大停電后的機(jī)組恢復(fù)順序優(yōu)化研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為也變得日益復(fù)雜?？稍偕茉窗l(fā)電形式大量接入電網(wǎng)，其固有的波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性也給電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)更大的不確定性和更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。另外，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中要考慮環(huán)境因素和經(jīng)濟(jì)因素，這使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件更加接近其安全極限，極大地增加了電網(wǎng)運(yùn)行和維護(hù)的復(fù)雜性。當(dāng)系統(tǒng)的局部故障處理不當(dāng)時(shí)，極易造成事故影響范圍擴(kuò)大，甚至?xí)鹣到y(tǒng)發(fā)生大面積停電事故。
　　現(xiàn)代社

2、會(huì)對(duì)可靠電力供應(yīng)的要求越來(lái)越高，一旦發(fā)生大停電事故，將會(huì)引起巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。對(duì)停電后的系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程進(jìn)行研究，制定出合理可行的恢復(fù)方案，對(duì)于縮短系統(tǒng)停電時(shí)間，減小停電事故帶來(lái)的損失和影響具有十分重要的意義。在發(fā)生大停電事故后，電力系統(tǒng)恢復(fù)控制的最終目標(biāo)是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)對(duì)失電負(fù)荷的重新供電。機(jī)組恢復(fù)是進(jìn)行大規(guī)模負(fù)荷恢復(fù)的前提條件，也是整個(gè)恢復(fù)控制過(guò)程的基礎(chǔ)和重點(diǎn)。對(duì)停電后的機(jī)組恢復(fù)過(guò)程進(jìn)行研究，制定合理可行的機(jī)組啟動(dòng)

3、方案，可有效加快系統(tǒng)的恢復(fù)進(jìn)程，縮短系統(tǒng)停電時(shí)間，從而減小停電事故帶來(lái)的損失和影響。因此，對(duì)停電后的機(jī)組恢復(fù)順序優(yōu)化進(jìn)行研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　機(jī)組恢復(fù)優(yōu)化的目的是確定系統(tǒng)中無(wú)自啟動(dòng)能力機(jī)組的最優(yōu)啟動(dòng)順序和最優(yōu)恢復(fù)路徑，保證機(jī)組恢復(fù)安全和有序的進(jìn)行。機(jī)組恢復(fù)優(yōu)化與多種因素有關(guān)，是一個(gè)多階段、多約束、非線性的復(fù)雜組合優(yōu)化問(wèn)題。本文在已有成果的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)組恢復(fù)優(yōu)化進(jìn)行了深入的研究，提出利用多目標(biāo)優(yōu)化理論、偏好優(yōu)化

4、理論以及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論等，解決電力系統(tǒng)恢復(fù)控制中的機(jī)組啟動(dòng)順序優(yōu)化和機(jī)組恢復(fù)路徑優(yōu)化問(wèn)題，包括模型建立、算法求解、約束校驗(yàn)等多方面的內(nèi)容。論文的主要研究工作和取得的創(chuàng)新成果如下:
　　(1)在詳細(xì)分析了黑啟動(dòng)試驗(yàn)中變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生原因和帶來(lái)的影響的基礎(chǔ)上，提出了一種考慮勵(lì)磁涌流影響的黑啟動(dòng)階段待恢復(fù)機(jī)組快速優(yōu)選方法。在黑啟動(dòng)試驗(yàn)中，變壓器勵(lì)磁涌流中含有的高次諧波導(dǎo)致黑啟動(dòng)機(jī)組機(jī)端電壓發(fā)生畸變，且影響到采用自勵(lì)磁的黑啟動(dòng)機(jī)組的勵(lì)磁

5、系統(tǒng)的正常運(yùn)行，最終引起黑啟動(dòng)機(jī)組跳閘。本文對(duì)黑啟動(dòng)階段勵(lì)磁涌流的成因和影響進(jìn)行了深入的分析，提出一個(gè)變壓器權(quán)重來(lái)表征黑啟動(dòng)階段勵(lì)磁涌流影響的嚴(yán)重程度;對(duì)線路空載充電過(guò)程進(jìn)行了分析研究，提出了一個(gè)線路權(quán)重來(lái)表征線路空載充電時(shí)的過(guò)電壓水平和黑啟動(dòng)機(jī)組帶空載線路運(yùn)行時(shí)引發(fā)自勵(lì)磁的可能性大小;同時(shí)還提出了一個(gè)機(jī)組輔機(jī)權(quán)重來(lái)反映機(jī)組輔機(jī)啟動(dòng)時(shí)引起的暫態(tài)電壓跌落和頻率跌落的程度。在此基礎(chǔ)上，本文定義了一個(gè)黑啟動(dòng)階段機(jī)組恢復(fù)成功率指標(biāo)，用于評(píng)估不同

