電力系統(tǒng)運行風險管控與恢復策略研究.pdf

1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行方式趨于多樣化。在節(jié)能環(huán)保、減排增效的社會需求下，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。與此同時，電力系統(tǒng)的安全和可靠運行也面臨著更為復雜且多樣的風險。例如，當間歇性可再生能源機組、燃氣輪機等大量接入電力系統(tǒng)后，不合理的調度運行方式可能引起的調頻和旋轉備用不足問題，導致頻率波動、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，為小規(guī)模的能源機構提供參與市場的平臺，促進資源的合理配置，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)運行過程中的安全和經濟風險，為關鍵負荷提供電力供應保障，并對停電事故后的恢復問題進行比較全面、深入和系統(tǒng)的研究，對于減少停電事故的發(fā)生頻率、降低停電的社會損失、加快電力設備和用戶供電的恢復具有重要意義。在此背景下，本文從電力系統(tǒng)運行風險管控、關鍵負荷供電保障和電

3、力系統(tǒng)恢復三個方面出發(fā)，對電力系統(tǒng)事故前和事故后的調度決策和優(yōu)化方法開展了比較深入的研究。主要研究內容如下:
　　1)提出基于系統(tǒng)健康狀況分析(well-being analysis，WBA)的電力系統(tǒng)運行安全風險的管控方法。考慮現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的新型能源結構，以及和其他能源系統(tǒng)的耦合關系，分析電力系統(tǒng)不同安全風險的來源和影響，并以含可再生能源機組和大量燃氣機組(gas turbine，GT)的電力系統(tǒng)為例，提出針對現(xiàn)代電力系統(tǒng)存在

4、多種耦合關系的狀態(tài)分析方法。首先，分析GT的快速反應特性，并探討對GT接入比例不斷增加的電力系統(tǒng)進行WBA的具體定義和應用改進，然后結合需求波動、出力計劃以及GT的運行風險估算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)調度運行所面對的不確定性，利用WBA對GT滲透率不斷增加的電力系統(tǒng)進行安全運行能力評估，并研究不同GT接入比例下降低電力系統(tǒng)運行安全風險的有效方法和措施。
　　2)探討電

5、力系統(tǒng)運行經濟風險和調度規(guī)避手段，以解決來自價格、需求和其他能源市場的不確定性所帶來的風險。隨著我國電力市場改革的深化，售電側逐步開放，已經成立了數(shù)以千計的電力零售公司并參與了電力零售業(yè)務?？紤]現(xiàn)代能源市場的構成，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)不同經濟風險的來源和影響，著重論述和探討來自天然氣和電力系統(tǒng)的協(xié)同調度運行的經濟風險以及計及價格和需求波動的電力零售公司的購電組合優(yōu)化。首先

6、以小時為單位構造負荷需求和電力價格向量并采用區(qū)間數(shù)來描述負荷和電價的波動范圍，同時模擬零售公司在用戶側實施分時電價時對負荷調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建立購電組合優(yōu)化的強化區(qū)間線性規(guī)劃模型，并求取解析解。所提方法計及追求利益最大的電力零售公司所需要考慮的負荷和電價的不確定性，以管控購電組合決策中的市場風險。
　　3)提出電力系統(tǒng)應急服務多點的最優(yōu)選址規(guī)劃方法，以保證應急資源及時運送，對關鍵負荷提

7、供電力保障，滿足不同電力用戶的需求差異，進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、停電時限約束以及應急服務點的服務成本，構建以電力應急總成本最小為優(yōu)化目標的應急服務多點選址的優(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，結合電力用戶電力保障需求，提出適合服務區(qū)域的合理的電力系統(tǒng)應急服務多點的最優(yōu)選址規(guī)劃方法。所提模型和方法可以均衡關鍵負荷的電力保障需求和應急服務成本，為服務區(qū)域提供有針對性的選址方案

8、，有助于電力應急服務的經濟可持續(xù)發(fā)展。
　　4)提出基于組合策略和圖論理論的電力系統(tǒng)恢復策略的優(yōu)化方法，并在恢復過程中同樣加入對關鍵負荷電力保障的考慮。針對恢復進程和系統(tǒng)特點，分別提出采用熵權方法進行發(fā)電機組的并行恢復動態(tài)決策方法和面向路徑的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡重構恢復策略。一方面，從全局層面研究并行恢復動態(tài)決策方法。首先根據(jù)各個發(fā)電機組的狀態(tài)信息，確定每個恢復供電方案對系統(tǒng)全局恢復的效益。之后，建立基于熵權法的機組并行恢復動態(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供電方案最優(yōu)組合。所提模型計及各個發(fā)電機組的狀態(tài)信息，并能夠協(xié)調恢復過程中不同機組間的需求沖突。另一方面，將圖論理論應用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)恢復策略研究中，提出一種面向路徑的電力系統(tǒng)恢復策略。首先基于電力系統(tǒng)恢復問題中的約束條件，針對電力恢復問題的專門的最小生成樹來形成恢復策略，之后改進用于獲取最小生成樹的Prim算法。所提網(wǎng)絡重構方法可以兼顧重要負荷，并有效克服基于進化算法的機組啟停順序優(yōu)化方法需要反