電力系統(tǒng)恢復(fù)決策與優(yōu)化策略研究

內(nèi)蒙古電力集團(tuán)有限責(zé)任公司呼和浩特供電局 王元祿

進(jìn)入21世紀(jì)以來，社會(huì)發(fā)展對于電力系統(tǒng)的依賴程度逐漸加大，并且對于電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量等等的要求也逐漸加大。現(xiàn)如今，大規(guī)模互聯(lián)的電力系統(tǒng)是主要的供電方式，這種供電方式雖然存在一定的優(yōu)勢，但是在很多方面都面臨著挑戰(zhàn)，比如說是電力調(diào)度，系統(tǒng)操作方面等等，在穩(wěn)定性方面存在一定的問題。所以對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的研究是十分有必要的。

一、電力系統(tǒng)恢復(fù)概述

（一）電力系統(tǒng)恢復(fù)的任務(wù)

電力系統(tǒng)，其起的重要功能是將電源與用電戶連接起來，也就是電力系統(tǒng)恢復(fù)的內(nèi)涵就是在發(fā)生大面積停電事故的時(shí)候，要在最短的時(shí)間內(nèi)將電源與用電戶聯(lián)系起來，以此來保證用電戶用電的質(zhì)量以及穩(wěn)定性。優(yōu)化策略主要是縮短恢復(fù)時(shí)間，保證電力系統(tǒng)恢復(fù)過程的穩(wěn)定性以及安全性。

電力系統(tǒng)恢復(fù)的目標(biāo)不是單一，其有很多內(nèi)涵：比如說最大化非黑啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組恢復(fù)速度，最大化重要性高的電力負(fù)荷恢復(fù)速度，最優(yōu)化電力系統(tǒng)恢復(fù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等等。在進(jìn)行電力系統(tǒng)恢復(fù)目標(biāo)的設(shè)定的時(shí)候，要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行設(shè)定，可以選擇合適的電力系統(tǒng)恢復(fù)目標(biāo)，或者是綜合多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行考慮和優(yōu)化。

（二）電力系統(tǒng)恢復(fù)過程的劃分

電力系統(tǒng)的恢復(fù)過程主要包括以下幾個(gè)部分：

1.黑啟動(dòng)過程

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生問題時(shí)候，提供電能的電源與電網(wǎng)斷開，整個(gè)電源失去供電能力。當(dāng)停電事故恢復(fù)的時(shí)候，首先需要做的就是要進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的重啟恢復(fù)。在這個(gè)時(shí)刻，整個(gè)電力系統(tǒng)之內(nèi)只有很少一部分的機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)自啟動(dòng)，這很少的一部分機(jī)組被稱為黑啟動(dòng)機(jī)組。這些機(jī)組啟動(dòng)之后就可以實(shí)現(xiàn)部分正常供電，恢復(fù)一部分線路，這樣就能夠?qū)Σ痪邆渥詥?dòng)能力的發(fā)電機(jī)組和其輔機(jī)進(jìn)行供電，這樣就可以幫助非黑啟動(dòng)機(jī)組成功啟動(dòng)，并且恢復(fù)供電能力。這個(gè)過程是電力系統(tǒng)恢復(fù)過程的第一個(gè)階段，這個(gè)過程就是黑啟動(dòng)過程。

在整個(gè)黑啟動(dòng)的過程中，影響這個(gè)過程的因素主要包括整個(gè)供電機(jī)組的供電特性，連接黑啟動(dòng)和非黑啟動(dòng)機(jī)組的啟動(dòng)路徑以及非黑啟動(dòng)機(jī)組的啟動(dòng)特性等等。在我國，黑啟動(dòng)的供電機(jī)組主要包括水力發(fā)電機(jī)，抽水蓄能機(jī)組等等，非黑啟動(dòng)機(jī)組一般是燃煤發(fā)電機(jī)，這些機(jī)組由于其受到一些因素的影響不具備黑啟動(dòng)的能力。

整個(gè)黑啟動(dòng)過程完成的標(biāo)志就是黑啟動(dòng)機(jī)組恢復(fù)或全部的非黑啟動(dòng)機(jī)組，并且非黑啟動(dòng)機(jī)組能夠全部正常的恢復(fù)供電能力。根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)的啟動(dòng)過程的時(shí)間長度是不定的，快則十分鐘左右，滿則需要幾個(gè)小時(shí)。

