ABSTRACT  på senare tid allvarliga strömavbrott orsakade av extrema väderrisker har visat hur viktigt och brådskande det är att förbättra motståndskraften hos elnätet. Eftersom distributionsnäten fortfarande är sårbara för naturkatastrofer har kraftindustrin inriktat sig på metoder för att återställa distributionssystem efter katastrofer på ett effektivt och snabbt sätt. Den nuvarande metoden för att återställa distributionssystemet för allmännyttiga tjänster bygger huvudsakligen på förutbestämda prioriteringar och tenderar att vara ineffektiv och ooptimal, och bristen på situationsmedvetenhet efter faran försenar avsevärt återuppbyggnadsprocessen. Som ett resultat av detta kan kunderna uppleva en omfattande strömavbrott, vilket orsakar stora ekonomiska förluster. Å andra sidan har den framväxande avancerade utrustning och teknik som möjliggörs genom modernisering av elnätet potential att förbättra strategin för att återställa distributionssystemet. Men att utnyttja dessa resurser för att hjälpa verktygen i bättre distributionssystem återställande beslutsfattande som svar på extrema väderhändelser är en utmanande uppgift. I detta dokument föreslås därför ett stödverktyg som utformats genom utnyttjande av resurser som utvecklats för nätmodernisering. För det första går vi igenom den nuvarande metoden för att återställa distributionen och diskuterar varför den är otillräcklig som svar på extrema väderhändelser. Sedan beskriver vi hur moderniseringen av elnätet kan gynna återställning av distributionssystem, och vi föreslår en integrerad lösning i form av ett verktyg för beslutsstöd för att uppnå målet. Fördelarna med lösningen är bland annat att förbättra situationens medvetenhet om systemets skadestatus och göra det lättare för kunderna att överleva. Dokumentet innehåller en omfattande översyn av hur de befintliga metoderna i litteraturen skulle kunna utnyttjas för att uppnå de viktigaste fördelarna. Fördelarna med det utvecklade verktyget för beslut om systemåterställning är bland annat optimal och effektiv fördelning av reparationspersonal och resurser, påskyndande av återuppbyggnadsprocessen och minskning av avbrottstiden för kunder, som svar på svåra strömavbrott på grund av extrema väderförhållanden. KEYWORDS  en automatiserad mataromkopplare, distribuerad generator, återställning av distributionssystem, extrema väderhändelser, nätmodernisering, mikrogrid, återhämtningsförmåga, situationsmedvetenhet, överlevnadsförmåga Senaste allvarliga strömavbrott orsakade av extrema väderrisker har visat hur viktigt och brådskande det är att förbättra det elektriska elnätets motståndskraft. Folk kommer aldrig att glömma att Superstorm Sandy 2012 lämnade över 8 miljoner kunder utan makt över 15 stater och Modernisering Distribution System Återställning för att uppnå Grid Resiliency Against Extreme Weather Events: En integrerad lösning av Chen Chen Chen, Member IEEE, Jianhui Wang, Senior Member IEEE, a n d dan Ton 1268 Proceedings of the IEEE  på Vol. Vad är det för fel på dig? 7, juli 2017 Washington, DC på USA:s östkust [1], [2], och orkanen Irene 2011 resulterade i mer än 6,5 miljoner människor förlorar makt [1]. En nyligen genomförd undersökning av Congressional Research Service uppskattar att den inflationsjusterade kostnaden för väderrelaterade avbrott i USA är 25-70 miljarder dollar årligen [3]. Förutom Förenta staterna inträffade stora strömavbrott på grund av extrema väderförhållanden i andra länder under det senaste årtiondet. Till exempel rapporterades den allvarligaste isstormen under de senaste decennierna med storskaliga strömavbrott efter incidenten i Kina under isstormen 2008. Mer än 200 miljoner människor lämnades utan el, och de direkta kostnaderna för händelsen beräknades vara mer än $2,2 miljarder [4]. Cyclone Dagmar 2011 lämnade cirka 570 000 kunder (från totalt 3,2 miljoner elkunder) med strömavbrott i Finland [5]. I januari 2005 svepte en kraftig storm över norra Europa, från Irland till Ryssland. Mer än 500 000 bostäder lämnades utan makt, och Danmark och södra Sverige drabbades särskilt hårt. Fem kärnkraftverk måste stängas på grund av att saltvatten sipprade in i eldistributionsanläggningar [6]. Nyligen, i september 2016, våldsamma stormar och blixtnedslag i Australien lämnade hela delstaten Sydaustralien med 1,6 miljoner människor utan makt över en natt [7]. Extremt väder är den främsta orsaken till elavbrott i USA [1]. Enligt Hines et al:s analys. [8], bland 933 händelser som orsakar strömavbrott från 1984 till 2006, som visas i tabell 1, var nästan 44% väderrelaterade. Enligt databasen över nätstörningar som upprätthålls av US Department of Energy (DOE) [9], omkring 78% av de rapporterade 1333 elnät störningar från 1992 till 2011 var väderrelaterade [3]. När det gäller Europa har naturkatastrofer blivit de främsta hoten mot kontinuiteten i eltjänsterna. Efter de centraleuropeiska översvämningarna 2002, 2010, och 2013, de europeiska vinterstormarna och den tunga snön 2012, och den nordosteuropeiska orkanen 2011, började både Europeiska unionen och dess medlemsstater ifrågasätta säkerhetsnivån för sin elförsörjning [10]. Antalet avbrott som orsakas av extrema väderförhållanden förväntas öka i takt med att klimatförändringarna ökar frekvensen och intensiteten av orkaner, snöstormar, översvämningar osv. Denna förordning träder i kraft den tjugonde dagen efter det att den har offentliggjorts i Europeiska unionens officiella tidning. Enligt uppgifter från National Centers for Environmental Information (NCEI) of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) [12], från och med juli 2016 har USA lidit 196 väder- och klimatkatastrofer sedan 1980 där de totala skadorna/kostnaderna nådde eller översteg 1 miljard dollar med justering av konsumentprisindex (KPI), som visas i Fig. 1................................................................ Årsmedelvärdet för 1980–2015 är 5,2 händelser. Årsmedelvärdet för de senaste fem åren (2011) (2012) (2013) (2014) (2015) är 10,8 händelser. Under 2015 inträffade tio väder- och klimatkatastrofer med förluster som var större än 1 miljard dollar vardera över hela USA, vilket visas i bild. 2............................................................... År 2016 inträffade åtta väder- och klimatkatastrofer med förluster på över 1 miljard dollar (i juli 2016), däribland två översvämningshändelser och sex allvarliga stormhändelser. Eldistributionsnätet är fortfarande sårbart för extrema väderhändelser. Bilda. 3 visar exempel på distribution-linje och substation skador orsakade av vind och översvämningar, respektive under Superstorm Sandy [1], [13]. Å andra sidan har kundernas förväntningar på kontinuiteten i eltjänsterna ökat i och med utvecklingen av det moderna samhällets beroende av el, vilket skapar tryck på elverken för att förbättra elnätets motståndskraft mot extrema väderförhållanden. Medan systemhärdning och motståndskraft investeringar (vegetation management, underjordiska, höjda understationer, etc.) På planeringsstadiet är mycket viktigt, systemrenovering som svar på den katastrofala händelsen är också nödvändig för att uppnå motståndskraftiga eldistributionssystem. Återställningen av det nuvarande distributionssystemet bygger på förutbestämda prioriteringar [14]. Detta tillvägagångssätt är inte adaptivt med avseende på statusen för skador på elnätet under föränderliga väderhändelser och tillgängliga resurser för återställande, och tenderar därför att vara ineffektivt och suboptimalt. Bristen på situationsmedvetenhet om distributionsnät efter katastrofen innebär dessutom stora utmaningar för de allmännyttiga operatörerna och försenar i hög grad återuppbyggnadsprocessen. Som ett resultat av detta kan kunderna uppleva längre avbrott som orsakar stora ekonomiska förluster. Dessa utmaningar kommer från de unika egenskaperna hos strömavbrott som orsakas av extrema väderhändelser, så att de nuvarande restaureringssystem som är utformade för typiska strömavbrott kanske inte är lämpliga. I detta avseende är det absolut nödvändigt att förbättra strategierna för att återställa distributionssystemet för allmännyttiga tjänster som svar på katastrofala händelser. Det har konstaterats att moderniseringen av elnätet inom kraftindustrin har potential att förbättra nätets motståndskraft. I Förenta staterna inleddes nätmoderniseringen av energidepartementet (DOE) enligt den amerikanska lagen om återhämtning och återinvestering från 2009 [15]. Under det största programmet, Smart Grid Investment Grant (SGIG), DOE, och elindustrin har gemensamt investerat $8 miljarder i 99 kostnadsdelade projekt som omfattar mer än 200 deltagande elektriska verktyg och andra organisationer. I Europeiska unionen kommer de samlade investeringarna i teknik för smarta nät att uppgå till 56,6 miljarder [16] under perioden 2010–2020. Investeringarna i nätmodernisering har också observerats i andra länder, däribland Kina, Japan, Sydkorea, Australien och Brasilien [16]. Bland dessa insatser möjliggör distributionsautomation (DA) och avancerad mätare infrastruktur (AMI) mer observerbarhet och kontrollbarhet av distributionssystem, som kan utnyttjas för att förbättra restaureringsprocessen, och dessa fördelar har visats genom vissa pilotprojekt [17]. Det är dock en utmanande uppgift att integrera denna nya teknik för att ge allmännyttiga operatörer en förbättrad strategi för återställande. För att uppnå detta mål presenterar detta dokument en integrerad lösning: ett beslutsstödverktyg som kan hjälpa verktyg med återställning av distributionssystem efter extrema väderhändelser. För det första ger vi en översikt över de nuvarande metoderna för att återställa distributionssystemet och diskuterar deras begränsningar för att återställa extrema väderrelaterade avbrott. Därefter beskriver vi det föreslagna verktyget för integrerat beslut om återställande. Med den integrerade lösningen kan två fördelar uppnås: 1) att förbättra situationens medvetenhet om systemets skadestatus och 2) att underlätta kundernas överlevnad med hjälp av lokala generationskällor. Dokumentet ger också en omfattande översikt över hur de befintliga studierna i litteraturen skulle kunna utnyttjas för att uppnå dessa två mål och bana väg för en modernisering av rutinerna för systemrenovering av distributionssystem som svar på extrema väderhändelser. Det viktigaste bidraget i detta dokument är att tillhandahålla en ram för en integrerad lösning och potentiella metoder, samt att diskutera några öppna problem om hur vi kan utnyttja fördelarna med nätmodernisering för att förbättra återställning av distributionssystem under extrema väderhändelser för allmännyttiga företag. Observera att även om de flesta av studierna är baserade på fall i Förenta