大电网时空协调恢复决策研究与应用

发布时间：2017-12-29 05:25

本文关键词：大电网时空协调恢复决策研究与应用　出处：《山东大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着新一轮能源革命的到来和“两个替代”的逐渐深入,电网在能源输送和配置中的作用愈发凸显。电网的安全稳定运行对于保障能源供应、维持社会稳定和正常生产生活秩序具有重要意义。然而,近年来,极端自然灾害逐渐增多,电网运行的外部环境日趋恶化;同时,随着交直流混联和大规模新能源发电的接入,其网络结构和动态特性也愈加复杂,电力系统安全防御形势不容乐观。在该背景下,强化电力应急管理,提高电力部门应对大面积停电事故的能力,就显得尤为必要。为了实现大停电后快速、安全地恢复,需要对恢复过程中存在的各类技术问题进行深入研究,制定出科学、完备的恢复计划。不同于局部停电,由连锁故障引发并波及多个区域的大面积停电是一种更加极端的事故场景,属于小概率、高风险事件。在进行恢复时,通常的策略是利用分布在各地的黑启动电源,“自下而上”逐步拓展带电范围。但考虑到我国电网实行垂直化管理,且北方许多省份黑启动资源比较匮乏,在大停电后,由上级调度主导,统筹利用有限的电源容量,通过主干网架向各地区送电,实施一种“自上而下”的恢复,往往成为一种更优选项。“自上而下”恢复的时间与空间跨度大,需要多级、多地调度部门协同配合,会面临复杂的协调问题。同时,其操作的安全风险更高,面临的不确定因素更多,恢复决策的难度更大。本文基于我国电网现实背景,在全面综述现有研究成果基础上,主要围绕“自上而下”大电网恢复过程中的协调控制与优化决策问题,从理论方法和工程应用两个层面展开研究。首先,以提高恢复效率和确保恢复安全为出发点,构建了大电网恢复控制的总体框架。然后,基于该框架,对相关的控制策略、协调机制以及决策方法进行了深入研究,并重点针对网架恢复方案、负荷恢复方案的制定问题,综合运用组合最优化、图论、多目标决策等理论,进行了优化模型的构建和算法设计。最后,以相关理论成果为支撑,面向工程实际需求,完成了一个软件系统的开发。论文的主要工作和取得的创新成果如下:1)提出了一种大电网恢复的时空协调控制策略。针对“自上而下”大电网恢复分层操作、多方参与且充满不确定性的特点,结合我国电网实际,建立了大电网恢复的广域协调和序贯控制机制,从空间和时间两个维度对恢复问题进行拆分,通过解耦控制和动态决策触发,实现了不同恢复子任务的独立并行操作以及对各类不确定性事件的灵活、有效应对。进而,从决策层面,对分解后形成的各个子问题进行了模型构建并给出了相应的求解算法,通过在在线环境下灵活调用不同的模型并求解,能够基于多个线索动态生成恢复方案,实现一种时空协调的恢复控制。山东电网实际算例验证了所提方法的有效性。2)提出了一种输电网架恢复的分层协同优化方法。在所提时空协调控制策略基础上,为了获取全局最优的网架恢复方案,构建了输电网架恢复的双层优化模型,综合计及不同决策主体的恢复偏好以及各类操作安全约束,将主干网架恢复、地区网架恢复、发电厂内的机组恢复以及过电压调整统筹考虑。为了实现对模型的快速求解,提出了一种混合求解策略,将路径规划、潮流校验和电压优化嵌套在对上层决策变量的全局搜索过程中,并通过灵活选择采用回溯算法或遗传算法,在确保计算效率的同时,实现了对三个层级恢复方案的协同寻优。山东电网实际算例验证了所提方法的有效性。3)提出了一种计及风电场恢复的源荷协调恢复优化方法。在所提时空协调控制策略基础上,针对负荷恢复决策问题,构建了源荷协调优化模型,将负荷出线投入、风电场恢复以及常规机组出力同时作为控制变量纳入决策。该模型将单步负荷投入量最大和恢复操作时间最短作为目标,并综合计及了暂态频率安全约束、常规机组出力约束、系统备用约束以及潮流约束等。通过使用多目标分层序列法,并引入交流潮流近似线性化处理方法,将其转化为混合整数线性规划问题求解,显著提高了计算效率。IEEE 118节点算例和山东电网实际算例验证了所提方法的有效性。4)开发了一个大电网恢复辅助决策与仿真系统。该系统具备全过程恢复决策支持、暂稳态安全校验与优化调整、交互式恢复案例制作与管理、操作票自动生成以及调度指令仿真预演等功能。在离线环境下,基于所提解耦控制策略,能够辅助调度员基于多个不同的线索制作电网恢复方案,并对所制作的方案进行仿真与演示。在在线环境下,能够基于EMS接口获取实时电网数据,自动进行系统状态和停电场景的识别,通过多级目标筛选和灵活地决策触发,在线生成恢复方案并输出。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM732

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