí)重構(gòu)√邊緣節(jié)點(diǎn)通過(guò)主干通信網(wǎng)絡(luò)將凈負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至云端數(shù)據(jù)中心，協(xié)同機(jī)制云端完成重構(gòu)級(jí)別識(shí)別，將多級(jí)重構(gòu)級(jí)別需求轉(zhuǎn)化為集中控制命令；√分段饋線級(jí)重構(gòu)、變壓器級(jí)重構(gòu)由對(duì)應(yīng)站點(diǎn)邊緣計(jì)算控制平臺(tái)執(zhí)行，開(kāi)關(guān)動(dòng)作方案轉(zhuǎn)化為控制命令對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。,級(jí)別識(shí)別需同時(shí)計(jì)及系統(tǒng)內(nèi)各層級(jí)凈負(fù)荷優(yōu)化需求基于云邊協(xié)同的多級(jí)重構(gòu)，其集中-分布式聯(lián)合控四川大學(xué)四川大學(xué)兩階段優(yōu)化運(yùn)行策略通過(guò)第一階段分段多級(jí)重構(gòu)和第二階段CL兩階段優(yōu)化運(yùn)行策略通過(guò)第一階段分段多級(jí)重構(gòu)和第二階段CL協(xié)調(diào)優(yōu)化能夠顯著減小棄光、失負(fù)荷水平。求解時(shí)間全局動(dòng)態(tài)重構(gòu)全局動(dòng)態(tài)重構(gòu)集中式分段多級(jí)重構(gòu)場(chǎng)景2失負(fù)蔭(無(wú)CL)時(shí)段/hC時(shí)間/s開(kāi)關(guān)成本/$成本/$棄光成本/S4678四川大學(xué)四川大學(xué)基基于MADRL與云邊協(xié)同的配電網(wǎng)重構(gòu)框架多個(gè)子配電網(wǎng)相互影響DG和負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化沒(méi)有精確的物理模型變電站1經(jīng)驗(yàn)池回放采樣變電站1經(jīng)驗(yàn)池回放采樣小批量數(shù)據(jù)策略梯度深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)?神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更新變電站2局部觀測(cè)變電站2四川大摹四川大摹四川大學(xué)四川大學(xué)口電力可靠供應(yīng)關(guān)乎民生，全國(guó)故障停電導(dǎo)致年均千億級(jí)經(jīng)濟(jì)損失，直接威脅城市發(fā)展生命線安全。自動(dòng)快速恢復(fù)供電的能力。全國(guó)供電可靠性與平均停電時(shí)間(2016-2024年)快速隔離放障區(qū)域恢復(fù)非故篩區(qū)域供電數(shù)據(jù)源自：2025年3月國(guó)家能源局、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)聯(lián)合發(fā)布的《2024年全國(guó)電力可靠性年度報(bào)告》。近70%用戶停電由配電網(wǎng)故障引發(fā)，提升城市復(fù)雜配電網(wǎng)自愈能力任務(wù)緊迫，形勢(shì)嚴(yán)峻!四川大學(xué)四川大學(xué)口隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，光伏等分布式資源在配電網(wǎng)中的滲透率日益提升，不僅加大了配電網(wǎng)正常運(yùn)行的復(fù)雜程度，更增加了故障恢復(fù)的難度。多資源接入背景下配電網(wǎng)故障恢復(fù)存在問(wèn)題描述：2024年全國(guó)電力裝機(jī)構(gòu)成情況護(hù)可能在潮流雙向流動(dòng)下誤動(dòng)或拒2024年全國(guó)電力裝機(jī)構(gòu)成情況范圍的確定和重新并網(wǎng)的控制策略源的啟動(dòng)協(xié)調(diào)控制過(guò)程復(fù)雜。