staterna, inklusive historiska riskdata, statistiska effekter av extrema väderhändelser på elnät och modernisering av elnät, är de metoder som diskuteras i dokumentet för allmänna fall och har potential att hantera utmaningarna med att återställa distributionssystemet under extrema väderförhållanden i andra länder. Resten av tidningen är organiserad enligt följande. I avsnitt II beskrivs de nuvarande metoderna för att återställa distributionssystemet och motsvarande begränsningar. I avsnitt III diskuteras hur nätmoderniseringen kan utnyttjas för att förbättra distributionsåterställningen och beskrivs den föreslagna integrerade lösningen i form av ett beslutsstödverktyg för återställning av distributionssystem. I avsnitt IV granskas de befintliga metoderna för att använda väderinformation för skadebedömning och metoden för fusion med flera källor för att förbättra situationens medvetenhet. Avsnitt V granskar befintliga studier om hur man kan utnyttja lokala distribuerade resurser för att förbättra överlevnadsmöjligheter för kunder. Vi avslutar vår diskussion i avsnitt VI. Återställning av distributionssystem är en av de centrala funktionerna i distributionshanteringssystemet (DMS) för verktygen. Efter en strömavbrott uppstår som ett resultat av ett ihållande fel, avbrottshanteringssystemet (OMS) kommer att ta emot kundernas problemsamtal för att identifiera det defekta området och utsända besättningar för att reparera felet. Innan reparationen är klar kommer avbrottsbelastningen att återställas genom att den topologiska strukturen i distributionsnätet ändras (dvs. genom omkonfigurering av nätverket genom manuell eller automatisk styrning av omkopplare) för att ansluta till en annan matare och/eller en annan lateral på samma matare. När den felaktiga delen har reparerats, ställs nätverket om till det normala tillståndet. Bilda. 4 illustrerar restaureringsprocessen med hjälp av ett enkelt tvåflödessystem. Detta system, som kallas restaurering av distributionstjänster, kan minska avbrottets varaktighet för kunderna och förbättra systemets tillförlitlighet, och är en integrerad del av felplats, isolering och servicerenovering (FLISR) i det moderna DMS [18]. Metoderna för restaurering av distributionstjänster har studerats ingående i litteraturen; de omfattar expertsystem [19] [26]. Dessa metoder kan effektivt isolera felet och återställa så mycket last som möjligt efter den allmänna avbrott inträffar i distributionsnätet. Verktygets restaureringsverksamhet som svar på stormar och andra extrema väderhändelser styrs i allmänhet av förutbestämda prioriteringar. Dessa ger en vägledning på hög nivå om i vilken ordning systemen bör återställas, baserat på betydelse och kritiskhet. Enligt undersökningen av konsortiet Distribution System Testing Application and Research är restaureringsprioriteringarna mycket likartade för alla allmännyttiga företag, och den allmänna ordningen listas enligt följande [14] 1 : 1) stora överföringsledningar; 2) substationer; 3) allmänna säkerhetssamtal; 4) huvud- eller trefas stammatare; 5) nödtjänster och anläggningar som är kritiska för folkhälsan och säkerheten; 6) enfaslinjer som betjänar stora kundblock; 7) linjer som betjänar bostadsområden och flera kunder; 8) enskilda kunder. Den tid som behövs för att återställa ett distributionssystem efter en större händelse är i hög grad beroende av en snabb och korrekt bedömning av systemskador [14]. Skadebedömningsscouter, som också kallas fältkontrollerare eller spanare, utvärderar stormskador innan linjebesättningar avsänds. En skadebedömares roll är att patrullera matarna för att identifiera problemställen, utvärdera skadornas omfattning och ta fram preliminära uppskattningar av de resurser som behövs för att återställa dem. Bedömningen genererar kritisk information som hjälper till att definiera arbetets omfattning, prioritera insatser och tilldela resurser. Den typiska skadebedömningsprocessen är följande [14] 2: • antal skadeutvärderare eller skadebedömningsgrupper skickas ut för att undersöka alla matare och kranar; • bedömare registrerar och stämmer antalet trasiga poler, spännvidder av vajer ner, skadade transformatorer, etc., och platsen för skadan; • när teamen återvänder till avsändningsplatsen (vanligtvis i slutet av dagen), informationen vidarebefordras till någon att prioritera problem och avsändarbesättningar för att utföra reparationerna. När skadebedömningen är klar, samordnarna i kontrollcentret har en ganska bra uppfattning om storleken och omfattningen av skadan och de resurser som krävs. Besättningar skickas sedan för att reparera skador och återställa service på grundval av vissa regler och riktlinjer som tar hänsyn till olika faktorer (t.ex. enkel reparation eller tillgång till det skadade området). Förutom verktygens egen personal har den amerikanska elindustrin utvecklat effektiva program för ömsesidig hjälp, i vilka verktygen kallar in besättningar från hela en region för att hjälpa till att återställa downed linor, stolpar och transformatorer [28]. Ramen för ömsesidigt bistånd har också inrättats i Europa för att påskynda återställandet efter en stor maktstörning genom att underlätta arrangemang mellan medlemmarna för tillgång till reservdelar och arbetskraft [27]. Värdtjänsten måste tillhandahålla logistiskt stöd i form av logi, livsmedel och bränsle; måste ha till hands nödvändiga reservdelar och utrustning; och måste ha kapacitet att effektivt skicka besättningar till de drabbade områdena [14]. 1 Observera att restaurering prioriteringar är från undersökningen om fallen för USA. Det på förhand fastställda prioritetsbaserade återuppbyggnadssystemet är dock en allmän regel även för kraftdistributionsnät i andra länder. Som framgår av [27] omfattar återhämtningsåtgärderna för översvämningarna 2014 i sydöstra Europa till exempel återställande av skadade och förstörda kraftledningar och utrustning med prioritet. I ett annat exempel på svår isbildning 2014 i Slovenien, felhanteringen utfördes genom att arbeta från hög till låg spänning [27], som också bygger på en förutbestämd prioritet. 2 Observera att skadebedömningsprocessen är baserad på undersökningen om fallen för USA. Men det är en allmän praxis för restaurering efter extremt väder i andra länder. Under den allvarliga isbildningshändelsen i Slovenien 2014 ledde förlusten av kommunikationssystem till en manuell bedömning av situationen efter katastrofen [27]. Till de framgångsrika restaureringsinsatserna hör också effektiv kommunikation, både internt och externt. Den interna kommunikationen är nödvändig för att hantera och samordna restaureringsverksamheten, medan den externa kommunikationen är lika viktig för att skapa allmänhetens förtroende och stärka uppfattningen om en framgångsrik insats [14], t.ex. genom att tillhandahålla korrekt beräknad tid för restaurering (ETR) kommer att lindra frustrationen hos de kunder som upplever blackouten. Medan den nuvarande distributionssystemet restaureringssystem fungerar bra för typiska strömavbrott, kan historien förändras för extrema väderhändelser. Utmaningarna kommer från de unika egenskaperna hos strömavbrott på grund av extrema väderhändelser, som visas i tabell 2 från vårt tidigare arbete [29]. Dessa egenskaper är i hög grad relaterade till egenskaperna hos den extrema väderhändelsen. Till exempel kan en storm störta träd på flera platser som knäpper verktygsstolpar för att orsaka flera fel och orsaka en utbredd avbrott, och dessa platser beror på vägen till stormen. Tvärtom, ett typiskt avbrott orsakas vanligtvis av en eller några slumpmässiga fel. Ibland drabbas även bulkkraftsystem av skador till följd av katastrofen, vilket i sin tur orsakar avbrott som konventionella återuppbyggnadsmekanismer kanske inte kan hantera på ett effektivt sätt. Dessutom kan naturkatastrofer förstöra andra infrastrukturer som är beroende av elnät (t.ex. transportnät, kommunikationsnät, gasledningar) så att återuppbyggnadsprocessen kommer att ställas inför ännu större svårigheter. Omvänt, en typisk strömavbrott oftast inte lider av dessa frågor. Dessa skillnader kommer att leda till begränsningar i den nuvarande restaureringspraxis som svar på extrema väderhändelser, som diskuteras nedan. De distributionssystem restaureringsstrategier som är utformade för typiska avbrott kanske inte är lämpliga för återhämtning från naturliga disaster-framkallade avbrott. Om distributionssystemet upplever en total elförlust, eller några isolerade öar bildas som ett resultat av den extrema väderhändelsen, kan kunderna uppleva längre avbrott tills de defekta områdena repareras och energisätts igen. Denna process kan ta en vecka eller längre, som faktiskt hände under Superstorm Sandy. Detta scenario innebär nya utmaningar för allmännyttiga företag att uppnå överlevnad för kunder, som hänvisar till förmågan att upprätthålla en viss grundläggande nivå av elektrisk funktionalitet för enskilda konsumenter eller samhällen i händelse av en fullständig förlust av eltjänst från distributionssystemet [28]. Konceptet att hjälpa kunder med överlevnadsfunktioner är faktiskt relativt nytt för elindustrin. Historiskt sett har många kunder som sjukhus, banker och datacenter tagit på sig ansvaret för sin egen överlevnadsförmåga och förlitat sig på reservgeneratorer och avbrottsfria nätaggregat (UPS) [28]. På grund av det moderna samhällets höga beroende av el och den snabba utvecklingen av kundernas förväntningar på kontinuiteten i elförsörjningen (t.ex. för kommunikation och moderna bekvämligheter) efter en extrem väderhändelse står verktygen dock inför tryck för att uppnå överlevnad för kunderna innan reparationerna på felaktiga områden slutförs. Bristande medvetenhet om situationen efter katastrofala händelser är en annan utmaning för systemansvariga för distributionssystem, som i hög grad försenar återuppbyggnadsprocessen och orsakar stora ekonomiska kostnader för kunderna. Till skillnad från överföringssystemen är de flesta av de nuvarande distributionssystemen "blinda" när det gäller övervaknings- och kontrollfunktioner utanför distributionsstationen. Även med viss observerbarhet aktiverad av AMI eller DA, data efter en naturkatastrof kan vara otillgängliga eller tvivelaktiga, eftersom apparater och underliggande kommunikationsnät kan också skadas. För att identifiera felområden beror den nuvarande OMS oftast på kundproblemsamtal, som är långsamma och felaktiga, eller till och med otillgängliga på grund av skadade telekommunikationssystem. Förekomsten av så kallade "nested avbrott", d.v.s. ett avbrott inom ett avbrott, som är vanligare i strömavbrott på grund av extrema väderhändelser, skapar ytterligare svårigheter att identifiera avbrottsområden. Å andra sidan fångas informationen om skadestatus vanligtvis av fältbedömare, vilket också är en mycket långsam process, och besättningen kan inte skickas ut förrän skadeinformationen samlas in och analyseras. Såsom anges i vitboken från GTM Research [30] leder dessutom separationen av skadebedömningssystemet från OMS under återställandet till datasilos för de två processerna, vilket påverkar förmågan att uppnå situationsmedvetenhet i rätt tid. I denna mening, verktyg har liten kunskap om vilka komponenter / nätverk skadas och hur allvarligt de skadas efter naturkatastrofer, och därmed är det svårt för verktyg att schemalägga reparation besättningar och återställa distributionssystemet effektivt och effektivt.  