研究人员创建创新模型以优化电网恢复能力

气候变化可以改变极端天气事件，而这些事件有可能使国家电网紧张、中断或损坏。桑迪亚国家实验室的计算机科学家一直在研究一种创新的计算机模型，以帮助电网运营商在完全中断后迅速恢复供电，这一过程称为“黑启动”。

他们的模型结合了恢复优化模型和计算机模型，该模型说明电网运营商在不完全了解每台发电机和配电线路时如何做出决策。该模型还包括对各个发电机、配电变电站和电力线在恢复电网供电过程中如何反应的基于物理学的理解。

项目负责人KevinStamber说：“我们花了很多时间思考如何超越简单地将其视为多层优化问题。”“当我们开始讨论电网中断时，能够根据可用信息采取行动并提供响应是至关重要的。运营商仍然必须针对电网制定恢复解决方案，看看他们是否得到了类型的他们期望看到的系统反应。”

总体模型还可以模拟由人为破坏(例如成功的网络攻击)触发的黑色启动。

优化电力恢复

该模型的优化部分评估电网及其组件，以确定如何尽快恢复电网供电，负责该模型这一部分的桑迪亚计算机科学家BryanArguello说。

例如，最佳方法可能是从发电机1开始为变电站A供电。变电站A通电后，发电机2-4可以安全启动，进而为变电站B、C和D提供电力，以及作为一些关键基础设施，例如净水厂或地区医院。一旦变电站D通电，发电厂5-8就可以启动，依此类推，直到整个电网恢复供电。

Arguello说，一旦制定了电力恢复计划，算法就会将其与物理限制进行比较，以确定该计划是否可行。“这里的挑战是引入适量的信息，以便模型可以做出明智的决定，而不会陷入过多的细节之中。”

Arguello说，恢复优化部分基于劳伦斯利弗莫尔国家实验室和加州大学伯克利分校的研究人员创建的类似模型，随着算法的进展，该模型战略性地为模型添加了更多细节。

该模型还可以准确地近似交流电的功率流，这在计算上比直流电更复杂，并且在黑启动条件等严重中断期间更准确地表示电网，领导这一部分的桑迪亚计算机科学家理查德加勒特说该项目。

Stamber说，最近该团队开始根据行业标准优化软件生成的代码来验证他们的代码生成的恢复计划。这是为了确保桑迪亚的模型推荐可以实际执行的计划。

整个模型的支点在于运营商决策代码，Stamber说。该算法从优化代码中获取结果并将其应用于第三个代码，这是一个基于物理的网格模拟，以及它如何动态响应操作员的操作。WaltBeyeler领导了第三部分的开发。

领导这部分模型的系统分析师CaseyDoyle说，操作员决策模型基于卡内基梅隆大学科学家创建的基于研究的认知模型。这个完善的模型适用于电力恢复，方法是将完成主要任务所需的子任务的专家知识编码，例如启动发电机所需的步骤，然后将其连接到最近的变电站。他们还添加了故障保险装置，这样认知模型就不会在电网出现意外行为时冻结，Doyle说。

“我们正试图创建一个认知健全的代理，它可以读取由优化模型创建的恢复计划，然后尝试在电力系统的模拟中实施它，”Doyle说。“它一步一步地阅读时间表所说的必须发生的事情，并尝试实施它。它在两者之间进行所有决策过程，包括确保频率在线路连接之前匹配。”

操作员模型通过模拟控制台与电网模型交互，并且仅限于控制台提供的知识，而不是假设电网操作员知道一切，这在电力恢复模型中通常是假设的。

事实上，运营商模型可以根据优化算法的结果评估网络模型的行为是否与其预期相匹配，Stamber说。他补充说，如果合作伙伴提供信息，模拟控制台还可以让团队将来自网格的实际信息馈送交换到网络动态模型中。

“黑色启动是非常罕见的极端事件，但一旦发生就真的很糟糕，”多伊尔说。“即使在部分停电的情况下，就像2021年德克萨斯州发生的那样，人们也会因为没有电、没有暖气而死亡。如果完全停电，很可能是由飓风或地震引起的运营商正在努力为整个社区恢复供电。电力恢复的延迟可能会造成更多的破坏或生命损失。了解如何尽快恢复供电具有巨大的影响。”

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