赵艳军
广东电网有限责任公司电力科学研究院
梁坤杰
山东大学
引文信息
赵艳军, 梁坤杰, 龙霏, 等. 考虑灾害事件攻防顺序的电网防灾资源分配策略[J]. 中国电力, 2020, 53(1): 49-55.
ZHAO Yanjun, LIANG Kunjie, LONG Fei, et al. A resource allocation strategy for power grid disaster prevention considering the attack and defense sequence of disaster events[J]. Electric Power, 2020, 53(1): 49-55.
台风、海啸等自然灾害以及恶意针对电网的恐怖袭击引起的大规模停电事故频发，给社会带来了严重的经济损失和政治影响。如何采取有效的防护措施，实现电网遭受攻击时失负荷量最小，已经成为当今电力系统亟须解决的问题。由于时空的限制，台风等自然灾害以及恐怖袭击对电网的攻击可能是有顺序的，不是一次完成的。在新的背景下，亟需提出考虑攻防顺序的电网防灾资源分配策略，减少灾害过程中电网的失负荷量，提高电网的抗灾能力。
顺序攻击电网可能导致更加严重的后果，提出考虑攻击顺序以及潮流调整动态过程的电网防灾资源分配策略模型。传统的求解分阶段决策问题的算法计算量太大，且不能适用于大规模系统，采用列与约束生成算法进行求解。通过模型与算法的对比可以看到：（1）顺序攻击电网比一次性攻击能导致更加严重的后果（失负荷量），因此考虑顺序攻击是有意义的；（2）列与约束生成算法比传统的值迭代以及Q学习算法计算时间大幅减少。得出的电网防灾资源分配策略可以提高电网的抗灾能力，减少灾害过程中电网的失负荷量。
台风等自然灾害以及恶意针对电网的恐怖袭击可以分阶段对电网进行攻击，即一个阶段只攻击一个电网设施，例如台风吹断线路并不是一次性开断其所能开断的所有线路，而是随着台风的过境，有顺序地依次开断线路。再如，目前对电网威胁较大的恐怖袭击，一方面由于人力、物力、地理位置的限制，恐怖主义者不能同时攻击其所能攻击的所有线路，而是有顺序地对电网进行攻击；另一方面，即使攻击者有能力同时攻击，仍有可能会选择顺序攻击以期达到更好的攻击效果。 提出考虑攻击者攻击顺序以及潮流调整动态过程的电网防灾资源分配策略模型，即考虑攻防顺序的防御者-攻击者-防御者模型：第 1 个防御者（电网规划者）决定防御资源的分配，使电网遭受顺序攻击时失负荷量最小；攻击者（自然灾害或恐怖袭击）根据第 1 个防御者的行动做出决策，分阶段地攻击线路、变电站等基础设施，使电网总的失负荷量最大；第 2 个防御者（电网运行者）根据攻击者的顺序攻击行为做出决策，每一次攻击后都对电网进行潮流调整，使电网失负荷量最小。电网的防灾资源有限，因此能防护的线路数目是有限的，通过加固有限条输电线路以及遭受攻击后的潮流调整，使电网遭受顺序攻击时的失负荷量最小。这实际上是一个多阶段动态博弈过程，将其建模成min-max-min模型，目标是所有阶段的失负荷量总和最小，同时受到一系列的约束，如防御资源约束、攻击资源约束、发电机最大发电量约束、甩负荷约束以及潮流约束等。为了便于列与约束生成算法求解，将模型中的最后一个min函数通过线性规划的对偶原理，化为max函数，原始模型变成min-max-max模型,即传统的min-max问题。进一步通过线性化技术，将化简后的模型线性化。用高效的列与约束生成算法求解。算法将min-max模型分为主问题与子问题，分别对主问题与子问题进行求解，得到原问题的下界与上界，主问题与子问题间通过参数传递，更新下界与上界，经过有限次迭代，当上界值等于下界值时，表明原问题得到最优解，得到电网防灾资源最优分配策略。
图1 计算过程中的收敛情况
本文在电网防灾资源分配策略模型中，考虑攻击者攻击顺序以及潮流调整动态过程的影响，构建其模型，并运用线性规划的对偶原理与线性化技术对模型进行线性化处理，运用列与约束生成算法进行求解。在测试系统上进行了仿真，结果表明，顺序攻击比一次性攻击造成的危害更大。同时，也验证了求解算法的高效性。
第一作者：赵艳军(1987—)，女，硕士，高级工程师，从事电力系统分析与控制研究， 第二作者：梁坤杰（1996—），男，硕士研究生，从事电力系统恢复决策与控制研究，
山东大学电气工程学院电网安全防御与智能化恢复团队 包括刘玉田教授、张文教授、王洪涛教授、叶华教授、禇晓东副教授、李常刚副研究员、陈健副教授。主要从事互联大电网的安全稳定分析、电网智能化恢复决策、新能源并网等领域的研究工作。出版专著《电力系统恢复理论与技术》、《大规模时滞电力系统特征值计算》。曾获山东省科技进步一等奖2次，中国电工技术学会科技一等奖1次，山东省科技进步二、三等奖多次。
◀ 《中国电力》2020年第4期目录
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编辑：杨彪
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