Det har konstaterats att de framsteg som gjorts när det gäller moderniseringen av elnäten under de senaste åren har gett möjlighet att förbättra distributionssystemets effektivitet. Att integrera dessa nya tekniker och anordningar under restaureringsprocessen är dock inte en lätt uppgift för allmännyttiga företag. I detta avsnitt införs moderniseringen av elnätet i riktning mot nätreiliens. Därefter beskrivs en integrerad lösning för att hjälpa verktygens beslutsfattande för återställning av distributionssystem. Investeringarna i nätmodernisering har genomförts i många länder i världen. I Förenta staterna, som ett resultat av den amerikanska Recovery and Reinvestment Act 2009, DOE, i samarbete med kraftindustrin, lanserade SGIG-programmet [31]- [33], som syftar till att modernisera elektriska elnät genom utbyggnad av avancerade enheter och smarta nättekniker. Bilda. 5 visar utgifterna för tjänster av allmänt ekonomiskt intresse per kategori av teknik och system. I Europeiska unionen kommer investeringarna i teknik för smarta nät från flera finansieringsorgan, däribland Europeiska återhämtningsfonden, Europeiska regionala utvecklingsfonden och Europeiska sammanslutningen för utbildningsforskning [16]. Bilda. 6 visar den geografiska fördelningen av investeringar och projektkategorier av smart nätteknik i Europeiska unionen. Investeringarna i eldistributionssystem och avancerade mätare ger bland annat möjlighet att förbättra återställningen av distributionssystem på följande sätt som svar på extrema väderhändelser. Utvecklingen av DA gör det möjligt att installera fältenheter så att synligheten och kontrollen av distributionssystemet bakom substationen förbättras. En viktig fältenhet är fjärrfelindikatorn, som är en lågkostnadssensor som kan upptäcka elektriska signaturer i samband med fel, såsom höga strömmar eller låg/ingen spänning [34]. Felanalysapplikationer kan använda de data som tillhandahålls av felindikatorer för att uppnå förbättrad noggrannhet i att lokalisera och identifiera fel och deras orsaker. Automatiserade matarbrytare växer också fram som ett resultat av utvecklingen av DA. Dessa omkopplare kan öppna och stänga en matarsektion som svar på styrkommandon, som ger kontroll över distributionsnätet för att isolera fel och konfigurera felaktiga segment av distributionsmataren för att återställa strömmen. Bilda. 7(c) visar IntelliRupter PulseCloser Fault Interrupter utformad och tillverkad av S&C Electric Company [36], som integrerar felavbrott, felisolering och kretsåterställning i ett enda, lättinstallerat paket, och Bild. 7 d) visar motsvarande automatiska omkopplare styrsystem [37]. Till exempel, i SGIG-projektet som genomfördes av Electric Power Board (EPB) i Chattanooga, TN, USA, har mer än 1400 automatiska matarbrytare installerats med motsvarande kommunikations- och informationshantering [17]. I en juli 2012 derecho som påverkade hälften av EPB: s kunder, EPB: s svar var upp till 17 timmar snabbare på grund av den automatiserade matar switchar, som återställde kraft till 40 000 kunder omedelbart [17]. Med utvecklingen av nätmodernisering, den ökande penetrationen av distribuerade produktionstekniker och mikrogrider ger lokaliserade kraftresurser, vilket kan ge enorma fördelar under restaurering som svar på extrema väderhändelser. Som rekommenderas i rapporten från GridWise Alliance [2] kan dessa distribuerade energiresurser utnyttjas för att tjäna kritiska belastningar när elnätet är nere efter extrema väderhändelser. Den automatiserade matarbrytaren och den tillhörande kontrollmekanismen gör det möjligt att använda dessa DER för att säkerställa kundernas överlevnadsförmåga och minska avbrottens storlek och varaktighet. Sendai Microgrid (SM) i Japan demonstrerade DER:s motståndskraftsfördelar under 2011 års stora jordbävning i östra Japan och tsunami. När jordbävningen inträffade upphörde Tohoku Electric Power Company att leverera ström till området kring SM, vilket resulterade i ett nästan tre dagar långt avbrott. Trots detta kunde SM kontinuerligt leverera ström till några små kritiska belastningar inom campus och tillhandahålla full värme- och kraftförsörjning under nästan två och en halv av de tre blackoutdagarna [38]. De smarta mätare som används i AMI är utrustade med avbrottsanmälan kapacitet som gör det möjligt för enheterna att överföra en "last-gasp" varning när strömmen till mätaren går förlorad [34]. Informationen kan integreras i OMS för att ge ytterligare sätt att identifiera avbrottsområdet och hjälpa till att bedöma skadan. Smarta mätare kan också överföra "power on" meddelanden till operatörer när strömmen återställs, eller till och med tillåta verktyg att "ping" mätare i de drabbade områdena för att bedöma avbrottsgränsen och kontrollera restaureringen framsteg, vilket gör det möjligt för fältbesättningar att användas mer effektivt, vilket minskar restaureringstiden. Denna fördel visades i SGIG projektet på PECO i Philadelphia, PA, USA, under Superstorm Sandy, där smarta mätare verksamhet hjälpte PECO undvika mer än 6000 lastbilsrullar eftersom kraftåterställning bekräftades genom pinging meter utan att behöva skicka reparationsbesättningar [17]. Även om de nya enheter och tekniker som diskuteras i avsnitt III-A potentiellt kan hjälpa verktygen att förbättra restaureringsprocessen, kommer det att vara en utmaning att avgöra hur man bäst kan utnyttja dessa resurser, särskilt under extrema väderhändelser. Ett verktyg för beslutsstöd som integrerar dessa resurser och tekniker kommer att vara till hjälp för de allmännyttiga operatörernas beslutsfattande under återställandet. Verktyget utnyttjar väderinformation/prognoser och bedömning av systemets sårbarhet för att förbättra verktygens situationsmedvetenhet under restaureringsprocesser. Avancerade optimeringsmodeller med användardefinierade multiobjektiva mätvärden kommer att utvecklas för att schemalägga reparationsbesättningar och restaureringsresurser och konfigurera om distributionsnätet i realtid. Verktyget är anpassningsbart till systemvariationer, eftersom en återkopplingsslinga kommer att utformas för beslutsuppdateringar. Det föreslagna stödverktygets struktur omfattar fyra moduler, som visas i bild. 8............................................................... • Datafusionsmodulen utnyttjar befintliga problemanropssystem, väderinformation/prognoser, modeller för bedömning av systemets sårbarhet och data från mätningar av distributionsfält för att förbättra situationsmedvetenheten och uppskatta och förutsäga statusen för distributionssystemets skador efter extrema väderhändelser som orkan, översvämningar, nor'easter, isstorm eller löpeld. • Besättnings- och resursavsändningsmodulen fångar viktiga attribut och begränsningar för reparationspersonal och tillhörande restaureringsresurser, och integrerar dem i restaureringsmodeller. • Den avancerade styrmodulen använder de resurser som möjliggörs av distributionsautomation, t.ex. automatiserade matarbrytare och DER, för att konfigurera om distributionsgaller och plocka upp laster. • Den användardefinierade multiobjektiva optimeringsmodulen utnyttjar avancerade optimeringsmodeller för att samordna reparation av besättningens schemaläggning, resursfördelning, omkonfigurering av distributionsnätet och lastning enligt olika mått som anges av användarna. Verktyget är anpassat till systemvariationer, eftersom en återkopplingsslinga med uppdaterad information kommer att integreras i beslutsprocessen. Fördelarna med det föreslagna verktyget för återställning av det integrerade distributionssystemet är bland annat optimal och effektiv fördelning av reparationspersonal och resurser, påskyndande av återställningsprocessen och minskning av avbrottstiden för kunder som svar på svåra strömavbrott på grund av extrema väderförhållanden. På så sätt kan de ekonomiska kostnaderna för strömavbrott minskas. Det kommer också att gynna hela elindustrin, inklusive allmännyttiga företag, kunder, oberoende systemansvariga/regionala överföringsorganisationer (ISO/RTO), tillsynsmyndigheter och leverantörer. De förväntade fördelarna för olika enheter och intressenter sammanfattas på följande sätt. • Verktyg kan använda verktyget för att påskynda restaureringsprocessen och använda distributionsautomationsenheter och -teknik för att minska avbrottets varaktighet och storlek under extrema väderhändelser. • Elkunderna kommer att dra nytta av de minskade storlekarna och varaktigheterna av strömavbrott under extrema väderhändelser. • ISO/RTO:er kommer att kunna använda metoden för att samordna processer för restaurering på överföringsnivå med verktyg på distributionsnivå för att förbättra den övergripande systemrenoveringen. • Tillsynsmyndigheterna kommer att ha en kvantitativ metod för att utvärdera motståndskraften hos distributionssystemet på grund av utvecklingen av avancerad styr- och optimeringsteknik. • Leverantörer kan kunna använda verktyget för att specificera kraven på vissa enheter som kommer att användas i restaureringen och förbättra utvecklingen av avbrottshanteringssystem. Denna integrerade lösning för beslut om återställelse av distributionssystem har två viktiga fördelar jämfört med de befintliga lösningarna. 1) Förbättra medvetenheten om systemets skadestatus. Datafusionsmodulen i verktyget kommer att integrera flera informationskällor, inklusive väderinformation/prognoser, bedömning av systemets sårbarhet, kundernas problemsamtal, smarta mätare och distribution SCADA (skyddande reläer, felindikatorer osv.) för att bättre uppskatta skadestatusen efter den extrema väderhändelsen. Som ett resultat av detta kan restaureringsprocessen gå snabbare. 