电力系统恢复决策与优化策略研究王晓娟

电力系统恢复决策与优化策略研究王晓娟

王晓娟彭亚涛郭旭

（许继电气股份有限公司河南许昌市461000）

摘要：现代电力系统的规模日趋庞大，在电源互补、稳定性和供电可靠性方面具有明显的优势。虽然电力系统发生大面积停电事故的概率非常小，但往往会造成巨大的经济损失和社会影响。因此，对电力系统停电事故后的恢复问题进行全面、深入和系统性的研究，加快停电事故后电力设备的恢复和用户供电的恢复速度，具有十分重要的指导意义。在此背景下，本文对电力系统恢复决策与优化策略进行了一定的研究。

关键词：电力系统；恢复；决策；优化；策略；研究

大停电后的电力系统恢复可分为黑启动、网络重构和负荷恢复三个阶段。网络重构阶段的主要任务是尽快为失电组送电，并逐步建立起一个稳定的网架结构，为下一阶段全面恢复负荷打下坚实的基础；网络重构阶段的系统恢复策略总体上可分为两类：串行恢复和并行恢复。串行恢复策略在大多数发电机，并网前接力恢复各厂站；并行恢复策略将系统分成几个子系统先各自独立恢复，待各子系统恢复完成后再通过并网来实现整个系统的恢复。因此，合理的分区策略可有效降低系统恢复问题的复杂度，从而加快系统恢复进程。

1、停电事故后的并行恢复策路

1.1、局部电力系统恢复策略

与全系统大停电事故相比，局部电力系统停电事故发生的更为频繁。考虑到局部电力系统恢复的特点，首先根据局部停电区域的网络拓朴生成恢复路径集，之后对线路过电压和不必要的恢复路径进行判断和筛选，最后在考虑系统非停电区域的传输能力约束和停电区域内部的负荷特性基础上，对局部停电区域恢复的子系统进行划分并对恢复路径进行优化，最终建立了相应的局部电力系统恢复的优化模型。与现有方法一般需要对线路和节点赋予权重不同，所提出的快复策略基于客观信息，因而可以得到更为合理的优化结果。局部电力系统恢复问题主要有以下特点：

（1）外部系统提供恢复初期电力和电能：外部正常运行的电力系统可为停

电区域提供恢复初期所需的启动电力和电能，而不必通过停电区域内部的黑启动机组进行黑启动。

（2）并行恢复方式：在对局部停电区域恢复供电时，因保护动作而切断的连接线路会率先投入，为局部停电区域提供恢复初期所需的电力与电能，此过程可以并行实现。

（3）恢复速度较快：由于外部正常运行系统可为停电区域提供恢复初期所需的调频与备用容量，并且可以采用并行恢复以加速停电区域网架恢复速度，因此与全系统停电后的恢复相比，局部电力系统恢复速度更快。

（4）负荷恢复更加重要：由于全系统停电后的恢复速度较慢，且需要适当考虑恢复子系统的稳定性，因此在全系统停电恢复过程初期，负荷恢复仅起到协助维持系统稳定的辅助作用；而局部电力系统恢复速度较快，且外部系统会协助维持系统有功功率平衡，因此局部电力系统恢复初期即可恢复较多负荷。

现有的针对全系统停电后的恢复策略主要关注停运发电机组的启动速度，对系统恢复初期负荷的协调恢复不太关注。考虑到局部电力系统恢复的特点，在确保停运发电机组恢复速度最快的前提下，重要负荷停电时间应尽可能缩短，以减少停电损失。

2、大电网停电事故后的并行恢复策略

由于缺乏实时的系统数据和系统恢复本身的复杂性，电力系统恢复通常需要花费相当长的时间。一般来说，在系统恢复初期，将大面积停电区域根据黑启动机组的分布和特性划分成若干恢复子系统，通过并行恢复可以加速电力系统的恢复速度。在系统内存在多个黑启动机组时，电力系统恢复的速度将由恢复子系统的划分、非黑启动机组的恢复序列以及各恢复子系统内的功率平衡情况决定的。其中，非黑启动机组的启动功率和爬坡特性、重要负荷的冷负荷启动特性等都是需要在制定恢复策略时着重考虑的因素。现有的研究大多侧重于建立合理的恢复网架，而并没有重视对非黑启动发电机组爬坡载荷和恢复子系统的功率平衡与协调。

大电网停电事故后，并不依赖外部系统为其供电，而通过停电系统内部的黑启动机组自启动而完成。因此，并行恢复模型中考虑了黑启动机组的参数以及停电事故后黑启动机组自启动所需的时间。所提出的并行恢复模型与其他电力系统并行恢复模型相比，强调重要负荷的恢复对发电机组启动、爬坡和带载的贡献，在尽早为重要的电力负荷恢复供电的同时对整体系统恢复的进程起到了一定的加速作用。

3、含分布式电源的配电系统停电事故恢复策略

随着智能电网的发展，在配电系统引入分布式电源、储能系统、电动汽车、可控负荷等分布式能源，从而向用户提供可靠和优质的电能以外，在系统发生停电事故后，分布式能源的存在使得配电系统能够以微网的形式孤岛运行，并依靠自身供电能力为部分停电负荷恢复供电。分布式电源和储能系统的并网运行对配电系统恢复的影响，以恢复供电负荷功率最大为目标，并利用改进贪婪算法求解配电系统恢复模型，实现配电系统网络重构及孤岛划分。含分布式电源的配电系统恢复的多代理方法，可以根据不同故障类型对配电系统的供电恢复策略进行优化。需要指出，如果配电系统中存在风电机组、光伏电源、电动汽车等具有间歇性或随机性的分布式能源，其优化调度的复杂性会增加。特别是在发生停电事故、制定配电系统恢复方案时必须考虑分布式能源的波动性和分布式能源之间的协调特性，保证所恢复的孤岛负荷可以获得持续、稳定的电力供应。

4、电力系统恢复过程中的负荷恢复决策

电力系统恢复的最终目标是尽快的恢复停电的电力负荷，减少停电事故带来的损失。虽然电力系统恢复过程通常被划分为黑启动、网络重构和负荷恢复三个阶段，实际上负荷恢复过程贯穿整个系统恢复的过程。在黑启动和网络重构时，需要投入适量的负荷，维持发电机组爬坡和系统功率平衡，并且适量的电力负荷有助于缓解线路低载引起的过电压问题。当停电系统的发电机组逐渐启动，网架结构稳定后，快速的恢复电力负荷将是系统调度机构的重点。可以看出，在系统恢复初期发电功率匮乏时，电力负荷作为平衡系统功率的辅助手段，有选择的性的被恢复；而在系统恢复后期发电功率充足时，停电的电力负荷将大规模的并入电网。现有的研究通常侧重考虑电力系统恢复初期的黑启动和网络重构策略，并通过引入重要负荷的恢复作为辅助手段。

结束语

总而言之，在实际停电事故后，根据采集的故障和停电信息，利用辅助决策系统配合电力系统调度机构对恢复方案进行优选，并在实时恢复过程中根据实测信息对系统恢复方案进行动态优化。通过建立电力系统恢复全过程的恢复方案规划和实时辅助决策模型，可以针对不同的故障情况快速选取合适的恢复方案，并根据实际数据对恢复方案进行调整，提高电网应对停电事故的能力。

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