用于大停电后电力系统恢复的网架重构方案运行可靠性评估方法研究

各国大停电的实例及相关恢复过程表明，作为停电防御系统的重要组成，恢复控制对于减小停电损失意义重大。现有关于恢复控制过程中网架重构策略的研究已在优化技术指标方面进行了大量深入细致的工作，但对重构方案的可靠性研究至今仍属空白。本申请项目以火电机组投运和架空线路投运作为研究重构方案运行过程的切入点，在建立体现网架重构过程特点的机组投运模型和线路停运模型的基础上，将重构操作后系统状态的实现概率和系统状态所对应的重构效果相结合，实现对重构方案运行可靠性的综合评估。本申请项目旨在通过对网架重构方案运行过程的针对性研究，对方案在较为不利的系统条件下的恢复效果进行事先估计和把握，以方案在实施层面的可靠性测度辅助原有的技术指标，为调度人员根据能够接受的可靠性水平在方案的技术性和可靠性之间进行折衷选择提供更加全面的决策信息。项目成果有助于提高现代电力系统应对大停电事故的能力，将带来巨大的社会和经济效益。

本项目以大停电后电力系统恢复的网架重构方案运行可靠性评估方法研究为主线，以火电机组和架空线路的投运过程研究为切入点，进行了火力发电机组可调度前导时间及机组投运模型、架空线路投运模型、重构方案执行过程系统状态概率的计算方法建模和重构方案运行可靠性指标提取等研究。通过电厂集控运行仿真，研究了典型火电机组的停机时间与可调度前导时间的对应关系，为研究机组投运过程的恢复用时及时步划分奠定了基础。考虑机组启动失败及运转中故障的影响，分别以快速启动机组的四状态模型和热备用机组的五状态模型为基础，建立了黑启动机组和火电机组的投运模型。考虑空载线路可能的合闸失败和合闸成功后的可能停运，以两状态马尔可夫过程模型为基础，建立了以运行统计数据表示故障率、根据合闸操作特点表示修复率的线路投运模型。通过蒙特卡洛法对空载线路投运修复概率进行统计并以三角模糊数表示后，实现了线路投运模型中修复率的模糊表示并建立了线路投运的模糊状态概率的期望值模型。根据电力系统风险评估的定义，提出了网架恢复方案的机组投运风险和线路投运风险的概念。首先，以机组的可调度前导时间划分恢复时步，以基于灵敏度分析的潮流调整获取机组出力恢复程度，采用机组投运模型计算已投运机组出力恢复程度的概率变化，基于改进PJM法完成了对网架重构方案的机组投运风险评估过程建模。机组投运风险是对机组出力及其实现可能的综合度量，与恢复时间结合能够更加全面地展示方案的恢复效果。其次，通过对电网拓扑特性的研究识别关键线路并定义在一定恢复目标下的线路投运失败影响，与线路投运的模糊状态概率的期望值模型相结合，采用模糊模拟实现了网架重构方案的线路投运风险评估过程建模。线路投运风险能够量化反映关键度不同的线路在不同阶段投入，其失败对恢复效果造成的不同影响。为了获取与实际恢复过程更加契合的重构方案，研究了计及火电机组启动过程的网架并行恢复策略，提出了综合考虑机组额定容量、启动时间和爬坡速率等因素的扩展黑启动方案。考虑到黑启动过程中待恢复电厂中通常有多台机组的情况，提出了包括网络层和厂站层的机组分层协调恢复方法，实现系统中全部机组恢复序列的优化。在综合目标节点的恢复成功概率和路径恢复时间的基础上建立了新的分区判定函数，提出了计及节点恢复成功率的大电网黑启动分区恢复方案优化方法。