2.網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程

當(dāng)黑啟動(dòng)的過程完成之后，就需要進(jìn)行電力輸送通道的構(gòu)建，通道的構(gòu)建主要作為非黑啟動(dòng)機(jī)組的啟動(dòng)路徑。當(dāng)非黑啟動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)之后，并且恢復(fù)供電能力之后，就需要盡快的進(jìn)行恢復(fù)停電的重要變電站以及重要的線路，這樣就恢復(fù)一部分電廠以及線路，可以給一些重要的用電企業(yè)，用電設(shè)備恢復(fù)供電。在整個(gè)過程中，電力系統(tǒng)其的主要作用就是進(jìn)行調(diào)度，對合理的利用開關(guān)對一部分可恢復(fù)的線路以及變電站進(jìn)行恢復(fù)。

影響網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程的因素主要包括以下幾個(gè)部分：其一就是電力線路的參數(shù)，非黑啟動(dòng)機(jī)組的啟動(dòng)特性，變電站以及負(fù)荷的分布情況等等。在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的過程中，整個(gè)電力系統(tǒng)所處的狀態(tài)為空載或者是低載狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程的目的就是為了恢復(fù)更多的供電線路以及變電站的工作，在恢復(fù)的過程中，尤其需要注意過壓的問題以及系統(tǒng)無功功率平衡的問題。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程結(jié)束的標(biāo)志位：一些重要的，在整個(gè)供電中起主要作用的線路，變電站，負(fù)荷等等恢復(fù)正常。

3.負(fù)荷恢復(fù)過程

當(dāng)電力系統(tǒng)的供電機(jī)組，供電線路，變電站恢復(fù)正常之后，電力系統(tǒng)恢復(fù)的重點(diǎn)就是將從非黑啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組的恢復(fù)和線路的恢復(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿娴?，更加快速的恢復(fù)停電的電力負(fù)荷。在負(fù)荷恢復(fù)之前，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架是不穩(wěn)定的，并且發(fā)電情況是不全面的，調(diào)度系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行情況適當(dāng)?shù)慕档拓?fù)荷的恢復(fù)。

影響負(fù)荷恢復(fù)過程的因素主要包括以下幾點(diǎn)：整體發(fā)電機(jī)組的爬坡特性以及調(diào)頻特性，負(fù)荷啟動(dòng)恢復(fù)特性等等。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)之后，雖然一些重要的機(jī)組，線路，變電站恢復(fù)正常工作，但是發(fā)電機(jī)組由于自身特性的限制，造成負(fù)荷恢復(fù)受到了供電機(jī)組的制約。在進(jìn)行負(fù)荷恢復(fù)的過程中時(shí)，要格外注意系統(tǒng)的頻率以及電壓需要保持在合理的范圍之外。

負(fù)荷恢復(fù)過程結(jié)束的標(biāo)志就系統(tǒng)內(nèi)全部停電負(fù)荷或大多數(shù)停電負(fù)荷的供電基本都已經(jīng)恢復(fù)。負(fù)荷恢復(fù)過程所花費(fèi)的時(shí)間與前面兩個(gè)過程相比是比較長的，一般都需要幾個(gè)小時(shí)左右。

根據(jù)對三個(gè)過程的分析，我們可以知道，對不同的階段所需要注意的事項(xiàng)不同，電力恢復(fù)的情況不同，所以在研究優(yōu)化策略的時(shí)候，可以根據(jù)不同階段的特性來進(jìn)行優(yōu)化，這樣達(dá)到的效果會(huì)更好。

二、電力系統(tǒng)優(yōu)化策略研究

根據(jù)上文分析，我們知道電力恢復(fù)的三個(gè)過程其的時(shí)間尺度以及長時(shí)間跨度是非常多的，恢復(fù)的過程是比較繁雜的。所以研究其的優(yōu)化策略具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。針對電力系統(tǒng)恢復(fù)的三個(gè)階段，分別提出各個(gè)階段的優(yōu)化策略研究：

（一）黑啟動(dòng)的決策問題

黑啟動(dòng)是否能夠很好的完成，其的影響因素主要是黑啟動(dòng)方案的確定，怎樣為非黑啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行電能的提供。在對黑啟動(dòng)過程研究的時(shí)候，其方案確定的核心就是確定用那幾臺黑啟動(dòng)機(jī)組對非黑啟動(dòng)機(jī)組進(jìn)行供電。所以在進(jìn)行黑啟動(dòng)的研究的時(shí)候，主要是研究當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障停電之后，選擇最優(yōu)的黑啟動(dòng)方案，為網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中的調(diào)度機(jī)構(gòu)的運(yùn)行提供支持以及決策的輔助。

