电力系统恢复辅助决策方法研究与系统开发

【摘要】： 随着电网互联和远距离交直流输电技术的发展,大容量机组、超(特)高压设备、电力电子装置以及分布式发电技术等在电力系统中的大量引入,系统规模日益扩大,动态行为愈加复杂,由局部故障引发电力灾难的风险大大增加。2003年下半年至今,在北美和加拿大、英国伦敦、瑞典和丹麦、意大利、希腊、科威特、俄罗斯首都莫斯科、西欧8国以及巴西等国家和地区都先后发生过大停电事故。我国近20年来在各大电网发生的停电事故也有100余起。国内外电力系统的运行实际充分说明,新设备和新技术固然能为系统的安全稳定运行提供有力保障,但无法从根本上避免大停电事故的发生。由于现代社会对电力供应的依存度越来越高,大停电事故造成的后果日趋严重,一旦发生停电事故,必须采取措施安全和快速地恢复系统供电。 由于大停电事故发生的概率极小,调度员缺乏实战经验。事故发生后,为使其在时间紧、任务重和压力大的情况下,能够给出正确的恢复决策,保证系统的安全快速恢复,调度部门迫切需要切实可行的电力系统恢复优化决策方法,以及能为调度员提供辅助决策和恢复培训的软件系统。因此,应当分析系统恢复问题的特点,完善系统恢复策略,研究能够综合协调系统安全和恢复速度的系统恢复优化决策方法,以解决现有方法在处理大规模电力系统恢复问题时灵活性和综合协调能力方面的不足；设计开发具有统一数据平台,且可与EMS／DTS系统接口的电力系统恢复辅助决策与培训仿真系统,以弥补现有电力系统恢复辅助决策系统在数据一致性、仿真分析工具的完备性、图形和数据维护工作量大等方面的不足,拓展DTS系统在电力系统恢复培训方面的理论和功能。上述工作的开展对于丰富电力系统的恢复控制理论,完善电力系统的应急指挥系统,提高电力系统应对停电事故的能力和减少停电损失都具有重要的理论意义和应用价值。在广泛阅读电力系统恢复与辅助决策方面相关文献的基础上,论文针对以上几个方面开展了深入的研究,主要研究工作和创新成果如下： 1)针对电力部门对电力系统恢复辅助决策支持系统的实际需求,提出了基于数据仓库的输电网架恢复群体智能决策支持系统框架。该系统包括综合数据平台、智能控制子系统和决策支持子系统,采用三段式输电网架恢复策略和多属性效用理论综合考虑各属性评价值并做出最终恢复决策；可以综合考虑网架恢复过程中的暂态过电压、工频过电压、自励磁、负荷恢复引起的频率波动、机组／负荷特性及其重要程度、恢复时间、线路可用传输容量、设备故障概率等约束条件和影响因素。该系统的综合数据平台能够解决恢复过程中各安全校验和分析评估算法所需数据和模型不一致的问题。采用的分布式计算技术将各计算任务交给不同的计算机节点处理,能够加快网架恢复方案的生成速度。智能控制子系统和决策支持子系统能够保障网架恢复过程的安全性与快速性。该系统既可用于制定网架恢复方案和调度员培训,以便应对停电事故后的系统恢复,又可在实际恢复过程中为省级或地区级调度部门的决策者提供在线支持。 2)针对网架恢复的优化决策问题,结合分层分区的输电网架恢复策略及各分区内网架恢复方案的制定流程,提出了基于多属性决策理论的输电网架恢复决策方法。该方法在决策前进行方案筛选,减少了计算量；利用几何平均法对多个决策者的方案评价值进行聚合,使其支持群体决策；结合最小加权法和信息熵算法,使选取的组合权重能够综合考虑决策者的主观意志和属性评价值的客观信息；利用欧氏距离和非线性规划,对方案排序结果进行了敏感性分析,给出了最优方案的绝对敏感指数及确定权重时需重点关注的属性。该方法可用于系统恢复的在线优化决策,它能够综合协调系统安全和恢复速度,给出每一恢复步骤的优化决策,提高恢复决策的可行性和灵活性。山东电网的仿真结果表明了本文方法的有效性。 3)针对黑启动方案的自动生成、校验和评估问题,以及对调度员进行黑启动培训的应用需求,提出了在DTS系统中扩展黑启动方案制定与培训仿真子系统的设计方案,以及黑启动操作方案的生成算法,完成了与该子系统相关的开发工作,实现了黑启动方案制定与培训仿真子系统与DTS系统的跨平台集成。该子系统可与DTS系统共享数据库、图形库、人机交互界面,以及通讯平台等功能模块,避免了独立型黑启动辅助决策支持系统庞大的数据和图形维护工作量。扩展后的DTS系统可根据停电后的电网运行状态自动生成黑启动操作方案,并对其进行校验、调整和评估,克服了黑启动预案更新速度慢和灵活性差的缺点；可利用黑启动方案或教案对调度员进行黑启动培训,提高其应对停电事故的能力；可对工频过电压、暂态过电压、自励磁、大型辅机启动引起的电压和频率波动进行仿真,可根据黑启动方案自动验证黑启动过程中保护定值和安全自动装置的设置是否合适,保证黑启动方案的可行性。山东电网的仿真结果表明该系统具有较好的应用前景。 4)针对抽水蓄能电站提供黑启动服务时的最优预留水量问题,建立了能够综合考虑黑启动效益、静态效益和边际运行位置约束的抽水蓄能电站黑启动最优预留水量计算模型；提出了抽水蓄能电站的黑启动效益、静态效益、黑启动所需水量以及边际运行位置的计算方法。利用山东电网的黑启动现场试验数据,计算获取了泰安抽水蓄能电站#1机组在超低负荷工况下的发电效率,并以试验数据为基础计算了泰安抽水蓄能电站提供黑启动服务时的黑启动效益、静态效益和黑启动耗水量,分析了影响黑启动效益、静态效益和黑启动耗水量的主要参数,可为泰安抽水蓄能电站的运行调度提供参考。该方法将黑启动服务引入抽水蓄能电站的运行调度,完善了抽水蓄能电站的运行调度模型。该方法也可应用于其他以抽水蓄能电站作为黑启动电源的系统。