2017-2024中國(guó)新能源發(fā)電累計(jì)裝機(jī)/億千瓦2017-2024中國(guó)新能源發(fā)電累計(jì)裝機(jī)/億千瓦故障時(shí)空擴(kuò)散特性多資源協(xié)同重構(gòu)的故障智愈模式傳統(tǒng)配電系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)新型配電系統(tǒng)圖深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能體經(jīng)驗(yàn)池OpenDSS掩蓋機(jī)制實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái)環(huán)境運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)作概率分布開(kāi)關(guān)控制動(dòng)作動(dòng)作獎(jiǎng)勵(lì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是故障恢復(fù)中的重要決策依據(jù)，SAC算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)空間維度的特征提取和擬合能力有限，無(wú)法充分發(fā)揮智能體潛在的決策能力。建起電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與供電恢復(fù)進(jìn)行耦合的橋梁，以更好的發(fā)揮SAC算法的決策性能。將記憶將記憶(s,a,T,5)存儲(chǔ)至經(jīng)輸池NNeposodN?模型訓(xùn)練組成完整的故障恢復(fù)回合，每個(gè)時(shí)段的故障恢復(fù)回合動(dòng)態(tài)支撐日時(shí)間尺度下的供電恢復(fù)。故障恢復(fù)足系統(tǒng)正常運(yùn)行約束的條件下，以重新建立失電負(fù)荷與主網(wǎng)電源或DG的連接關(guān)系，最大限度地恢復(fù)失電負(fù)荷的供電。參數(shù)更新√將每輪恢復(fù)回合所蘊(yùn)含的信息存儲(chǔ)至經(jīng)驗(yàn)池，池中的信息作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，供智能體中的各神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)更新。開(kāi)始開(kāi)始出現(xiàn)單重短路故障斷開(kāi)故障所在線路，隔離故障計(jì)算環(huán)境運(yùn)行狀態(tài)s,采取無(wú)效動(dòng)作掩蓋機(jī)制，智能體執(zhí)行開(kāi)關(guān)倒閘操作a;環(huán)境運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移S+1a,是否滿足保留一定裕度的故障恢復(fù)結(jié)束條件?結(jié)束為解決孤島與重構(gòu)供電路徑協(xié)調(diào)難的問(wèn)題，基于優(yōu)先保障關(guān)鍵負(fù)荷供電、接受非關(guān)鍵負(fù)荷納入后續(xù)重構(gòu)的原則，對(duì)死島進(jìn)行分類并提出考慮孤島收縮/擴(kuò)增的死島辨識(shí)與處理方法；并構(gòu)造考慮電壓/功率狀態(tài)的綜合評(píng)估函數(shù)來(lái)解決混合型死島的孤島選擇問(wèn)題；|設(shè)計(jì)基于規(guī)則化動(dòng)作裁剪的競(jìng)爭(zhēng)雙深度Q網(wǎng)絡(luò)算法(RBAP-D3QN)進(jìn)行局部重構(gòu)，提升孤島劃分后的重構(gòu)策略適應(yīng)性。孤島收縮/擴(kuò)增的死島處理方法I型死島：孤島擴(kuò)增，搜索可用跟網(wǎng)DG孤島收縮/擴(kuò)增的死島處理方法I型死島：孤島擴(kuò)增，搜索可用跟網(wǎng)DG并網(wǎng)為孤島提供更多功率支撐，將死島納入。Ⅱ型死島：孤島收縮，將死島轉(zhuǎn)供路徑上的非關(guān)鍵負(fù)荷排除出孤島，釋放轉(zhuǎn)供路徑?；旌闲退缻u：Ⅱ-Ⅱ型：通過(guò)評(píng)估函數(shù)G(孤島收縮前后狀態(tài)變化量)選擇收縮孤島：死島辨識(shí)分類原則主網(wǎng)孤島主轉(zhuǎn)供路徑上存在孤島內(nèi)關(guān)鍵負(fù)荷轉(zhuǎn)供路徑上不存在孤島內(nèi)關(guān)鍵負(fù)荷主網(wǎng)四川大學(xué)四川大學(xué)分別從分別從不同恢復(fù)方案、不同類型算法、不同且RBAP-D3QN與常規(guī)DRL算