電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控與恢復(fù)策略研究.pdf

1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式趨于多樣化。在節(jié)能環(huán)保、減排增效的社會(huì)需求下，可再生能源在電力系統(tǒng)中的比例逐步攀升，電力系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)的結(jié)合越來越緊密，電力用戶的用電需求差異和市場參與熱情不斷增強(qiáng)。與此同時(shí)，電力系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行也面臨著更為復(fù)雜且多樣的風(fēng)險(xiǎn)。例如，當(dāng)間歇性可再生能源機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)等大量接入電力系統(tǒng)后，不合理的調(diào)度運(yùn)行方式可能引起的調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用不足問題，導(dǎo)致頻率波動(dòng)、誘發(fā)大面積停電甚至系統(tǒng)崩潰。市場化手段可以有效反映供能成

2、本，為不同的用電需求提供差異化服務(wù)，為小規(guī)模的能源機(jī)構(gòu)提供參與市場的平臺(tái)，促進(jìn)資源的合理配置，但也將電力系統(tǒng)暴露于更多來自市場和其他市場主體的不確定性之中。因此，合理管控電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，為關(guān)鍵負(fù)荷提供電力供應(yīng)保障，并對(duì)停電事故后的恢復(fù)問題進(jìn)行比較全面、深入和系統(tǒng)的研究，對(duì)于減少停電事故的發(fā)生頻率、降低停電的社會(huì)損失、加快電力設(shè)備和用戶供電的恢復(fù)具有重要意義。在此背景下，本文從電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控、關(guān)鍵負(fù)荷供電保障和電

3、力系統(tǒng)恢復(fù)三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)電力系統(tǒng)事故前和事故后的調(diào)度決策和優(yōu)化方法開展了比較深入的研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　1)提出基于系統(tǒng)健康狀況分析(well-being analysis，WBA)的電力系統(tǒng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的管控方法。考慮現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的新型能源結(jié)構(gòu)，以及和其他能源系統(tǒng)的耦合關(guān)系，分析電力系統(tǒng)不同安全風(fēng)險(xiǎn)的來源和影響，并以含可再生能源機(jī)組和大量燃?xì)鈾C(jī)組(gas turbine，GT)的電力系統(tǒng)為例，提出針對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)存在

4、多種耦合關(guān)系的狀態(tài)分析方法。首先，分析GT的快速反應(yīng)特性，并探討對(duì)GT接入比例不斷增加的電力系統(tǒng)進(jìn)行WBA的具體定義和應(yīng)用改進(jìn)，然后結(jié)合需求波動(dòng)、出力計(jì)劃以及GT的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)估算GT能夠提供的等效備用容量。之后，分析各種分布式電源的出力特性和供電能力，并考慮電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行所面對(duì)的不確定性，利用WBA對(duì)GT滲透率不斷增加的電力系統(tǒng)進(jìn)行安全運(yùn)行能力評(píng)估，并研究不同GT接入比例下降低電力系統(tǒng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的有效方法和措施。
　　2)探討電

5、力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和調(diào)度規(guī)避手段，以解決來自價(jià)格、需求和其他能源市場的不確定性所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。隨著我國電力市場改革的深化，售電側(cè)逐步開放，已經(jīng)成立了數(shù)以千計(jì)的電力零售公司并參與了電力零售業(yè)務(wù)?？紤]現(xiàn)代能源市場的構(gòu)成，以及不同的市場交易方式和主體，在間歇性可再生能源接入比例不斷增加的背景下，分析電力系統(tǒng)不同經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的來源和影響，著重論述和探討來自天然氣和電力系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)以及計(jì)及價(jià)格和需求波動(dòng)的電力零售公司的購電組合優(yōu)化。首先

6、以小時(shí)為單位構(gòu)造負(fù)荷需求和電力價(jià)格向量并采用區(qū)間數(shù)來描述負(fù)荷和電價(jià)的波動(dòng)范圍，同時(shí)模擬零售公司在用戶側(cè)實(shí)施分時(shí)電價(jià)時(shí)對(duì)負(fù)荷調(diào)整和所占市場份額的影響。然后以電力零售公司日利潤總和最大為目標(biāo)建立購電組合優(yōu)化的強(qiáng)化區(qū)間線性規(guī)劃模型，并求取解析解。所提方法計(jì)及追求利益最大的電力零售公司所需要考慮的負(fù)荷和電價(jià)的不確定性，以管控購電組合決策中的市場風(fēng)險(xiǎn)。
　　3)提出電力系統(tǒng)應(yīng)急服務(wù)多點(diǎn)的最優(yōu)選址規(guī)劃方法，以保證應(yīng)急資源及時(shí)運(yùn)送，對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷提

7、供電力保障，滿足不同電力用戶的需求差異，進(jìn)而有效降低停電損失。具體地，首先通過綜合考慮用戶停電損失、停電時(shí)限約束以及應(yīng)急服務(wù)點(diǎn)的服務(wù)成本，構(gòu)建以電力應(yīng)急總成本最小為優(yōu)化目標(biāo)的應(yīng)急服務(wù)多點(diǎn)選址的優(yōu)化模型。之后，采用Floyd算法和圖論理論求解該優(yōu)化模型。然后，結(jié)合電力用戶電力保障需求，提出適合服務(wù)區(qū)域的合理的電力系統(tǒng)應(yīng)急服務(wù)多點(diǎn)的最優(yōu)選址規(guī)劃方法。所提模型和方法可以均衡關(guān)鍵負(fù)荷的電力保障需求和應(yīng)急服務(wù)成本，為服務(wù)區(qū)域提供有針對(duì)性的選址方案

8、，有助于電力應(yīng)急服務(wù)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。
　　4)提出基于組合策略和圖論理論的電力系統(tǒng)恢復(fù)策略的優(yōu)化方法，并在恢復(fù)過程中同樣加入對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷電力保障的考慮。針對(duì)恢復(fù)進(jìn)程和系統(tǒng)特點(diǎn)，分別提出采用熵權(quán)方法進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的并行恢復(fù)動(dòng)態(tài)決策方法和面向路徑的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)恢復(fù)策略。一方面，從全局層面研究并行恢復(fù)動(dòng)態(tài)決策方法。首先根據(jù)各個(gè)發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)信息，確定每個(gè)恢復(fù)供電方案對(duì)系統(tǒng)全局恢復(fù)的效益。之后，建立基于熵權(quán)法的機(jī)組并行恢復(fù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化決策的

9、混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，尋求互不沖突的恢復(fù)供電方案最優(yōu)組合。所提模型計(jì)及各個(gè)發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)信息，并能夠協(xié)調(diào)恢復(fù)過程中不同機(jī)組間的需求沖突。另一方面，將圖論理論應(yīng)用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)恢復(fù)策略研究中，提出一種面向路徑的電力系統(tǒng)恢復(fù)策略。首先基于電力系統(tǒng)恢復(fù)問題中的約束條件，針對(duì)電力恢復(fù)問題的專門的最小生成樹來形成恢復(fù)策略，之后改進(jìn)用于獲取最小生成樹的Prim算法。所提網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法可以兼顧重要負(fù)荷，并有效克服基于進(jìn)化算法的機(jī)組啟停順序優(yōu)化方法需要反