坚强智能电网背景下的电力系统均匀性评价与优化方法研究

To build a strong, reliable, and cost-effective modern grid is China's goal of smart grid construction. Modern smart grids will be faced with more and more uncertain factors than ever. As the time, location, form, even extent of the uncertain factor occurrences have a strong randomness, it is very hard to evaluate the special scenarios one by one using deterministic methods. Given the above situation, the research on power system homogeneity evaluation and optimization can reduce weak links of power systems, and facilitate the overall response ability to all kinds of uncertain factors of power systems. This project will first analyze the mechanism of heterogeneity in power generation, transmission, and consumption, and clarify their negative effects to power system strong and effective operation. Then, from three scales (active power homogeneity, reactive power homogeneity, and comprehensive homogeneity), the different expression forms of power system homogeneity under a certain system operation state are evaluated, respectively; from two dimensions (state homogeneity and inherent homogeneity), the performance and inner intensity of power system homogeneity are evaluated, respectively. Thus, power system homogeneity can be comprehensively evaluated from multi-scale and multi-dimension. Finally, based on the homogeneity benefit evaluation of different power resources, and in use of branch analysis and flexible optimization methods, some network planning/upgrading methods and grid dispatching/management measures considering power system homogeneity are proposed in the context of strong smart grid.

建设坚强可靠、经济高效的现代电网是我国智能电网建设的目标。现代智能电网将面临越来越多的来自电源侧和负荷侧的不确定因素，由于不确定因素发生的时间、地点、形式乃至程度都具有很强的随机性，因此很难以确定性方法对特定的场景进行逐一评估。在此背景下，研究评价和改善电力系统均匀性的方法，减少系统薄弱环节，有助于提高系统应对各类不确定因素的整体能力。本项目首先对电力系统发电、输配电和用电环节中产生不均匀性的机理进行分析，阐述其对电网坚强和经济运行产生的负面影响。其次，以有功、无功和综合均匀度评价三个尺度，评价既定运行状态下系统均匀度的不同表现方面；从状态均匀度和固有均匀度评价两个维度，评价系统运行均匀性的表现程度和内在强度，共同形成对电力系统均匀度的多尺度和多维度综合评价。最后，对各类电力资源所产生的均匀性效益进行评估，利用支路分析和柔性优化方法，提出考虑新能源和新负荷不确定性的电网均匀规划和管理方法。

均匀性是物质的一项基本状态属性，指的是与物质的一种或多种特性相关的具有相同结构或组成的状态。对电力系统而言，通常关心的是系统运行的经济性、安全性和可靠性，而对其规划和运行中的均匀性关注较少。伴随我国经济的快速发展以及电力需求的不断增长，电网的建设与电源及负荷的分布与发展往往不甚匹配，这种不匹配容易导致电力系统的不均匀性，而这种不均匀性又会给电力系统的经济运行，乃至安全稳定运行带来诸多不利影响。.针对上述问题，本项目首先分析电力系统在发电、输配电、用电各个环节产生系统不均匀性的机理，并阐述其对电力系统坚强可靠、经济高效运行造成的负面影响；然后，从不同的尺度和维度提出评价电力系统均匀度的指标，形成较为完善的综合评价体系；最后，基于对电力系统均匀性资源的作用分析以及效益评估，提出改善电力系统均匀度的优化措施，为电力系统的规划、运行和管理提供优化依据。.研究表明，不均匀性是实际电力系统的一种必然状态，区别于安全性和可靠性问题，均匀性是一个侧重于描述系统自身抵御各类扰动能力的特征属性。针对现有的以安全性和可靠性为主导的电力系统状态评价体系的不足，本项目从系统运行的多个维度提出电力系统运行均匀性评价指标，该指标可以反映电力系统对各类不确定因素的整体应对能力，是对现有电力系统状态评价体系的补充和完善。.在应用层面，针对日益突出的电力系统运行风险问题，本项目基于均匀性评价理论，研究了电力系统关键节点和关键线路的识别方法，可以有效降低系统发生连锁故障的风险；针对高比例可再生能源背景下的系统调度问题，本项目在分析灵活性需求二维特性的基础上，提出预留爬坡时间的调度策略，并利用标准差刻画机组MORT指标的均匀性，建立电力系统均匀调度模型。针对大规模电动汽车负荷充换电对电网带来冲击的问题，本项目建立电动汽车换电站最优充放电策略的线性优化模型，可以有序管理电动汽车换电站充放电负荷，增强电网负荷时间分布的均匀性。