6、機(jī)組作為首臺(tái)機(jī)組，經(jīng)由不同路徑進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)成功恢復(fù)的難易程度。建立了以機(jī)組恢復(fù)成功率最高為目標(biāo)的優(yōu)化模型，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中的待恢復(fù)機(jī)組和恢復(fù)路徑進(jìn)行預(yù)選以提高求解速度。以山東電網(wǎng)為例進(jìn)行了仿真計(jì)算，仿真結(jié)果表明所提方法可在較短時(shí)間內(nèi)選擇出最優(yōu)的待恢復(fù)機(jī)組和對(duì)應(yīng)的恢復(fù)路徑，不同方案校驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比進(jìn)一步表明了所提機(jī)組恢復(fù)成功率指標(biāo)的有效性。
　　(2)為了協(xié)調(diào)解決網(wǎng)架重構(gòu)階段機(jī)組恢復(fù)順序優(yōu)化和機(jī)組恢復(fù)路徑優(yōu)化相互影響的問(wèn)題，在優(yōu)化過(guò)程中將兩

7、者同時(shí)進(jìn)行考慮，并計(jì)及了優(yōu)化目標(biāo)重要性的差異，提出了一種機(jī)組恢復(fù)偏好多目標(biāo)優(yōu)化模型和求解方法。模型中考慮三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所有待恢復(fù)機(jī)組在恢復(fù)過(guò)程中提供的發(fā)電量最大，恢復(fù)路徑中線路成功投運(yùn)的概率最高以及恢復(fù)路徑中節(jié)點(diǎn)的平均重要度最高。電力系統(tǒng)恢復(fù)的最終目的是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)對(duì)負(fù)荷的重新供電，優(yōu)化目標(biāo)1與系統(tǒng)恢復(fù)的最終目的相一致，故其重要性高于其余兩個(gè)目標(biāo)，是機(jī)組恢復(fù)優(yōu)化模型中的偏好目標(biāo)。本章采用偏好先驗(yàn)的方法，首先將機(jī)組恢復(fù)優(yōu)化模型中

8、的偏好信息表達(dá)為一個(gè)參考點(diǎn)，并引入一種基于Pareto支配和參考點(diǎn)法的新的支配關(guān)系，即r-dominance關(guān)系。然后采用集成了r-dominance關(guān)系的r-NSGA-Ⅱ算法，根據(jù)參考點(diǎn)在解空間中搜索偏好優(yōu)化模型的最優(yōu)解。最后采用一種層次分析法與順序結(jié)構(gòu)評(píng)估法相結(jié)合的決策方法對(duì)獲得的多個(gè)偏好Pareto最優(yōu)解進(jìn)行評(píng)估，并選擇出最終的恢復(fù)方案。山東電網(wǎng)實(shí)際系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，所提機(jī)組恢復(fù)多目標(biāo)優(yōu)化模型能夠充分考慮機(jī)組恢復(fù)路徑對(duì)機(jī)組啟動(dòng)順序

9、優(yōu)化的影響，可同時(shí)獲得多個(gè)Pareto最優(yōu)的機(jī)組啟動(dòng)順序和對(duì)應(yīng)的機(jī)組恢復(fù)路徑;所采用的基于偏好優(yōu)化理論的r-NSGA-Ⅱ算法能夠有效處理偏好優(yōu)化模型中的偏好信息，從整個(gè)Pareto最優(yōu)解集中選擇出符合求解偏好的最優(yōu)解，且能夠方便控制獲得的最優(yōu)解集的規(guī)模。
　　(3)恢復(fù)過(guò)程中，不同系統(tǒng)狀態(tài)下機(jī)組恢復(fù)的優(yōu)化目標(biāo)有所不同。為了獲得能夠滿足實(shí)際恢復(fù)需求的機(jī)組恢復(fù)方案和減少機(jī)組恢復(fù)優(yōu)化所需的時(shí)間，提出一種兩階段機(jī)組恢復(fù)優(yōu)化方法。在恢復(fù)初期

10、，系統(tǒng)相對(duì)較弱，在第一階段中，以安全恢復(fù)為優(yōu)化目標(biāo)，選擇恢復(fù)成功率最高的機(jī)組作為首臺(tái)待啟動(dòng)機(jī)組。第二階段中，以快速恢復(fù)為主要目標(biāo)，并兼顧考慮了恢復(fù)路徑中線路的可靠性和站點(diǎn)的重要性，建立了一種偏好多目標(biāo)優(yōu)化模型?；谧冟徲蛩阉魉惴ǖ乃枷?，提出一種通過(guò)設(shè)置求解域的方法來(lái)松弛模型中優(yōu)化目標(biāo)的偏好約束。然后使用一種混合智能算法，即差分進(jìn)化-分布估計(jì)算法在求解域中搜索機(jī)組恢復(fù)多目標(biāo)優(yōu)化模型的Pareto最優(yōu)解。IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和山東電網(wǎng)實(shí)際系