山火灾害下天地一体化配电系统信息物理协同恢复策略

仇世元; 周全; 张轩; 王晗; 周天念; 帅智康

doi:10.7500/AEPS20250520008

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山火灾害下天地一体化配电系统信息物理协同恢复策略

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 山火灾害下天地一体化配电系统信息物理协同恢复策略
- Integrated Satellite-Terrestrial Cyber-Physical Collaborative Restoration Strategy for Distribution Systems Under Wildfire Disasters
- 电力系统自动化 2026年50卷第2期页码：46-59
- 作者机构：
  
  1.湖南大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市 410082
  2.电能高效高质转化全国重点实验室（湖南大学），湖南省长沙市 410082
  3.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海非碳基能源转换与利用研究院（上海交通大学），上海市 200240
  4.国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心（电网防灾减灾全国重点实验室），湖南省长沙市 410129
- 作者简介：
  
  仇世元(2002—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统信息物理协同恢复、新型电力系统卫星互联网应用技术。E-mail：qiushiyuan0108@hnu.edu.cn
  周全(1989—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：天地一体化电力信息技术、通导遥融合卫星互联网电力应用技术。E-mail：zquan@hnu.edu.cn
  张轩(2002—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统信息物理协同恢复、新型电力系统卫星互联网应用技术。E-mail：zhangxuan1087@hnu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2024YFB2409100);国家自然科学基金面上项目(52477091);国家杰出青年科学基金资助项目(52125705);湖南省科技创新计划资助项目(2024RC1038)
- DOI：10.7500/AEPS20250520008
  中图分类号：
- 收稿：2025-05-20，
  
  修回：2025-08-19，
  
  网络首发：2025-09-09，
  
  纸质出版：2026-01-25
- 稿件说明：
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仇世元,周全,张轩等.山火灾害下天地一体化配电系统信息物理协同恢复策略[J].电力系统自动化,2026,50(2):46-59.

QIU Shiyuan,ZHOU Quan,ZHANG Xuan,et al.Integrated Satellite-Terrestrial Cyber-Physical Collaborative Restoration Strategy for Distribution Systems Under Wildfire Disasters[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):46-59.
仇世元,周全,张轩等.山火灾害下天地一体化配电系统信息物理协同恢复策略[J].电力系统自动化,2026,50(2):46-59. DOI： 10.7500/AEPS20250520008.

QIU Shiyuan,ZHOU Quan,ZHANG Xuan,et al.Integrated Satellite-Terrestrial Cyber-Physical Collaborative Restoration Strategy for Distribution Systems Under Wildfire Disasters[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):46-59. DOI： 10.7500/AEPS20250520008.

摘要

山火灾害发生后，快速掌握灾情并合理调度应急资源，有助于缩短配电系统恢复时间，实现重要负荷快速恢复。为加速配电系统灾后恢复进程，引入融合低轨卫星互联网的天地一体化网络架构，构建信息感知-火情响应-负荷恢复的三层恢复体系，并以最小化负荷损失、感知时间与卫星终端部署成本为目标，提出山火灾害下配电系统信息物理协同恢复模型。首先，构建多源耦合火点监测模型，评估灾区火情等级与传播趋势；其次，协同空中与地面灭火队伍，建立多约束灭火调度模型，优化火源扑灭路径与时间；然后，提出考虑节点状态可知性、电源拓扑可达性及低轨卫星通信终端部署策略的负荷恢复模型。最后，采用线性化的两阶段优化方法提升求解效率。基于IEEE 33节点系统与10节点感知网络进行了仿真，结果验证了所提方法在缩短恢复时间、提升恢复总量与优化资源配置方面的有效性与优越性。

Abstract

Following a wildfire disaster

quickly grasping the disaster situation and reasonably dispatching emergency resources can help shorten the restoration time of the distribution system and achieve the rapid restoration of critical loads. To expedite the post-disaster restoration process of the distribution system

an integrated satellite-terrestrial network (ISTN) architecture based on low earth orbit (LEO) satellite internet is introduced to build a three-layer restoration framework

encompassing information perception

fire response

and load restoration. With the objective of minimizing load loss

perception time and satellite terminal deployment cost

a cyber-physical collaborative restoration model of the distribution system under wildfire disasters is proposed. Firstly

a multi-source coupled fire detection model is constructed to evaluate fire levels and propagation trends in the disaster area. Secondly

the aerial and ground firefighting teams are coordinated to establish a multi-constraint firefighting dispatching model for optimizing the fire extinguishing paths and time. Then

a load restoration model is proposed that considers node state knowability

power topology accessibility

and LEO satellite communication terminal deployment strategies. Finally

a linearized two-stage optimization method is used to improve the solving efficiency. Simulations are conducted on the IEEE 33-bus system and a 10-bus sensing network

and the results validate the effectiveness and superiority of the proposed method in terms of shortening restoration time

enhancing total restoration capacity

and optimizing resource allocation.