2) Underlätta överlevnadsmöjligheter för kunder i händelse av en fullständig förlust av eltjänst från elnätet. Den avancerade styrmodulen kommer att integrera de nya enheter och tekniker som möjliggörs av smarta nät och distributionsautomation för att konfigurera om distributionsnätet och ta upp belastningen på ett optimalt sätt. Som ett resultat kan DERs användas för att tjäna kritiska belastningar efter extrema väderhändelser för att minska kundernas avbrott storlek och varaktighet. I avsnitt IV kommer vi att diskutera hur olika informationskällor kan integreras för att uppskatta systemets skadestatus för att förbättra situationsmedvetenheten för allmännyttiga företag. Flera befintliga tekniska metoder kommer att beskrivas, och en ram för datafusion kommer att föreslås för att integrera dessa informationskällor. I Avsnitt V kommer vi att beskriva hur DER och automatiserade matarbrytare kan utnyttjas för att konfigurera om elnätet och plocka upp lokala laster, vilket ger möjlighet att minska kundernas avbrottstid och underlätta överlevnad. Vissa fallstudier tillhandahålls för att visa tillvägagångssätten, och vissa särskilda tekniska överväganden kommer att diskuteras. Som visas i bild. 8, Datafusion modulen använder flera informationskällor för att förbättra situationsmedvetenheten om skadestatus. En viktig källa är väderinformation, som kan föra in användbar kunskap för att uppskatta skador på distributionsnätet på grund av naturkatastrofer. Integrationen av väderinformation med kundernas problemanropsinformation samt mätningarna från fältenheter har potential att uppnå mer exakt status för systemskador. En probabilistisk ram för datafusion föreslås som ett av de möjliga alternativen för att undersöka integreringen av flera informationskällor för att förbättra medvetenheten om situationen. För att integrera väderinformationen i bedömningen av distributionsskador är en viktig uppgift att förstå hur olika vädermått påverkar distributionsnätet; flera befintliga studier behandlar denna fråga. I allmänhet kan metoderna delas in i två kategorier: bedömning av skador på komponentnivå och bedömning av skador på systemnivå. Syftet med metoden för bedömning av skador på komponentnivå är att uppskatta hur vädret påverkar varje enskild komponent i distributionsnätet. Det tillämpar en probabilistisk skademodell, som använder skador/fragilitet kurvor för att representera sannolikheten för skador som en funktion av vädermått såsom vindhastigheter och översvämning vattendjup. Till exempel en vols bräcklighet. Vad är det för fel på dig? 7 juli 2017  tillvägagångssätt IEEE 1275 distributionslinje som utsätts för extrema vindar bestäms av fel på minst en av dess stödstrukturer, dvs. distributionsstolpar. Baserat på de observationer som gjorts av Quanta Technology [39] kan sannolikheten för fel hos en befintlig distributionsstödstruktur approximas genom en exponentiell funktion med hjälp av historiska data, enligt följande: där andra parametrar i (2) som redovisar lufttäthet ( Q ), terrängkorrigering ( k z ), riskvikt ( I FW ), trådstam ( G WRF ) och dragkoefficient ( C f ) definieras av ASCE Engineering Practice Report 113 [41]. Sannolikheten för linjeskador beräknas som förhållandet mellan den maximala vinkelräta kraft som linjen kan uthärda ( F brk,k ) och linjen vind belastning ( F vind,k ) för en distributionslinje k där faktor γ används för att skala linjen bräckliga uppskattningar för att matcha registrerade feldata. Distributionsnätet lider av betydande sårbarhet för skador orsakade av flygande spillror, eftersom distributionslinjerna är nära marken och ofta i närheten av träd. Sannolikheten för trädvindar påverkar därför distributionslinjernas bräcklighet avsevärt. Undersökningen i [40] diskuterade också modellerna för flygande skräp och hur de kommer att påverka sannolikheten för fel på distributionsledningen. Sannolikheten för skador för substationer i form av stormar kan representeras via log-normala bräcklighet kurvor [40]. Dessa kurvor genererar sannolikheten för skador för en given vindpusthastighet ( ws ) samtidigt som hänsyn tas till den aktuella substationens lokala terräng och strukturella egenskaper. Den allmänna formen av bräcklighet kurvor visas som där parametrar μ och σ representerar logaritmiska medelvärdet och standardavvikelsen för den bräckliga kurvan, som kan tas från Federal Emergency Management Agency (FEMA) HAZUS Hurricane Model [42]. Denna metod betraktar substationer som en enda enhet i stället för att använda instabila kurvor för enskilda substationselement som approximation. Översvämningar är ett stort problem för understationer. Översvämningar blir ett problem för understationer när vattenmängden överstiger avloppsnätets kapacitet. Översvämningar kan orsaka allvarliga skador på utrustning för understationer, och kan leda till avbrott i driftkontinuiteten och omfattande avbrott. Tillvägagångssättet för att uppskatta översvämningarnas inverkan på en distributionsstation baseras på mätvärdet för vattendjupet vid översvämningar, vilket avgör om en substation fortfarande är i drift. Den förväntade förlusten av funktionalitet för understationer från översvämning bestäms på platsspecifik basis som en funktion av översvämningsdjupet. Funktionströsklarna och skadefunktionerna kommer att erhållas från FEMA HAZUS Flood Model för varje typ av substation [43], t.ex. information för lågspänningsstationer visas i bild. 9................................................................ De allvarliga väderprognoserna kan kombineras med geografiska informationssystem (GIS) uppgifter om elektriska distributionskomponenter för att bestämma de förväntade väderförhållandena på en viss plats. Med hjälp av skadekurvorna skulle den potentiella skadan och tillgängligheten för dessa nätkomponenter fastställas specifikt för ett visst väderhot, tillsammans med de prognostiserade väderförhållandena. De historiska och prognostiserade väderdata finns tillgängliga i formfilformat (ett populärt geospatialt vektordataformat för GIS) från National Weather Service (NWS) [44] och NOAA [45] för följande vädermått: • nederbörd; • temperatur; • djup översvämningsvatten; • orkan och stormvåg. Förutom dessa offentligt tillgängliga väderdata kan avancerade väderprognosmodeller, t.ex. väderforsknings- och prognosmodellen [46], också användas för att erhålla väderprognoser med finare granularitet. 2) System-nivå skadebedömning: Till skillnad från de komponent-nivå skadebedömningsmetoder som undersöker, samt träd-baserade data gruvmodeller, för att uppskatta antalet poler som kommer att behöva ersättas för en annalkande orkan. Den generaliserade linjära modellen (GLM) är en generalisering av en standard linjär regression som tillåter regressionsanalys av räkna data. En GLM består av tre komponenter: 1) en villkorlig fördelning för räkna händelser med tanke på parameter(er) av fördelningen; 2) en "länk" ekvation som avser fördelning parameter(er) till en funktion av de förklarande variablerna; och 3) en ekvation som anger funktionen av de förklarande variabler som ska användas i länkfunktionen [47]. Till exempel, en negativ binomial GLM till modell distributionssystem skada i rutnät cell i kan beskrivas på följande sätt: där y i betecknar antalet skador (räkningsdata) i rutnät cell i, λ i är parametern för den negativa binomial distribution, vektorn ′ representerar de förklarande variablerna i storlek n i rutnät cell i, vektorn ′ är regressionsparametrarna som ska uppskattas, och α är överspridning parametern för den negativa binomial distribution som observeras i effektsystem prestandadata. Den generaliserade tillsatsmodellen (GAM) möjliggör ett ickelinjärt förhållande mellan parametrarna för den villkorade fördelningen och kovariaterna [47]. Till exempel kan länkfunktionen som visas i (6) ändras för att representera en icke-linjär utjämningsfunktion. De trädbaserade databrytningsmetoderna representerar förhållandet mellan responsvariabeln av intresse (t.ex. antalet skadade poler) och de förklarande variablerna genom användning av rekursiv binär partitionering av datamängden. Den metod för klassificering och regressionsträd (CART) som används i [47] utvecklar till exempel ett enda träd för att fånga förhållandet mellan responsvariabeln och de förklarande variablerna. Vid uppbyggnaden av regressionsträden väljer algoritmen variabeln för att dela datamängden och värdet av variabeln för att dela data för att maximera minskningen av summan av kvadratfel (SSE) av de monterade värdena vid den noden. Denna process fortsätter tills varje ände nod når renhet (SSE = 0) eller tills ett minsta antal poster nås vid en given nod. En annan trädbaserad metod är Bayesianska additiva regressionsträd (BART). BART-modellen består av ett stort antal små träd med varje träd som begränsas av en innan man begränsar varje träds bidrag till den slutliga modellen, vilket gör varje enskilt träd till en "svag inlärare". Fit och inference i BART uppnås genom en Markov kedja Monte Carlo algoritm [29], [52]. För att utvärdera den prediktiva noggrannheten tillämpas en analys av holdout-validering. Datamängden kommer att delas upp i utbildnings- och valideringsuppsättningar (t.ex. 80 % av uppgifterna är utbildningsuppsättningen och 20 % av uppgifterna är valideringsuppsättningen som allmän regel). Det genomsnittliga absoluta felet (MAE) och det genomsnittliga kvadratfelet (MSE) används för valideringen och jämförelsen Jämförelsen av noggrannheten hos olika statistiska metoder för att förutsäga systemskador utförs i referens [47], där MAE och MSE baserat på detaljerade pole-level skadedata på grundval av 150 slumpmässiga holdout prover visas. Resultaten visar att ingen statistisk metod kan uppnå 100% noggrannhet. Vissa metoder är överlägsna andra när det gäller MAE och MSE i dessa fallstudier, men vi kan inte dra någon allmän slutsats om vilken metod som är bäst eftersom resultatet kan vara annorlunda för en annan geografisk plats med en annan uppsättning historiska data. De statistiska modellerna är i hög grad beroende av de historiska uppgifter som finns tillgängliga. För skadebedömningen är fördelningssystemets skadedatamängd (t.ex. pole replacement data) responsvariabeln. De förklarande uppgifter som krävs för statistiska modeller omfattar kraftsystemrelaterade data och miljödata. Den första består av rutnätets topologi, antalet och tillgängligheten av skyddsanordningar, plats och antal kunder, etc. Miljödata kan variera beroende på katastrofscenariot. Exempel på sådana parametrar och tillgängliga källor för data anges på följande sätt [29]: • Mark- och geometriska egenskaper hos området, t.ex. uppgifter om markanvändning och marktäcke, fuktnivåer i marken, höjdegenskaper, marksluttningar och Observera att statistiska modeller i litteraturen bygger på stationaritetsförutsättningen (dvs. kraftsystemkomponenter förblir oförändrade över tidshorisonten). Det kommer dock att ske en uppgradering av systemkomponenterna över tid, särskilt på grund av moderniseringen av elnätet. En metod för att ta itu med denna fråga är att inkludera information om