電網(wǎng)的彈性建模與評估.pdf

1、現(xiàn)代社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都依賴于基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，包括電力、供水、天然氣與石油、通信等。在這些系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)尤為重要，因?yàn)樵S多其它基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)都需要電力來保證它們的運(yùn)行與管理。然而，目前電網(wǎng)面臨自然災(zāi)害、元件老化、需求增加等因素的影響，增加了電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。對于影響電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)源，有些是不可控的，導(dǎo)致了電網(wǎng)事故的不可避免性。為了更好的保護(hù)電網(wǎng)，最近提出的彈性概念與研究方法可以用于電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)管理之中，彈性研究承認(rèn)了系統(tǒng)故障的不可避免性，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)抵制各

2、種危害、承受初始故障后果以及快速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)的能力?；趶椥缘母拍?，電網(wǎng)故障響應(yīng)可分為三個(gè)過程：故障前預(yù)防災(zāi)害過程、故障后的脆弱性過程和恢復(fù)過程。對這三個(gè)過程分別進(jìn)行建模，可得到系統(tǒng)危害源模型及元件故障概率模型，系統(tǒng)脆弱性模型以及系統(tǒng)恢復(fù)過程模型，綜合這些模型可以評估電網(wǎng)的彈性。本文將重點(diǎn)對電網(wǎng)彈性模型中的脆弱性模型與恢復(fù)過程模型進(jìn)行研究。
　　電網(wǎng)的脆弱性過程一般采用直流潮流模型（direct current power

3、flow model，DCPFM）進(jìn)行計(jì)算，但是該模型具有較高的計(jì)算復(fù)雜度。因此，本文試圖簡化脆弱性的計(jì)算過程，研究電網(wǎng)脆弱性的簡化模型，以產(chǎn)生與實(shí)際電網(wǎng)脆弱性近似或等價(jià)的結(jié)果?；诖?，本文挑選了文獻(xiàn)中廣泛運(yùn)用的兩類電網(wǎng)脆弱性模型：純拓?fù)淠Ｐ停╬urely topological model）和基于介數(shù)的虛擬流模型（betweenness based model），研究它們產(chǎn)生的脆弱性結(jié)果與 DCPFM結(jié)果的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在蓄意攻擊下

4、，采用拓?fù)渲笜?biāo)衡量時(shí)，兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型需要相同的條件產(chǎn)生與直流潮流模型相同的結(jié)果；在基于流的指標(biāo)衡量下，純拓?fù)淠Ｐ退钘l件則比基于介數(shù)的虛擬流模型的寬松。兩種指標(biāo)下，都需要攻擊強(qiáng)度至少達(dá)到0.147或電網(wǎng)邊容量系數(shù)大于1.76，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型才能產(chǎn)生與直流潮流模型相同的脆弱性結(jié)果。
　　對于電網(wǎng)的恢復(fù)過程模型，通常需要考慮修復(fù)資源與元件恢復(fù)次序兩個(gè)主要要素。然而，文獻(xiàn)中存在的研究大多沒有考慮恢復(fù)資源的時(shí)變特征，同時(shí)對于元件恢復(fù)次序的

5、問題通常是基于規(guī)則的建?；蚴腔谠迯?fù)時(shí)間均相同假設(shè)下的優(yōu)化。當(dāng)考慮恢復(fù)資源時(shí)變性以及元件修復(fù)時(shí)間差異性時(shí)，文獻(xiàn)中存在的方法不再適用?；诖耍疚奶岢隽嘶陔娋W(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的改進(jìn)遺傳算法，并研究了基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的元件修復(fù)策略，與基于直流潮流模型的元件修復(fù)策略（power supply optimized strategy PSOS）以及隨機(jī)修復(fù)策略進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)在資源有限的條件下，基于拓?fù)涞男迯?fù)策略修復(fù)效果雖比 PSOS策略差，卻

6、可以將隨機(jī)修復(fù)策略的效果提高39-46％。將基于拓?fù)涞男迯?fù)策略結(jié)果應(yīng)用于PSOS進(jìn)行優(yōu)化（改進(jìn)的PSOS），有效提高了PSOS的修復(fù)效果。
　　最后，建立電網(wǎng)隨機(jī)故障模型并描述針對電網(wǎng)故障響應(yīng)三個(gè)階段的優(yōu)化措施，包括故障預(yù)防階段降低元件故障概率，提高電網(wǎng)邊容量參數(shù)減小脆弱性階段級聯(lián)故障規(guī)模和對故障恢復(fù)階段應(yīng)用優(yōu)化的修復(fù)策略。以IEEE300電網(wǎng)為例，評估應(yīng)用不同優(yōu)化措施的電網(wǎng)案例在隨機(jī)故障下一年內(nèi)的平均彈性值，并分析這些策略的彈性