在對幾個(gè)黑啟動(dòng)方案進(jìn)行決策的時(shí)候，往往采取基于數(shù)據(jù)分析的理論來對方案進(jìn)行評估，這種方法利用的模型是C2R模型。如果要更好的進(jìn)行方案的評估，在進(jìn)行C2R模型評估之后，同時(shí)需要層次分析法來對其進(jìn)行分析，利用這兩種方式能夠更好的進(jìn)行黑啟動(dòng)方案主觀，客觀因素的評價(jià)。除了這種方法之外，還可以根據(jù)恢復(fù)目標(biāo)，恢復(fù)指標(biāo)來進(jìn)行選擇，這種方法就是VAGUE方法，對黑啟動(dòng)方案的比較方法還是很多的，根據(jù)是實(shí)際需求選擇合適的方案是非常有必要的，合適的黑啟動(dòng)方案不僅僅能夠提黑啟動(dòng)過程的質(zhì)量，還能夠提高啟動(dòng)速率，使整個(gè)電力系統(tǒng)更好，更快的恢復(fù)正常。

（二）網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化策略

當(dāng)黑啟動(dòng)完成之后，電力系統(tǒng)中一部分發(fā)電機(jī)組已經(jīng)具備了供電能力，一小部分的電網(wǎng)線路，變電站也恢復(fù)了正常的工作。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化的過程中，核心的問題就是要建立合理，科學(xué)的主網(wǎng)的網(wǎng)架機(jī)結(jié)構(gòu)，在很短的時(shí)間內(nèi)，高質(zhì)量的進(jìn)行發(fā)電站，重要負(fù)荷的恢復(fù)。所以，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化策略的研究過程中，主要側(cè)重于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并且并行恢復(fù)子系統(tǒng)的劃分以及同步。

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的優(yōu)化的時(shí)候，可以采取科學(xué)的，符合實(shí)際需求的方法來進(jìn)行。比如說可以對電力網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的重度進(jìn)行評估，通過定義評價(jià)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程效果的指標(biāo)愛進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化的指導(dǎo)。除此之外還可以通過蟻群算法來建立電力系統(tǒng)的優(yōu)化模型，也就是通過蟻群網(wǎng)絡(luò)搜索最優(yōu)的恢復(fù)路徑以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。還有就是根據(jù)后悔思想來進(jìn)行優(yōu)化策略的研究，這種方法的核心就是利用電力網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的拓?fù)湫裕瑏韺φ麄€(gè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行評估以此來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的優(yōu)化。在進(jìn)行優(yōu)化方法的選擇的時(shí)候，一般都是根據(jù)實(shí)際需求，經(jīng)濟(jì)情況，停電事故的嚴(yán)重性等等來進(jìn)行選擇。

（三）負(fù)荷恢復(fù)優(yōu)化問題

負(fù)荷恢復(fù)過程是電力系統(tǒng)恢復(fù)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是耗時(shí)最長的一個(gè)環(huán)節(jié)。在進(jìn)行負(fù)荷恢復(fù)之前，整個(gè)系統(tǒng)重要的發(fā)電機(jī)組，輸電線路以及基本恢復(fù)正常。其主要的目的就是對停電的負(fù)荷進(jìn)行全面的恢復(fù)。所以在這個(gè)過程中，核心的問題就是如何保證已經(jīng)恢復(fù)的系統(tǒng)的有功功率平衡以及頻率的穩(wěn)定等等，在此基礎(chǔ)上更多，更快，更好的恢復(fù)停電負(fù)荷。

在優(yōu)化問題的研究時(shí)，可以采用不同的科學(xué)的方法來進(jìn)行：比如說可以利用粒子群優(yōu)化算法來進(jìn)行模型的構(gòu)建以及優(yōu)化，這個(gè)過程需要考慮負(fù)荷的冷啟動(dòng)特性；還有可以利用連續(xù)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真的方法，對負(fù)荷恢復(fù)過程的暫態(tài)過程進(jìn)行簡化仿真，并且建立相關(guān)的模型來進(jìn)行符合恢復(fù)問題的優(yōu)化，優(yōu)化問題研究的方法還有很多，在具體使用的時(shí)候需要根據(jù)實(shí)際的需求來進(jìn)行。

三、小結(jié)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，電力系統(tǒng)在人們的生產(chǎn)生活，社會(huì)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中占據(jù)了重要的地位。但是，大規(guī)模的供電系統(tǒng)也不能保證停電事故的不發(fā)生，當(dāng)停電事故發(fā)生的時(shí)候，如何更好更快的進(jìn)行電力的恢復(fù)成為了人們所關(guān)注的焦點(diǎn)，所以對電力系統(tǒng)恢復(fù)的研究成為了必要工作。本文主要對電力系統(tǒng)三個(gè)階段進(jìn)行恢復(fù)決策與優(yōu)化策略的簡要介紹，希望讀者對其有一定的了解。

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