Optimierter Wiederherstellungsrahmen für die Instandsetzung von Stromverteilungsnetzen nach Katastrophen

Core Concepts

Durch die Verwendung eines rollenden Horizonts bei der Wiederherstellung können Reparaturaktivitäten optimal geplant und koordiniert werden, um die Stromversorgung nach Katastrophen schnell wiederherzustellen.

Abstract

Der Artikel präsentiert einen rollenden Horizontrahmen zur optimalen Planung der Instandsetzung von Stromverteilungsnetzen nach Katastrophen. Dabei werden folgende Schlüsselpunkte behandelt:

• Schwere Wetterereignisse können erhebliche Schäden an Stromverteilungsnetzen verursachen, was eine mehrtägige Wiederherstellungsanstrengung erfordert.
• Der Wiederherstellungsprozess wird durch unvollständige Informationen über Ausmaß und Standorte der Schäden erschwert, insbesondere zu Beginn.
• Der vorgestellte rollende Horizontrahmen teilt den Wiederherstellungszeitraum in anpassbare, endliche Fenster ein, in denen Reparaturen geplant werden.
• Unter Berücksichtigung von Reparatur- und Reisezeiten wird das Optimierungsproblem als eine kosteneingeschränkte, belohnungsmaximierende Variante des Handlungsreisenden-Problems (mTSP) auf doppelt gewichteten Graphen formuliert.
• Ziel ist es, die Gesamtbelohnung während des bevorstehenden Wiederherstellungsfensters zu maximieren, ohne dass Crews ihr Zeitbudget überschreiten und bestimmte Stromversorgungskontinuitätsbedingungen verletzt werden.
• Für Stromverteilungsnetze mit Sternstruktur vereinfacht sich das Problem zu einem exakten Beispiel der kosteneingeschränkten, belohnungsmaximierenden mTSP-Variante.
• Das vorgeschlagene gemischt-ganzzahlige lineare Programmiermodell wurde an Standard-IEEE-PES-Testnetzen validiert.

Stats

Die US-Wirtschaft verliert jährlich schätzungsweise 20 bis 55 Milliarden US-Dollar aufgrund wetterbedingter Stromausfälle.
Ein Eisschauer im Jahr 2023 verursachte schwere Schäden an Stromleitungen in Texas, was zu einem mehrtägigen Stromausfall für mehr als 400.000 Kunden führte.

Quotes

"Schwere Wetterereignisse wie Überschwemmungen, Wirbelstürme, Erdbeben und große Wind- oder Eisstürme können erhebliche Schäden an elektrischen Verteilungsnetzen verursachen, was einen mehrtägigen Wiederherstellungsaufwand erfordert."
"Da das Verschieben des Wiederherstellungsprozesses, bis bessere Informationen vorliegen, ein Luxus ist, den sich Planer nicht leisten können, beginnt der Prozess normalerweise mit unvollständigen oder unsicheren Informationen, und die Reparaturpläne/-horizonte werden im Laufe der Zeit angepasst, da bessere und genauere Informationen verfügbar werden."

Key Insights Distilled From

A Rolling Horizon Restoration Framework for Post-disaster Restoration of Electrical Distribution Networks

by Ran Wei,Arin... at arxiv.org 04-05-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.03197.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte der vorgestellte Ansatz auf Stromverteilungsnetze mit mehreren Quellen oder nicht-radialer Topologie erweitert werden

Um den vorgestellten Ansatz auf Stromverteilungsnetze mit mehreren Quellen oder nicht-radialer Topologie zu erweitern, könnten einige Anpassungen vorgenommen werden. Zunächst müssten die elektrischen Kontinuitätsbedingungen entsprechend der Topologie des Netzwerks angepasst werden. Für Netze mit mehreren Quellen könnten separate elektrische Kontinuitätsbedingungen für jede Quelle eingeführt werden. Darüber hinaus müssten die Reihenfolge der Reparaturen und die Priorisierung der Reparaturstandorte möglicherweise neu bewertet werden, um die verschiedenen Quellen effizient zu bedienen. Die Modellierung der Reisezeiten und Reparaturzeiten zwischen den verschiedenen Quellen und Reparaturstandorten müsste ebenfalls entsprechend angepasst werden, um die spezifischen Anforderungen des komplexeren Netzwerks zu berücksichtigen.

Welche zusätzlichen Faktoren, wie Kosten oder Kundenprioritäten, könnten in das Optimierungsmodell integriert werden, um eine ausgewogenere Lösung zu erzielen

Um eine ausgewogenere Lösung zu erzielen, könnten zusätzliche Faktoren wie Kosten und Kundenprioritäten in das Optimierungsmodell integriert werden. Kosten könnten als Strafterme für Verzögerungen oder zusätzliche Ressourcennutzung eingeführt werden, um die Gesamtkosten der Wiederherstellung zu minimieren. Kundenprioritäten könnten als Gewichtungsfaktoren für die Belohnungen der Reparaturstandorte berücksichtigt werden, wodurch Standorte mit höherer Kundenpriorität bevorzugt behandelt werden. Durch die Integration dieser zusätzlichen Faktoren könnte das Optimierungsmodell eine ausgewogenere Lösung liefern, die sowohl die Effizienz als auch die Kundenzufriedenheit maximiert.

Wie könnte der Ansatz angepasst werden, um die Wiederherstellung kritischer Infrastrukturen wie Krankenhäuser oder Feuerwachen zu priorisieren

Um die Wiederherstellung kritischer Infrastrukturen wie Krankenhäuser oder Feuerwachen zu priorisieren, könnte der Ansatz angepasst werden, indem spezifische Kriterien und Gewichtungen für diese Standorte festgelegt werden. Dies könnte beinhalten, dass diesen Standorten höhere Belohnungen zugewiesen werden, um ihre Priorisierung im Reparaturplan zu gewährleisten. Darüber hinaus könnten spezielle Kosten- oder Zeitstrafen für Verzögerungen bei der Wiederherstellung kritischer Infrastrukturen eingeführt werden, um sicherzustellen, dass sie schnellstmöglich wieder in Betrieb genommen werden. Durch die Anpassung des Ansatzes können kritische Infrastrukturen effektiv priorisiert und geschützt werden, um die Gesamtreparaturstrategie zu optimieren.