基于光量子计算机的电网停电后分区模型及量子比特扩容方法

刘成骏; 娄骐; 徐一骏; 顾伟; 文凯; 马寅

doi:10.7500/AEPS20241006002

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基于光量子计算机的电网停电后分区模型及量子比特扩容方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于光量子计算机的电网停电后分区模型及量子比特扩容方法
- Partitioning Model and Qubit Expansion Method for Power Grid Blackout Based on Optical Quantum Computers
- 电力系统自动化 2025年49卷第11期页码：80-90
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210018
  2.北京玻色量子科技有限公司，北京市 100020
- 作者简介：
  
  刘成骏(1999—)，男，博士研究生，主要研究方向：量子计算技术在电力系统中的应用。E-mail：liucj@seu.edu.cn
  娄骐(2002—)，男，博士研究生，主要研究方向：量子计算技术在电力系统中的应用。E-mail：230249153@seu.edu.cn
  徐一骏(1990—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统不确定性分析、鲁棒调度、量子计算技术在电力系统中的应用。E-mail：yijunxu@seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  江苏省自然科学基金资助项目(BK20230851);中国优选法统筹法与经济数学研究会-玻色量子基金资助项目
- DOI：10.7500/AEPS20241006002
  中图分类号：
- 收稿：2024-10-06，
  
  修回：2025-02-10，
  
  网络出版：2025-03-12，
  
  纸质出版：2025-06-10
- 稿件说明：
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刘成骏,娄骐,徐一骏等.基于光量子计算机的电网停电后分区模型及量子比特扩容方法[J].电力系统自动化,2025,49(11):80-90.

LIU Chengjun,LOU Qi,XU Yijun,et al.Partitioning Model and Qubit Expansion Method for Power Grid Blackout Based on Optical Quantum Computers[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):80-90.
刘成骏,娄骐,徐一骏等.基于光量子计算机的电网停电后分区模型及量子比特扩容方法[J].电力系统自动化,2025,49(11):80-90. DOI： 10.7500/AEPS20241006002.

LIU Chengjun,LOU Qi,XU Yijun,et al.Partitioning Model and Qubit Expansion Method for Power Grid Blackout Based on Optical Quantum Computers[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):80-90. DOI： 10.7500/AEPS20241006002.

摘要

电网发生大停电事故后，采用分区并行恢复策略能够保证电网快速恢复正常运行，而精准、高效的分区方法则是恢复策略能够实施的重要前提之一。面对新型电力系统日益严格的时效性需求，现存方法无法直接求解模型且求解结果需要人工选择，并受到经典计算机算力限制。针对上述问题，文中利用近年来新兴的量子计算技术，提出了基于量子计算的电网停电后快速恢复分区方法。首先，以切除线路权重和最小为目标，考虑电网实际运行安全约束，构建了大停电后网络分区模型，并将其转化为光量子计算机能直接求解的二元二次无约束优化模型；然后，考虑实机量子比特数限制，初步探讨了基于子问题抽取的量子比特扩容方法在实际应用中的可能性；最后，依托专用量子计算机，采用两个不同规模的系统分别验证了所提分区模型和量子扩容方法的有效性。

Abstract

The implementation of a partitioning parallel restoration strategy after a power grid blackout can ensure the rapid restoration of normal power grid operation

while the accurate and efficient partitioning method is one of the important prerequisites for implementing recovery strategies. Faced with the increasingly strict time-sensitive requirements of the new power system

existing methods encounter three main limitations: inability to directly solve models

dependence on manual selection of solutions

and constraints imposed by classical computer processing capabilities. To address the above problems

this paper leverages emerging quantum computing technology and proposes a quantum computing based partitioning method for the rapid restoration of power grids after blackouts. First

the network partitioning model after a large-scale blackout is constructed considering the actual operation security constraints to minimize the sum of weights of the excised lines

which is transformed into a quadratic unconstrained binary optimization binary model that can be directly solved by the optical quantum computer. Secondly

the possibility of qubit expansion methods based on sub-problem extraction is preliminarily explored considering the real qubit limitation of the coherent Ising machine. Finally

relying on specialized quantum computers

the effectiveness of both the proposed partitioning model and quantum expansion method is validated through two power systems with different scales.

关键词

Keywords

references

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