effektsystemets komponentbyte i förklarande variabler i statistiska modeller, så att slutresultatet kan fånga upp effekterna av systembyte över tid. Systemnivåbedömningsmetoden kan också användas av verktyg för att uppnå effektiv och effektiv beredskapsplanering före en annalkande katastrof. Bedömningen kan användas för att informera allmänheten om uppskattningen av avbrottets omfattning och restaureringens varaktighet, vilket också är en viktig uppgift för allmännyttiga företag före och under restaureringen. Statusen för systemskador kan uppskattas med hjälp av andra källor förutom väderinformationen, inklusive de traditionella kundproblemsamtalen, data från felindikeringsenheter som DA aktiverat för feederinformation, och smarta mätdata som aktiverats via AMI på kundernas slut. Varje källa till dessa data kommer att ge information om systemavbrott, fel och skador från olika tidsmässiga och rumsliga dimensioner; på så sätt kan integrering av dem uppnå förbättrad situationsmedvetenhet om systemets status efter extrema väderhändelser. Traditionellt sett har distributionsnäten liten observerbarhet och kontroll utanför understationerna. När en strömavbrott uppstår, verktyg förlitar sig på problem samtal från kunder för att identifiera avbrottsområdet. OMS kommer att matcha telefonnumret från varje samtal till de specifika kundplatserna, så att distributionstransformator och skyddsanordningar på motsvarande matare kan identifieras. När tillräckligt många problemsamtal samlas in förutsäger OMS de tippade skyddsanordningarna och de felaktiga linjeavsnitten. Genom call center automation tekniker, inklusive interaktiv röstsvar (IVR) och automatiserade callbacks [30], kan insamlingen av problemsamtal påskyndas. Laverty och Schulz [57] föreslog en topologibaserad algoritm som associerar problem ringer med varandra för att ge mer exakt information om avbrott under värmestormar. Men riktigheten i den metod som bygger på problemsamtal bygger på tillgången till problemsamtal från kunder, vilket är en fråga under naturkatastrofer, eftersom de också kan påverka telekommunikationssystemen. Data från felindikeringsanordningar kunde fånga de elektriska signaturer som är förknippade med fel och styrcentralen kunde få data genom distributionen SCADA. De felindikerande anordningarna omfattar i allmänhet brytare (CB), matarterminalenheter (FTU), felindikatorer (FI) etc. Det finns några befintliga studier om hur man kan använda information om de trippade relä- och brytare för att identifiera den troligaste defekta delen av distributionsnätet, t.ex. metoderna i [58] och [59] baserade på expertsystem, och metoden i [60] baserad på overcurrent riktning och nätverksstruktur. I det senaste arbetet [61] föreslogs en automatisk och snabbt felfri linjeidentifiering baserad på uppgifter från felindikatorer, som i stor utsträckning har installerats i distributionssystem på grund av lägre kostnader. Informationen kan utnyttjas ytterligare för att uppskatta felplatsen när den felaktiga linjen har identifierats, såsom diskuteras i t.ex. [62]–[64] och referenser där. Dessutom kan kontinuerliga mätningar från fältenheter utnyttjas för att identifiera det felade segmentet. Till exempel använder metoden i [65] nuvarande magnitud för att identifiera flera felade segment och ytterligare använder spänningssag för att minska kandidaten felade segment. Vid katastrofer kan dock data från dessa fältenheter bli otillgängliga på grund av skador på anordningarna eller det underliggande kommunikationssystemet (dvs. SCADA), så att felidentifiering med hjälp av dessa metoder, baserat på ofullständiga uppgifter, kan ge tvetydiga resultat. Dessutom är dessa metoder beroende av den elektriska signaturen vid tidpunkten för felet, så ytterligare skador på det avbrutna/felade området kan inte identifieras eller lokaliseras. Med utvecklingen av AMI kan smarta mätare stänga av anmälningar via underliggande tvåvägskommunikationssystem. Dessa meddelanden ger användbar information för att identifiera avbrott och skador från kundernas slut. Många studier visas i litteraturen om att identifiera strömavbrott med hjälp av smarta mätare. Chen och Al. [66] föreslog en fuzzy-petri-nets-baserad metod för att upptäcka avbrott med hjälp av AMI-data. Liu och Schulz [67] utformade ett kunskapsbaserat system för att lokalisera distributionssystem avbrott med hjälp av trådlösa automatiska mätsystem. Sridharan och Schulz [68] föreslog probabilistiska och luddiga modellbaserade filteralgoritmer för att bearbeta avbrottsdata från automatiserade mätsystem. Smarta mätare kan också hjälpa till att identifiera felplatsen med hjälp av sina spänningsmätningar [69], och under restaureringsprocessen, smarta mätare kan ge verifiering och bekräftelse av restaureringen [70]. I likhet med distributionssystemet SCADA är dock det underliggande kommunikationsnätet för AMI sårbart för naturkatastrofer, vilket leder till tillgänglighetsproblem för data från smarta mätare. Mikrofasormätningsenheter ( μ PMU), en ny synkhrophasormätningsenhet utformad för distributionssystem och finansierad av DOE Advanced Research Project Agency-Energy (ARPA-E) [71], skulle kunna ge mer exakta och finare-granularitetsmätningar för att övervaka distributionsnätets status. Bilda. 10 visar μ PMU som utvecklats av Power Standards Lab (PSL). En studie av Lawrence Berkeley National Laboratory [72] visar effektiviteten hos μ PMU för återställning av distributionssystem. Med användning av mer μ PMU i distributionssystem skulle situationsmedvetenheten kunna förbättras ytterligare. [74] föreslår en probabilistisk ram för upptäckt och lokalisering av strömavbrott genom att använda den rikliga mängden data som samlas in från Twitter, som kan användas som en ytterligare informationskälla för att förbättra verktygens situationsmedvetenhet. Som diskuterats tidigare kan varje datakälla ge användbar information för att uppskatta systemets skadestatus ur olika perspektiv, men på grund av naturkatastrofers särdrag kan dessa uppgifter vara ofullständiga. Därför, en datafusion metod som kombinerar indata från olika källor, inklusive väder, mätningar från fältenheter, kundernas problem samtal, smarta mätare, och även sociala medier, för att uppskatta och förutsäga distributionsnät status önskas. Det finns flera studier i litteraturen som kombinerar några av dessa källor för avbrott och felidentifiering. Sol och al. [76] Använda felindikeringsanordningar för att identifiera felaktiga ledningssektioner i medelspänningssystem och problemanropssystem för att lokalisera felaktiga områden för lågspänningssystem, och samspelet mellan dessa två system diskuteras. Liu och Schulz [77] föreslog ett kunskapsbaserat system för att lokalisera distributionssystem avbrott med hjälp av omfattande data från kundproblemsamtal, ett trådlöst automatiserat mätsystem och distribution SCADA. Jiang m.fl. [78] föreslog en multihypotesmetod för identifiering av den felaktiga delen på en matare eller i sidled med hjälp av data från smarta mätare och skyddsanordningar. I det föreslagna stödverktyget för återställelse av distributionssystem som infördes i avsnitt III-B syftar datafusionsmodulen till att utforma ett system för fusion av data med flera källor för att förbättra situationens medvetenhet om systemets skadestatus. Den består av fem huvudelement, som visas i bild. 11........................................... Dessa är: 1) instabil bedömning som korrelerar olika väderförhållanden med effekterna på funktionerna hos enskilda nätkomponenter; 2) en situationsbedömningsmodell på feedernivå som fastställer eller drar slutsatsen att rutnätskomponenterna är baserade på fältmätningar; 3) en modell för bedömning av avbrott på kundnivå baserad på kundernas problemanrop och smarta mätdata i OMS för att identifiera avbrottsområden; 4) ett automatiserat gränssnitt som a) syntetiserar resultaten av instabilhetskurvorna och situationsbedömningsmodellen för att fastställa tillståndet för viktiga komponenter i rutnätet och b) uppdaterar komponentmodellerna i rutnätet enligt komponenttillstånden för att representera deras driftsförhållanden; och 5) en rutnätsanalysmodell som innehåller modeller av rutnätskomponenter inklusive generering och belastning samt geologisk information om utrustningen och nätets topologi så att rutnätets status kan fastställas från komponentstaterna. I datafusionsmodulen kommer ett slutsystem att utvecklas för att syntetisera tillgängliga mätningar för situationsbedömning. För att bygga den analytiska rutnätsmodellen är en GIS-baserad energiflödesmodell att föredra för att tillhandahålla konnektivitet och avgöra om effektflödet är genomförbart. För att tillämpa en datafusionsmetod bör skadeuppskattningen från varje informationskälla förenas till en generisk probabilistisk modell. För de instabila kurvbaserade metoder som bedömer effekterna av extrema väderleksförhållanden på distributionsnätet i komponentnivån, ges den probabilistiska modellen direkt av den bräckliga kurvan som uppskattar skadesannolikheten med tanke på vädermåtten. Om parametrarna för komponentens fysiska modell är tillgängliga, kan sannolikheten för skadan med tanke på vädermåtten erhållas enligt den fysiska modellen, t.ex., sannolikheten för fel representeras av (2) och (3). För de statistiska regressionsbaserade metoder som uppskattar skadetalet inom ett visst område syftar vi till att omvandla den statistiska informationen på systemnivå till sannolikheten för skador på komponentnivå. Antag att skadetalet Y i i ett visst område beskrivs av Poisson distribution, det vill säga Y i ~Poisson( λ i ) för typ i komponent med felfrekvens Vol. Vad är det för fel på dig? 7, juli 2017  på förfarandet IEEE 1279 historiska uppgifter om skaderäkning. I GLM-metoden använder vi den logaritmiska länkfunktionen där X p är den förklarande variabeln som beskriver värdet av pth vädermåttet för alla vädermått (enligt set. ). Med hjälp av historiska väderdata kan koefficienten β p beräknas med regressionsmetoder. Med modellen kan felfrekvensen i ett visst område beräknas med hjälp av väderinformationen/prognoserna. Sannolikheten för fel på komponentnivå kan sedan beräknas med hjälp av den exponentiella fördelningen. Observera att för varje typ av komponent i det givna området är sannolikheten för fel för varje komponent densamma, eftersom felfrekvensen beskriver skadeegenskaperna för detta område ur det statistiska perspektivet. Felsektionens identifieringsalgoritmer med hjälp av mätdata från felindikeringsanordningar (anges i avsnitt IV-B2) kan ge en unik felfri linjesektion genom att anta att varje linjesektion är utrustad med en felindikeringsanordning. Men på grund av den skada som orsakats av naturkatastrofen, vissa enheter