关键词

Keywords

references

徐潇源，李佳琪，王晗，等 . 城市电力-交通系统韧性研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 23 ）： 1 - 15 .

XU Xiaoyuan ， LI Jiaqi ， WANG Han ， et al . Review and prospect of research on urban power-transportation system resilience ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 23 ）： 1 - 15 .

JAHN W ， URBAN J L ， REIN G . Powerlines and wildfires： overview， perspectives， and climate change： could there be more electricity blackouts in the future？［J］. IEEE Power and Energy Magazine ， 2022 ， 20 （ 1 ）： 16 - 27 .

VAHEDI S ， ZHAO J B ， PIERRE B ， et al . Wildfire and power grid nexus in a changing climate ［J］. Nature Reviews Electrical Engineering ， 2025 ， 2 ： 225 - 243 .

殷浩洋，刘东 . 山火灾害下电网安全形态的事件驱动模型与动态推演方法［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 20 ）： 7911 - 7925 .

YIN Haoyang ， LIU Dong . Event-driven model and dynamic deduction method of security morphological of power system under wildfires ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 20 ）： 7911 - 7925 .

SHI Q X ， LIU W X ， ZENG B ， et al . Enhancing distribution system resilience against extreme weather events： concept review， algorithm summary， and future vision ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 138 ： 107860 .

任洪波，张宇晨，吴琼，等 . 面向韧性提升的综合能源系统规划与运行调度研究综述［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 13 ）： 16 - 31 .

REN Hongbo ， ZHANG Yuchen ， WU Qiong ， et al . Research review on planning and operation dispatch of integrated energy system for resilience enhancement ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 13 ）： 16 - 31 .

罗佳怡，邢海军，全文斌，等 . 极端高温下新型电力系统韧性评估及差异化规划［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 3 ）： 135 - 144 .

LUO Jiayi ， XING Haijun ， QUAN Wenbin ， et al . Resilience assessment and differentiated planning of new power systems under extreme high temperatures ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 3 ）： 135 - 144 .

TRAKAS D N ， HATZIARGYRIOU N D . Optimal distribution system operation for enhancing resilience against wildfires ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 33 （ 2 ）： 2260 - 2271 .

SOHRABI B . Data-driven approaches for enhancing power grid reliability ［D］. Denver， USA ： University of Denver ， 2024 .

姚卓磊，黄文焘，余墨多，等 . 智能配电网电力-通信灾害故障动态协调恢复方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 87 - 94 .

YAO Zhuolei ， HUANG Wentao ， YU Moduo ， et al . Dynamic coordination recovery method for power-communication disaster fault in smart distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 87 - 94 .

陶文嘉，冯亮，彭克，等 . 极端灾害下基于光储优化配置的配电网供电恢复方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 7 ）： 189 - 197 .

TAO Wenjia ， FENG Liang ， PENG Ke ， et al . Power restoration method for distribution network based on optimal configuration of photovoltaic and energy storage in extreme disaster scenarios ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 7 ）： 189 - 197 .

钟剑，陈晨，别朝红 . 基于SDN的配电网信息-物理协同恢复策略［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 11 ）： 4193 - 4210 .

ZHONG Jian ， CHEN Chen ， BIE Zhaohong . An SDN based cyber-physical integrated restoration scheme for distribution systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 11 ）： 4193 - 4210 .

刘瑞环，陈晨，叶志刚，等 . 基于无人机应急通信的配电网灾后信息物理协同恢复策略［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 3 ）： 1218 - 1230 .

LIU Ruihuan ， CHEN Chen ， YE Zhigang ， et al . Cooperative cyber-physical distribution system restoration with UAV-based emergency communications after disasters ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 1218 - 1230 .

汪春霆，翟立君，徐晓帆 . 天地一体化信息网络发展与展望［J］. 无线电通信技术， 2020 ， 46 （ 5 ）： 493 - 504 .

WANG Chunting ， ZHAI Lijun ， XU Xiaofan . Development and prospects of space-terrestrial integrated information network ［J］. Radio Communications Technology ， 2020 ， 46 （ 5 ）： 493 - 504 .

HE X L ， XU C ， TANG S Q ， et al . Performance analysis of an aerial remote sensing platform based on real-time satellite communication and its application in natural disaster emergency response ［J］. Remote Sensing ， 2024 ， 16 （ 15 ）： 2866 .

DENG R Q ， DI B Y ， ZHANG H L ， et al . Ultra-dense LEO satellite constellations： how many LEO satellites do we need？［J］. IEEE Transactions on Wireless Communications ， 2021 ， 20 （ 8 ）： 4843 - 4857 .

周全，周柯，金庆忍，等 . 卫星互联网赋能新型电力系统创新应用［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 6 ）： 42 - 61 .

ZHOU Quan ， ZHOU Ke ， JIN Qingren ， et al . Novel applications of satellite internet enabling new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 42 - 61 .

