电力系统恢复分区与网架重构方案评估方法研究

摘要

随着电力系统规模不断扩大,电网互联性日益加强,由天气或其他偶然因素引发电力系统级联故障,进而造成电力系统大停电等灾难性事故发生的风险大大增加。从2003年至今,美、加、俄、日本及欧洲多国都先后发生过大规模停电事故,我国近几年也因各种自然灾害引发多起较为严重的停电事故。目前,国内外电力系统的运行经验以及相关理论研究表明,诱发大停电的初始原因种类多且十分复杂,即使在电力安全稳定运行能力不断提升的今天,也无法从根本上避免大停电事故的发生。但是,运用合适的防御对策、实施及时的紧急控制、制定有效的恢复策略能在很大程度上减小停电区域,缩短停电时间。
　　当电力系统发生大面积停电事故后,为了合理利用黑启动电源,提高恢复效率,同时也为了保障恢复进程的可靠进行,应当将整个停电系统划分为多个子系统并行恢复,需要研究切合电力系统恢复实际的分区方法,依据停电后的电网实时状态,适应性的将待恢复系统进行分区;在电力系统恢复的网架重构阶段,为了缓解运行调度人员的压力,提高方案决策的合理性,需要一套综合决策评估方法辅助调度运行人员全面考虑影响网架重构的因素,选择合理的重构方案;另外,目前实际电力系统的恢复决策多以事先制定的预案为指导,难以适应不断发展变化的电网结构以及复杂多变的事故情形。因此,需要研究电力系统恢复综合辅助决策支持系统,弥补现有电力系统调度平台在恢复控制上的不足。在广泛学习电力系统恢复方面相关文献的基础上,本论文针对以上几个方面开展了深入的研究,主要研究内容和创新成果如下:
　　1)针对电力系统恢复分区问题,提出了一种适应性电力系统恢复分区方法。该适应性分区法以复杂网络中的社团结构划分理论为基础,将分区过程分为凝聚与分裂两个阶段。其中,凝聚阶段主要处理电力系统黑启动阶段对分区的特殊要求,将黑启动电源与其附近重要发电厂、重要恢复目标聚合,形成初始子系统,后续的分裂阶段采用基于边的聚合度及介数定义的边的联络度寻找电网中连接各分区的关键线路并断开,最终形成多个电力系统恢复分区。该适应性分区方法不仅能形成可行、可靠的恢复分区,保证各分区内部有逐步恢复供电的能力,还考虑到电力系统在实际调度中的分层、分区控制原则,减小恢复子系统划分与分区调度的冲突。山东电网为例的计算表明,本文提出的分区方法能较好的处理大电网停电后的恢复分区问题,同时该方法还能从地区层级上指导大电网中黑启动机组的优化配置。
　　2)针对网架重构过程中安全校验和分析评估项目众多、计算结果表示方法多样的问题,本文提出了一种新的基于不确定多属性理论的网架重构方案评价方法。该方法总结分析了评价网架重构方案优劣的属性,并依据各属性的特点将其分为约束型和优化型两类。在评价重构方案时,依据属性分类采用相适应的权重确定方法,以达到合理利用评价属性的目的。针对网架重构进程中确定性与不确定性并存、方案评价属性定性与定量俱有的情形,引入区间数表示方案的评价属性值,在最终计算出各方案的评价值之后,以区间数之间的可能度比较法最终决定方案的优劣排序。该评价方法依据网架重构的具体情形分析评价属性的特点,针对性的结合使用主观赋权法与客观赋权法,在保证评价客观可靠的基础上,允许调度员或其他恢复专家依据个人喜好或实际情况影响属性权重,较好的完成方案的综合评价与优选。以山东电网济南地区的恢复为例,计算表明,采用该评价方法得出的结果既能保证客观性也可依据系统实际切合评价主体的要求,为电力系统网架重构方案的评价与优选提供了一种新的思路和手段。
　　3)对电力系统恢复综合辅助决策支持系统的设计进行了初步研究,探讨了该系统的定位与主要功能,在此基础上,分析了该系统平台的数据需求,设计与修改了相关数据表。之后以网架恢复策略的生成过程为例,说明了该系统拟采用的基于局部对象优化的策略生成设计思想与实施流程,可以为该类综合决策平台的研发提供参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 背景与意义

1.2 电力系统恢复的研究现状

1.2.1 电力系统恢复分阶段研究内容

1.2.2 电力系统恢复分区策略

1.2.3 网架恢复方案的综合评估方法

1.3 论文的主要研究内容

第2章 电力系统恢复分区策略研究

2.1 引言

2.2 电力系统恢复子系统划分原则

2.2.1 子系统划分的原则

2.2.2 被启动机组的选择原则

2.2.3 启动路径的选择原则

2.3 基于复杂网络理论的适应性分区策略

2.3.1 电力网络的抽象与简化

2.3.2 复杂网络理论基本概念

2.3.3 分区算法

2.3.4 恢复分区的检验

2.4 算例及结果分析

2.4.1 网络拓扑直观分析

2.4.2 凝聚阶段

2.4.3 分裂阶段

2.5 小结

第3章 网架重构方案的综合评估方法

3.1 引言

3.2 多属性决策理论

3.3 网架重构中评价属性的分类

3.4 不确定多属性决策理论

3.4.1 属性评价值的规范化

3.4.2 约束型属性权重的确定方法

3.4.3 优化型属性权重的确定

3.4.4 不确定多属性决策方法

3.5 算例

3.6 小结

第4章 电力系统恢复辅助决策支持系统框架设计

4.1 引言

4.2 恢复辅助决策支持系统的基本内容

4.3 数据需求分析

4.4 PSS/E计算模块的调用

4.5 基于局部对象优化的策略生成思想

4.6 小结

第5章 结论及展望

附录:恢复分区分裂阶段线路断开顺序表

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

学位论文评阅及答辩情况表