kan också skadas, eller om inte alla linjer är utrustade med en felindikering enhet, algoritmen kommer att resultera i flera felaktiga linje avsnitt kandidater. Vi kan omvandla denna tvetydighet till en probabilistisk modell för att fördela en sannolikhet till varje instans av linje skada, så att en generisk probabilistisk skadebedömning modell från felindikering enheter kan härledas. För identifiering av felavsnittet med hjälp av smarta mätare och andra informationskällor kan liknande tillvägagångssätt tillämpas för att modellera flera identifieringsresultat till en generisk probabilistisk skadebedömningsmodell. Med tanke på den probabilistiska modellen för skadeuppskattning med hjälp av olika källor är syftet med datafusion att kombinera den probabilistiska informationen. Vi antar att M informationskällor finns tillgängliga och observationer från m th källan är ordnade i vektorn x (m). Datafusion syftar till att beräkna den globala bakre sannolikhet ), med tanke på den information som varje källa, där y anger händelsen av skada på en komponent. Generellt kan varje källa av information bidra med två villkorliga sannolikheter: en lokal bakre sannolikhet p(y) x (m) ) och en sannolikhetsfunktion p( x (m)  på). I detta problem, dock, den lokala bakre sannolikhet p (y) x (m) ) är vad varje källa av information kan bidra med, vilket är faktiskt resultatet av den probabilistiska modellen för skadebedömning för varje källa, medan det är intractable att få sannolikhetsfunktionen eftersom förhållandet mellan skadan och observationer är genom komplicerade algoritmer (t.ex. statistisk regression eller vissa felsektionsidentifiering algoritmer), och vi kan inte få omvänd av dessa algoritmer för att beräkna sannolikhetsfunktionen. Med den lokala bakre sannolikheten p (y) x (m) ) för skador från varje källa av information som beräknas, kan probabilistiska datafusion modeller utnyttjas för att kombinera lokala bakersta sannolikheter. Till exempel den linjära poolmodellen [79], som visas i bild. 12, Tillämpar linjära kombinationer av lokala bakre sannolikheter ). Vikten w m återspeglar betydelsen av informationskällan m th. Det kan användas för att modellera tillförlitligheten eller tillförlitligheten hos en informationskälla om sådana parametrar finns tillgängliga, och vi kan använda lika vikter om sådan information inte är tillgänglig. Den oberoende poolmodellen [80] tillämpar produkten av lokala bakåtvända sannolikheter som illustreras i figuren. 13............................................... Vi kan se att båda modellerna har flexibilitet när det gäller antalet källor M, dvs. det kan hantera ett antal källor. Denna funktion är mycket användbar eftersom datafusion ramverket kan enkelt tillämpas för olika elektriska verktyg med olika informationskällor. Den föreslagna probabilistiska ramen för fusion av data ger en frivillig lösning så att flera informationskällor kan komplettera varandra för att förbättra tillförlitligheten i skadebedömningen. Observera att det fortfarande finns flera tekniska utmaningar när det gäller att uppnå situationsmedvetenhet på ett korrekt sätt med hjälp av befintliga metoder och det föreslagna ramverket för datafusion i praktiken, såsom modellosäkerhet till följd av extrema väderförhållanden, begränsad mängd historiska data, problemets icke-stationaritet, datakvalitetsfrågor vid mätningar osv., som fortfarande är öppna problem inom detta forskningsområde. Som visas i tabell 2, bristen på kraftförsörjning under avbrott på grund av extrema väderhändelser innebär utmaningar för konventionella strategier restaurering, som bygger på antagandet att de flesta allmännyttiga kraftkällor fungerar och förblir anslutna. I detta fall skulle DER kunna tillhandahålla värdefulla resurser för att underlätta kundernas överlevnadsförmåga. Utmaningen är dock hur man ska hantera dessa lokala kraftresurser för att tjäna de kritiska belastningarna på ett effektivt och ändamålsenligt sätt [81]. Mikrogridarna, som är småskaliga kraftsystem som vanligtvis är matare för medel- eller lågspänningsdistribution och som inkluderar distribuerad belastning och generering tillsammans med lagrings- och skyddsanordningar, tillhandahåller en tillämplig lösning. Bilda. 14 visar en typisk mikrogrid arkitektur som består av olika typer av komponenter [82]. En viktig fördel med mikrogrider när det gäller resiliens är att mikrogrider lägger till aktiva nätverkskomponenter (dvs. DER), som ger operativ flexibilitet och minskar sårbarheter för konventionell effekt som orsakas av centraliserad generering och kontrollarkitektur och långa avstånd mellan kraftkällor och belastningar [83]. Microgrids ger en effektiv lösning för att hantera dessa distribuerade resurser så att utnyttja dem för systemåterställning efter extrema väderhändelser är möjligt. Dessutom ökar den ojämna fördelningen av skadorna på distributionsnätet motståndskraften när mikrogrider används för att återställa belastningen, eftersom risken för att alla mikrogrider skadas är mycket låg [83]. Värdet av mikrogrider för att förbättra kundernas överlevnadsförmåga och nätresiliens har erkänts i flera nyligen genomförda studier i litteraturen [84]– [87]. De antas av vissa statliga regeringar och industrier, och de tekniska, regleringsmässiga och finansiella hindren för genomförandet undersöks, t.ex. [81], [88] och [89]. Befintliga metoder för att använda mikrogrider för att förbättra distributionsåterställning kan kategoriseras som två typer, enligt villkoren för mikrogriderna: 1) mikrogrider med fast gräns, och 2) dynamisk bildning av mikrogrider, som kommer att diskuteras nedan. Denna typ av metod är baserad på redan installerade mikrogrider, vars gränser är fasta. I detta fall kan en mikrogrid agera i öläge för att tjäna sina egna kritiska belastningar genom att utnyttja lokala produktions- och lagringsanläggningar även när elnätet är otillgängligt. Detta driftläge kräver särskild styrning för frekvens och spänning, eftersom inget stöd kommer från elnätet. Kraftelektronik växelriktare i detta fall fungerar som spänningskälla för att styra frekvensen och spänningen [82]. Moreira m.fl. [90] rekommenderar följande sekvens av åtgärder för en central styrenhet för mikrogrid för att utföra serviceåterställning: 1) sektionalisera mikrogrid runt varje mikrokälla (MS) med blackstart (BS) kapacitet; 2) bygga lågspänningsnätet (LV) som utnyttjar lagringsenheter; 3) synkronisera små öar som drivs av MS; 4) ansluta de kontrollerbara lasterna till LV-nätverket; 5) ansluta icke-kontrollerbara MS eller MS utan BS-kapacitet; 6) ansluta andra laster; 7) ändra styrläget för MS-omriktare; och 8) synkronisera mikrogrid med medelspänningsnätet. I [91] Resende m.fl. ytterligare föreslå en ny distributionssystemarkitektur som möjliggör samordning mellan flera mikrogrider för serviceåterställning, och motsvarande sekvens av åtgärder definieras. Förutom de kritiska belastningarna inom dess gräns, kan en mikrogrid också användas för att plocka upp kritiska belastningar utanför dess gräns med hjälp av dess tillgängliga överskottskraft. I detta fall fungerar mikrogriderna som virtuella matare för att plocka upp kritiska belastningar, och detta system är särskilt användbart för områden där ingen annan lämplig återställelseväg eller källa finns tillgänglig [29]. För att plocka upp de externa lasterna bör möjliga vägar bildas för att ansluta mikrogriden till lasten; den automatiska matarbrytaren kan hjälpa till att påskynda denna process. Löjtnant m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m för m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m. [92] föreslog en spanning trädsökningsalgoritm för att hitta den möjliga sökvägen med hjälp av automatiska matarbrytare för att maximera den återställda belastningen och minimera antalet byten utan att bryta mot operativa begränsningar. Xu och al. [93] utvidgade arbetet ytterligare till att föreslå en optimal placeringsstrategi för automatiserade mataromkopplare för att förbättra resiliensen. Mohagheghi och Yang [94] föreslog en matematisk modell för att använda mikrogrider för att lindra avbrottet i avsaknad av en lämplig återställelseväg/källa. Förutom att ta upp externa belastningar kan mikrogridarna också ha potential att tillhandahålla stödtjänster såsom svartstart till restaureringen av kraftförsörjningssystemet i bulk. Till exempel, Castillo [95] utvecklat en stokastisk blandad-integer linjär program (MILP) för att bedöma effekterna av att samordna mikrogrider som en blackstart resurs till det regionala nätet eller RTO efter en naturkatastrof. Denna typ av metod kräver inte befintliga mikrogrider; istället kan mikrogriderna bildas dynamiskt genom att styra de automatiserade mataromkopplarna. På grund av den större flexibilitet som detta system skulle kunna ge jämfört med de metoder som bygger på fasta gränsöverskridande mikrogrider kommer det att kunna anpassas till naturkatastrofernas olika avbrotts- och skadescenarier. Detta system innebär dock också utmaningar när det gäller att kontrollera och samordna dessa smarta strömbrytare utan att bryta mot de operativa begränsningarna. I vårt tidigare arbete [96] föreslås en mikrogridbildningsmekanism för att återställa kritiska belastningar i avsaknad av ett nyttonät. Vi anser att ett radial kraftfördelningssystem som består av N noder som betecknas av uppsättningen noder N : = { 1,..., N}, och L kraftledningar som representeras av uppsättningen av kanter L : = { (i, j) N × N}. Låt c ij  till { 0, 1} betecknar de binära beslutsvariablerna som anger om växeln som är associerad med linje (i, j) är öppen ( c ij = 0 ) eller stängd ( c ij = 1 ), och låt s i  till 0, 1 betecknar de binära beslutsvariablerna som representerar om växeln som ansluter belastningen och noden i är öppen ( s i = 0 ) eller stängd ( s i = 1 ). Genom att styra dessa växlar kan K-självtillräckliga mikrogrider bildas för att maximera den totala prioriterade belastningen som ska återställas. Problemet med mikrogridbildning är modellerat som ett MILP-problem. Till modell node clustering begränsningar som specificerar vilken microgrid en nod tillhör, definierar vi hjälp binära beslut variabler v ik  och { 0, 1} som anger om node i  på annat sätt), och nod clustering begränsningar kan uttryckas som att om lasten vid node i  på N kan energiiseras av microgrids, denna nod kan bara tillhöra en av K microgrids. För node i där DG k installeras (dvs. i = k ) kommer node i att tillhöra microgrid k, som kan skrivas som följande jämlikhetsbegränsningar: De radiella topologiska egenskaperna fångas i de mikrogrid konnektivitetsbegränsningarna. För ett radialt distributionsnät är varje mikrogrid ett underträdsnätverk där rotnoden är den nod där generaldirektoratet