宋震，李勇，王洪涛，等 . 基于惯量响应的风储组合黑启动电源及其协调控制方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 5 ）： 109 - 117 .

SONG Zhen ， LI Yong ， WANG Hongtao ， et al . Inertial response based wind turbine-energy storage combined black-start power source and its coordinated control method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 5 ）： 109 - 117 .

PENG G Z ， XIA Y X ， ZHANG X J ， et al . UAV-aided networks for emergency communications in areas with unevenly distributed users ［J］. Journal of Communications and Information Networks ， 2018 ， 3 （ 4 ）： 23 - 32 .

孙伟伟，杨刚，陈超，等 . 中国地球观测遥感卫星发展现状及文献分析［J］. 遥感学报， 2020 ， 24 （ 5 ）： 479 - 510 .

SUN Weiwei ， YANG Gang ， CHEN Chao ， et al . Development status and literature analysis of China’s earth observation remote sensing satellites ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2020 ， 24 （ 5 ）： 479 - 510 .

BERGADO J R ， PERSELLO C ， REINKE K ， et al . Predicting wildfire burns from big geodata using deep learning ［J］. Safety Science ， 2021 ， 140 ： 105276 .

李建林，李昕然，邹菲，等 . 构网型储能典型工程示范及涉网特性检测技术［J/OL］. 高电压技术： 1 - 15 ［ 2025-07-27 ］. https：//doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20242058 https://doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20242058 .

LI Jianlin ， LI Xinran ， ZOU Fei ， et al . Typical engineering demonstrations and grid-related characteristic detection technologies on grid-forming energy storage ［J/OL］. High Voltage Engineering ： 1 - 15 ［ 2025-07-27 ］. https：//doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20242058 https://doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20242058 .

朱亮，戚少博，杨波，等 . 低轨宽带卫星互联网承载电网业务应用研究［J］. 天地一体化信息网络， 2023 ， 4 （ 2 ）： 103 - 113 .

ZHU Liang ， QI Shaobo ， YANG Bo ， et al . Application of the power grid business carrying on low earth orbit broadband satellite internet ［J］. Space-Integrated-Ground Information Networks ， 2023 ， 4 （ 2 ）： 103 - 113 .

王正非 . 山火初始蔓延速度测算法［J］. 山地研究， 1983 （ 2 ）： 42 - 51 .

WANG Zhengfei . The measurement method of the wildfire initial spread rate ［J］. Mountain Research ， 1983 （ 2 ）： 42 - 51 .

毛贤敏，徐文兴 . 林火蔓延速度计算方法的研究［J］. 辽宁气象， 1991 （ 1 ）： 9 - 13 .

MAO Xianmin ， XU Wenxing . Study on the calculation method of forest fire spread rate ［J］. Liaoning Meteorology ， 1991 （ 1 ）： 9 - 13 .

杨淳岚，宁鑫，徐会凯，等 . 电网山火监测及风险预警技术研究综述［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 11 ）： 4765 - 4777 .

YANG Chunlan ， NING Xin ， XU Huikai ， et al . Overview of mountain fire monitoring and early warning for power grid demand ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 11 ）： 4765 - 4777 .

LAGUNAS E ， CHATZINOTAS S ， OTTERSTEN B . Low-earth orbit satellite constellations for global communication network connectivity ［J］. Nature Reviews Electrical Engineering ， 2024 ， 1 （ 10 ）： 656 - 665 .

YANG W J ， SPARROW S N ， ASHTINE M ， et al . Resilient by design： preventing wildfires and blackouts with microgrids ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 313 ： 118793 .

PANG K Y ， WANG C Y ， HATZIARGYRIOU N D ， et al . Microgrid formation and real-time scheduling of active distribution networks considering source-load stochasticity ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 39 （ 2 ）： 2801 - 2813 .

YANG H B ， RHODES N ， YANG H X ， et al . Multi-period power system risk minimization under wildfire disruptions ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 5 ）： 6305 - 6318 .

BARAN M E ， WU F F . Optimal sizing of capacitors placed on a radial distribution system ［J］. IEEE Transactions on power Delivery ， 1989 ， 4 （ 1 ）： 735 - 743 .

ZHANG H C ， CHEN C ， LEI S B ， et al . Resilient distribution system restoration with communication recovery by drone small cells ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2022 ， 14 （ 2 ）： 1325 - 1328 .

王晗，胡喆，周全，等 . 基于天地一体化通信的配电网灾后信息-物理协同恢复框架与模型［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 15 ［ 2025-06-19 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20250311.1434.007.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20250311.1434.007.html .

WANG Han ， HU Zhe ， ZHOU Quan ， et al . Cyber-physical collaborative restoration framework and model for power distribution networks with satellite-terrestrial communications ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 15 ［ 2025-06-19 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20250311.1434.007.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20250311.1434.007.html .

STARLINK . Residential service plans ［EB/OL］. ［ 2025-05-18 ］. https：//www.starlink.com/us/residential https://www.starlink.com/us/residential .

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