är installerat. I den meningen kan en nod tillhöra microgrid k endast om dess modernod (för denna mikrogrid) tillhör microgrid k, som kan uttryckas som där  på k (i) betecknar den modernod av nod i om microgrid k. Dessutom, microgrid gren-node begränsningar ange förhållandet mellan noder och linjer i en microgrid. Om båda noderna i och j tillhör microgrid k, dvs v ik = v jk = 1, då linjen ansluter noder i och j bör också tillhöra microgrid k. Tillsammans med (14, Vi kan vidare härleda att om barnen nod av (i, j ) (när det gäller microgrid k ) tillhör denna microgrid, då linje (i, j) tillhör microgrid k. Om linjen (i, j) tillhör någon av mikrogridarna i  och, switchen på denna linje (om den finns ) bör vara i stängt tillstånd. Således, de gren-node begränsningar för att ange switch state on line (i, j) i termer av node klustering variabler v ik kan uttryckas som var h =  på k (i, j) betecknar barnen nod of line (i, j) om microgrid k. Ytterligare microgrid belastning pickup begränsningar ange villkoret om huruvida belastningen på node i kan drivas av microgrid k  på, som kan representeras av att uppfylla följande två villkor samtidigt: 1) node i tillhör microgrid k, dvs, v ik = 1 ; och 2) omkopplaren i samband med belastningen är stängd så att lasten är ansluten till nod i, dvs, s i = 1. Dessa två villkor formulerade som v ik i = 1, som är en kvadratisk begränsning. För att ta itu med frågan om icke-linjäritet definierar vi tilläggsvariabler för binära beslut γ ik. { 0, 1} som γ ik = v ik. s i,  på N, k  på, och de quadratic jämlikhetsbegränsningarna kan omvandlas till följande tre linjära ojämlikhetsbegränsningar: Förutom dessa logiska begränsningar som diskuteras ovan, andra operativa begränsningar är modellerade, inklusive spänningsbegränsningar vid varje nod, och verkliga och reaktiva effektområde begränsningar för generaldirektorat. Den objektiva funktionen syftar till att maximera den totala viktade belastningen, där vikterna anger vikten och prioriteringen av belastningarna för restaurering. Den detaljerade formuleringen finns i vårt tidigare arbete i [96]. Med detta system kan generaldirektoraten användas för att tillhandahålla kritisk belastning lokalt för att underlätta kundernas överlevnadsförmåga efter extrema väderhändelser. Bilda. 15 illustrerar bildandet av tre mikrogrider baserade på IEEE 37-node testsystemet [96]. Vårt arbete i [97] föreslog en självläkande strategi genom sektionalisering av distributionssystemet till mikrogrider, med beaktande av osäkerheten i förnybar produktion. En genomförbar plan för restaurering av tjänster bör innehålla en sekvens av kontrollåtgärder (t.ex. byte, leverans via GD) som den systemansvarige kan följa för att återställa de berörda kunderna steg för steg. Det tidigare arbetet fokuserar dock på hur man genererar en "snapshot" av den optimala omkonfigureringen av nätet (t.ex. mikrogrid bildande systemet i [96] ). Snapshot-konfigurationen måste verifieras genom byte av orderhantering (SOM) i kontrollcentralen. Om vissa begränsningar råkar brytas bör lösningen uppdateras och kontrolleras av SOM igen. Denna iterativa process kommer att fortsätta tills en genomförbar lösning har hittats. Det finns några befintliga studier om hur man hittar en optimal och genomförbar bytessekvens för det traditionella restaureringssystem som beskrivs i avsnitt II-A, såsom den generiska algoritmen [98] och dynamisk programmering [99]. För dynamisk bildning av mikrogrider bör dock generaldirektoratens verksamhet och bytesåtgärden samordnas noggrant, dvs. under återuppbyggnadsprocessen är det viktigt att säkerställa säker och säker drift när kopplingsåtgärderna utförs och att generaldirektoraten rampas upp och ner. Pham m.fl. [100] har delat upp problemet i två steg: 1) optimal bytessekvenssökning efter gren och bunden algoritm, och 2) validering av bytessekvensen genom simulering. I vårt arbete [101] föreslås ett innovativt system för restaurering av distribution i flera steg för att samordna bytesåtgärder och generaldirektoratet för distribution på ett integrerat sätt. En MILP-modell, som kan lösas effektivt, är formulerad för att maximera den energifyllda belastningen och samtidigt uppfylla olika operativa begränsningar. För att tillfredsställa nättopologiska begränsningar, kan vi härleda flera logiska begränsningar som styr de binära beslutsvariabler, till exempel, en switchable linje kan bara energiiseras när båda slutnoder är strömförande; en switchable belastning kan bara återställas när noden den ansluter till är energiiserad; en nod kan energiiseras när en svart start GD ansluter till den, eller en strömförande linje ansluter till den; och en icke-svart-start GD kan bara startas när den ansluter till en energisatt nod. Dessutom bör de sekventiella begränsningarna uppfyllas, d.v.s. att varje linje endast får energi när minst en av dess ändar är strömförande vid ett tidigare intervall. Andra begränsningar är strömflödesmodellen, kapacitetsbegränsningar för transformatorer och ledningar, begränsningar för generaldirektoratets uteffekt, spänningsbegränsningar, begränsningar av ramphastigheten, begränsningar av frekvenssvarsfrekvensen osv., som finns i detalj i [101]. För att illustrera de sekventiella restaureringsresultaten testar vi algoritmen på den modifierade IEEE 13 nodtestmataren. Det enkla linjediagrammet för provmataren visas i bild. 16........................................... Systemet antas vara helt de-energized på grund av en extrem-väder-relaterad händelse. Två linjer och en last antas vara skadade och kan inte delta i restaureringen. Det finns tre generaldirektorat som är anslutna till noderna 650, 646 och 680. Två fallstudier övervägs: i fall 1 används endast DG1 som är anslutet till substationsnoden för servicerenovering; i fall 2 kommer tre generaldirektorat att delta i restaureringen. Tabell 3 sammanfattar återställningssekvensen för laster och linjer vid varje steg. Bilda. 17 illustrerar den steg-för-steg-återställningssekvens som tre generaldirektorat har aktiverat (fall 2). Utöver de statiska generaldirektoraten skulle en mobil generator, som är en lastbilsmonterad generator med fördelar i fråga om rörlighet och stor kapacitet (upp till flera MW), snabbt kunna anslutas för att ge ersättningskraft till kritiska eller isolerade laster, vilket ger större flexibilitet för att underlätta kundernas överlevnadsförmåga. Som föreslås i GridWise-rapporten [2], elektriska verktyg bör öka användningen av mobila generatorer för att ge tillfällig kraft under extrema väderhändelser. Men för närvarande är de inte väl utnyttjade. Till exempel, innan Superstorm Sandy slog, 400 industriell storlek lastbilsmonterade nödkraftsgeneratorer förbereddes av FEMA, men bara en bråkdel av dem gav kraft även tre dagar efter Sandy gjorde landfall [102]. Vårt arbete i [103] integrerar leverans av mobila generatorer i mikrogrid formation genom att föreslå en två-stegs leveransram: • i det första skedet (dvs. före en naturkatastrof), prepositionering utförs för att placera verktygens mobila generatorer över deras mellanstationer för att säkerställa tidigast möjliga svar efter naturkatastrofen strejker, • i det andra steget (dvs. efter naturkatastrofen strejker), realtid allokering optimeras för att skicka mobila generatorer från mellanstationer till tilldelade platser. Vid ankomsten är de anslutna till rutnätet och bildar mikrogrider för att plocka upp kritiska laster. Med den föreslagna tvåstegsramen kan de mobila generatorerna användas bättre för att tjäna kritiska belastningar efter extrema väderhändelser. D. Särskilda överväganden En viktig funktionsbegränsning är att se till att spänningen vid varje nod ligger inom vissa intervall; därför är strömflödesmodellen nödvändig i optimeringsformuleringen. Den iterativt baserade strömflödesmodellen för distribution (t.ex. framåt- och bakåtsopningsmetod i [104] ) kan inte integreras direkt i optimeringsmodellerna. I stället ger modellen DistFlow, som föreslås av Baran och Wu [105], [106] en genomförbar lösning för ett radiellt distributionsnät. För det radiala rutnät som visas i bild. 18, DistFlow modellen kan representeras av där P ij och Q ij representerar den verkliga och reaktiva strömflödet från node i till j, V j är spänningen vid node j, och r ij och x ij betecknar motståndet och reaktionen av linjen ( i, j ), respektive. DistFlow kan ytterligare linjäriseras genom att utelämna förlusttermen (kvadratterm) och approximera spänningstermen, t.ex. [96], [105], och [107], för att göra beräkningen mer effektiv. Medan DistFlow modellen är för ett balanserat system, ytterligare studier [108]-[110] utökade den till ett trefas obalanserat system genom en linjärisering approximation, eller konvex avslappning som kan lösas effektivt genom semidefinit programmering (SDP) teknik. Coldload pickup (CLPU) är en praktisk fråga när man återställer laster. CLPU hänvisar till observationen att när en last återställs efter ett längre avbrott, kommer en mycket högre efterfrågan än pre-outage-nivån att resultera i att en stor koncentration av termostatiskt styrda belastningar (såsom luftkonditioneringsapparater, värmare och kylskåp) kommer att starta samtidigt, som illustreras i bild. 19................................................................ I en studie från IEEE PES Power System Relay Committee [111] diskuterades olika aspekter av CLPU-frågor. Schneider m.fl. [112] beskrev flera metoder för att kvantifiera CLPU-profilen. Denna särskilda belastningsprofil som orsakas av minskad efterfrågan bör integreras i återställelsekontrollsekvensen. I [113], Kumar et al. Integrerade CLPU-begränsningar i återställning med hjälp av den generiska algoritmen. Vårt tidigare arbete [101] tillämpade en typisk fördröjd exponentiell CLPU-kurva och använde linjärisering för att integrera den i MILP-formuleringen. Bilda. 20 visar en typisk försenad exponentiell CLPU-kurva. Avbrottet inträffar vid t 0, och belastningen är återställd vid t 1. På grund av förlusten av mångfald, den odiversifierade lastningsfaktorn vid t 1 är S U. Sedan börjar belastningen få mångfald vid t 2 och minskar exponentiellt. Den post-outage diversifierad lastningsfaktor är S D, som normalt är lika med den pre-outage lastningsnivå. Det bör noteras att restaureringstiden (dvs. t 1 ) för varje last inte är förutbestämd. Med tanke på en CLPU-kurva kan vi beräkna belastningsbehovet vid varje provtagningstidpunkt. I detta arbete antar vi att CLPU-kurvan är lika prov, och provtagningsintervallet är Δt, vilket är det intervall som används för restaureringen. Om de totala N-proven samlas in från CLPU-kurvan för belastning l, betecknar L l (k) som belastningsbehovet vid k th-provet och Δ L l (k) som belastningsskillnaden mellan två på varandra följande prov. Δ L l (k) kan vara aktiv effekt Δ P l (k), reaktiv effekt där L l (k) kan beräknas med hjälp av den exponentiella sönderfallshastigheten i bild. 20................................................................ Därefter kan CLPU-belastningen (dvs. P l,t L och Q l,t L för aktiv och reaktiv effekt) beräknas på ett ackumulativt sätt, som kan formuleras som där x l,t L är den binära beslutsvariabeln som anger om belastningen l energiiseras vid tidpunkten steg t i MILP-formuleringen av den sekventiella återställningsmodellen i [101]. P l L och Q l L är aktiv och reaktiv effekt av belastning l, respektive. Med (23) och (24) kan tidssekvensen för belastningsefterfrågan med beaktande av CLPU integreras i den flerstegs stegvisa återställningsoptimering som diskuteras i avsnitt V-C2. Att samla in information om rutnätsstatus, t.ex. lastinformation och switch-tillstånd, är en förutsättning för att utföra restaurering med hjälp av mikrogrider. Kommunikationsinfrastrukturen kan dock också skadas under extrema väderförhållanden, vilket innebär utmaningar för återställandet. I detta fall behövs en alternativ kommunikationslösning. Även om satellitkommunikation vanligtvis inte påverkas av extrema väderhändelser är kostnaden ett problem, särskilt för kommunikation på enhetsnivå. En annan möjlig lösning är att använda en peerto-peer ad hoc-typ kommunikationsnätverk, som inte förlitar sig på infrastruktur [114]. I tidigare arbeten [96] utformade vi ett system för distribuerad informationsinsamling med enbart lokal kommunikation, vilket kan uppnås genom denna kommunikationsarkitektur mellan personer. Den föreslagna metoden använder den genomsnittliga konsensus algoritm diskuteras i [115] för att uppnå global information upptäckt av iterativ lokal information uppdatering, som visas i (26) där z i k representerar informationsvektorn på node i steg k, R i representerar uppsättningen av direkta angränsande noder av node i, och ε ij är den stegstorlek, som är relaterad till grafens egenskaper i nätverket. Med korrekt design av z i k om den faktiska statusen för apparaterna, kan den globala informationen så småningom erhållas vid varje nod med hjälp av denna enkla linjära iteration, med konvergens garanteras. Närmare uppgifter om systemet för insamling av distribuerad information finns i [96]. Den ökande frekvensen och svårighetsgraden av extrema väderhändelser, distributionsnätens sårbarhet för naturkatastrofer och de högre förväntningarna hos kunderna när det gäller kontinuiteten i eltjänsterna under katastrofer är de viktigaste drivkrafterna för allmännyttiga företag att förbättra sina strategier för återställande som svar på extrema väderhändelser. Detta dokument beskriver de nuvarande metoderna för att återställa distributionssystemet och diskuterar deras otillräcklighet för strömavbrott under extrema väderhändelser. För att utnyttja utvecklingen av nätmodernisering som initierats av DOE, presenterar detta dokument en integrerad lösning baserad på ett beslutsstöd verktyg som kan hjälpa verktygen med beslutsfattande för återställning av distributionssystem som svar på extrema väderhändelser. Lösningen har två fördelar: 1) förbättrad situationsmedvetenhet om systemets skadestatus och 2) underlättande av kundernas överlevnadsförmåga. Många befintliga metoder i litteraturen kan användas för att uppnå dessa två fördelar, och detta dokument ger en detaljerad genomgång av dessa studier. Det finns fortfarande många utmaningar, både ur regulatoriska och tekniska perspektiv, för att modernisera distributionssystemet för att klara extrema väderhändelser. Här ger vi en kort diskussion baserad på våra iakttagelser. Även om generaldirektoraten skulle kunna förbättra försörjningskontinuiteten och kundernas överlevnadsförmåga under avbrotten efter katastrofer, kräver de nuvarande sammanlänkningsstandarderna (främst IEEE-standarden 1547 [116]) att de kundägda generaldirektoraten kopplas bort under störningar, för att garantera försörjningspersonalens säkerhet och elnätens elkvalitet. Dessa krav utvecklades när spridningen av distribuerade resurser var låg, men nu, med den ständigt ökande penetrationen av distribuerade resurser, kommer dessa krav i standarden att underutnyttja dessa lokala resurser under restaureringen på grund av extrema väderhändelser. I detta avseende finns det ett behov av att anpassa standarden för att ta hänsyn till scenarier där fördelarna med de lokala resurserna kan utnyttjas under restaureringen som svar på extrema väderhändelser. Investeringar i teknik för modernisering av elnätet skulle kunna öka nätets motståndskraft och förbättra systemrenoveringen, men de nuvarande insatserna är fortfarande starkt beroende av statliga investeringar, eftersom dessa investeringars motståndskraft och tillförlitlighet inte återspeglas i eltariffen. Dessutom finns det inget system för att kompensera GD:s ägare för att de tillhandahåller tjänster vid strömavbrott till följd av extrema väderhändelser. I detta avseende bör statspolitiska beslutsfattare och elbolag beakta samhällsnyttan när de utför kostnads-nyttoanalyser av investeringar i nätmodernisering. Lämpliga förändringar i politiken och regelverket behövs för att underlätta viktiga investeringar och uppgraderingar i nätmoderniseringsteknik [2]. Korrekta strukturer och incitament bör utformas för att uppmuntra generaldirektorat och investeringar i nätmodernisering. Skadorna på grund av extrema väderförhållanden kommer inte bara att påverka elkraftsystem utan även annan infrastruktur, såsom kommunikationsnät, naturgasledningar, transportnät osv. Det ömsesidiga beroendet mellan dessa infrastrukturer och elkraftsystem kommer att få betydande konsekvenser för de allmännyttiga tjänsternas återuppbyggnadsprocess. Till exempel kan skador på transportnätet leda till försenad distribution av reparationspersonal; vissa generaldirektorats verksamhet (t.ex. generatorer för förbränningsmotorer eller mikroturbiner) är i hög grad beroende av tillgången på bränsle; och situationsmedvetenheten och skadebedömningen kommer att försämras i hög grad om de underliggande kommunikationsnäten drabbas av fel. Analys och kvantifiering av detta ömsesidiga beroende och hur det kan integreras i processen för att återställa distributionssystemet är utmanande och kräver ytterligare FoU-insatser. Utnyttja DER för att förbättra försörjningskontinuiteten under restaurering förändrar hur traditionella distributionssystem fungerar. Till exempel måste frekvens och spänning regleras av dessa lokala resurser snarare än från reservkraftsystem, så samordnings- och kontrollsystemen måste utformas noggrant. Den lägre trögheten jämfört med reservkraftsystemet kommer att innebära utmaningar för kontrollsystemen för att garantera systemets stabilitet och dynamiska prestanda. Dessutom behöver skyddsanordningarna och motsvarande styrlogik ändras avsevärt för att undvika allvarliga problem till följd av kraftinsprutning från DER. Att hantera dessa utmaningar på ett kostnadseffektivt sätt är inte en lätt uppgift och kräver FoU-insatser med tvärvetenskaplig expertis, inklusive drift och styrning av kraftsystem, skydd av kraftsystem, elelektronik, kommunikation, driftforskning osv. Ström Syst., vol. Nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, det är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är finns är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är är finns finns finns finns finns finns finns finns inte 4 s. 1073-1080, November 2002 S. I. Lim, S. J. Lee, M. S. Choi, D. J. Lim, och B. N. Ha, "Service restaureringsmetod för flera felfall i distributionssystem, " IEEE Trans. Ström Syst., vol. 21, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej! 4 s. 1638-1644, nov 2006 S.-J. Lee, S.-I. Lim, och B.-S. Ahn, "Service restaurering av primära distributionssystem baserat på fuzzy utvärdering av multi-criteria ", IEEE Trans. Ström Syst., vol. - Nej, det gör jag inte. Tre, sju, fem, fem, fem, fem, fem, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fem, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fem, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, 1156-1163, augusti 1998 J. M. Solanki, S. Chushalani, och N. N. Schulz, "En multi-agent lösning för återställning av distributionssystem ", IEEE Trans. Ström Syst., vol. 22, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej. Tre, sju, fem, fem, fem, fem, fem, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fem, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fem, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, fyra, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, tre, 1026-1034, aug 2007. [24] C. P. Nguyen och A. J. Flueck, " Agentbaserad restaurering med distribuerat energilagringsstöd i smarta nät ", IEEE Trans. Smart rutnät, vol. Tre, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, jag nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej 2 s. 1029-1038, juni. 2012 A. L. Morelato och A. Monticelli, "Heuristic search approach to distribution system renovering," IEEE Trans. Strömförsörjning, vol. Fyra, nej. 4 s. 2235-2241, oktober 1989 Dan Ton mottog B.S. Examen i elektroteknik och M.S. examen i företagsledning från University of Maryland, College Park, MD, USA. Han är programchef för Smart Grid FoU inom den amerikanska avdelningen för energi (DOE) Office of Electricity Delivery and Energy Reliability (OE). Han ansvarar för att utveckla och genomföra en flerårig FoU-plan för nästa generations smarta nätteknik för att omvandla elnätet i USA, genom offentliga/privata partnerskap. Han har varit tillförordnad biträdande sekreterare för Power Systems Engineering Division inom den amerikanska avdelningen för energi (DOE) Office of Electricity Delivery and Energy Reliability (OE). I denna egenskap var han ansvarig för att leda utvecklingen av projekt för nästa generations elleveransteknik och stödja verksamhet för att påskynda deras introduktion på marknaden. Nyckelaktiviteter inom divisionen Power Systems Engineering fokuserar på forskning och utveckling av smarta nät, energilagring och it-säkerhet för energileveranssystem, allt till stöd för OE:s uppdrag att driva modernisering av elnätet och motståndskraft. Tidigare ledde han programmet för integrering av förnybara system inom DOE Solar Energy Technologies Program.
I elnät har studier i USA och Europa visat att extrema väderhändelser är den främsta orsaken till strömavbrott REF.
Modernizing Distribution System Restoration to Achieve Grid Resiliency Against Extreme Weather Events: An Integrated Solution
{'venue': 'Proceedings of the IEEE', 'journal': 'Proceedings of the IEEE', 'mag_field_of_study': ['Engineering', 'Computer Science']}