电力系统恢复决策与优化策略研究

内蒙古电力集团有限责任公司呼和浩特供电局 王元禄

进入21世纪以来，社会发展对于电力系统的依赖程度逐渐加大，并且对于电力系统的供电质量等等的要求也逐渐加大。现如今，大规模互联的电力系统是主要的供电方式，这种供电方式虽然存在一定的优势，但是在很多方面都面临着挑战，比如说是电力调度，系统操作方面等等，在稳定性方面存在一定的问题。所以对电力系统稳定性方面的研究是十分有必要的。

一、电力系统恢复概述

（一）电力系统恢复的任务

电力系统，其起的重要功能是将电源与用电户连接起来，也就是电力系统恢复的内涵就是在发生大面积停电事故的时候，要在最短的时间内将电源与用电户联系起来，以此来保证用电户用电的质量以及稳定性。优化策略主要是缩短恢复时间，保证电力系统恢复过程的稳定性以及安全性。

电力系统恢复的目标不是单一，其有很多内涵：比如说最大化非黑启动发电机组恢复速度，最大化重要性高的电力负荷恢复速度，最优化电力系统恢复网架结构等等。在进行电力系统恢复目标的设定的时候，要根据实际情况来进行设定，可以选择合适的电力系统恢复目标，或者是综合多个目标进行考虑和优化。

（二）电力系统恢复过程的划分

电力系统的恢复过程主要包括以下几个部分：

1.黑启动过程

当电力系统发生问题时候，提供电能的电源与电网断开，整个电源失去供电能力。当停电事故恢复的时候，首先需要做的就是要进行发电机组的重启恢复。在这个时刻，整个电力系统之内只有很少一部分的机组能够实现自启动，这很少的一部分机组被称为黑启动机组。这些机组启动之后就可以实现部分正常供电，恢复一部分线路，这样就能够对不具备自启动能力的发电机组和其辅机进行供电，这样就可以帮助非黑启动机组成功启动，并且恢复供电能力。这个过程是电力系统恢复过程的第一个阶段，这个过程就是黑启动过程。

在整个黑启动的过程中，影响这个过程的因素主要包括整个供电机组的供电特性，连接黑启动和非黑启动机组的启动路径以及非黑启动机组的启动特性等等。在我国，黑启动的供电机组主要包括水力发电机，抽水蓄能机组等等，非黑启动机组一般是燃煤发电机，这些机组由于其受到一些因素的影响不具备黑启动的能力。

整个黑启动过程完成的标志就是黑启动机组恢复或全部的非黑启动机组，并且非黑启动机组能够全部正常的恢复供电能力。根据有关的数据显示，整个的启动过程的时间长度是不定的，快则十分钟左右，满则需要几个小时。

2.网络重构过程

当黑启动的过程完成之后，就需要进行电力输送通道的构建，通道的构建主要作为非黑启动机组的启动路径。当非黑启动机组启动之后，并且恢复供电能力之后，就需要尽快的进行恢复停电的重要变电站以及重要的线路，这样就恢复一部分电厂以及线路，可以给一些重要的用电企业，用电设备恢复供电。在整个过程中，电力系统其的主要作用就是进行调度，对合理的利用开关对一部分可恢复的线路以及变电站进行恢复。

影响网络重构过程的因素主要包括以下几个部分：其一就是电力线路的参数，非黑启动机组的启动特性，变电站以及负荷的分布情况等等。在网络重构的过程中，整个电力系统所处的状态为空载或者是低载状态。网络重构过程的目的就是为了恢复更多的供电线路以及变电站的工作，在恢复的过程中，尤其需要注意过压的问题以及系统无功功率平衡的问题。

整个网络重构过程结束的标志位：一些重要的，在整个供电中起主要作用的线路，变电站，负荷等等恢复正常。

3.负荷恢复过程

当电力系统的供电机组，供电线路，变电站恢复正常之后，电力系统恢复的重点就是将从非黑启动发电机组的恢复和线路的恢复转变为全面的 ，更加快速的恢复停电的电力负荷。在负荷恢复之前，电力系统的网络构架是不稳定的，并且发电情况是不全面的，调度系统会根据实际系统的运行情况适当的降低负荷的恢复。

影响负荷恢复过程的因素主要包括以下几点：整体发电机组的爬坡特性以及调频特性，负荷启动恢复特性等等。在进行网络重构之后，虽然一些重要的机组，线路，变电站恢复正常工作，但是发电机组由于自身特性的限制，造成负荷恢复受到了供电机组的制约。在进行负荷恢复的过程中时，要格外注意系统的频率以及电压需要保持在合理的范围之外。

负荷恢复过程结束的标志就系统内全部停电负荷或大多数停电负荷的供电基本都已经恢复。负荷恢复过程所花费的时间与前面两个过程相比是比较长的，一般都需要几个小时左右。

根据对三个过程的分析，我们可以知道，对不同的阶段所需要注意的事项不同，电力恢复的情况不同，所以在研究优化策略的时候，可以根据不同阶段的特性来进行优化，这样达到的效果会更好。

二、电力系统优化策略研究

根据上文分析，我们知道电力恢复的三个过程其的时间尺度以及长时间跨度是非常多的，恢复的过程是比较繁杂的。所以研究其的优化策略具有十分现实的意义。针对电力系统恢复的三个阶段，分别提出各个阶段的优化策略研究：

（一）黑启动的决策问题

黑启动是否能够很好的完成，其的影响因素主要是黑启动方案的确定，怎样为非黑启动发电机组进行电能的提供。在对黑启动过程研究的时候，其方案确定的核心就是确定用那几台黑启动机组对非黑启动机组进行供电。所以在进行黑启动的研究的时候，主要是研究当电力系统发生故障停电之后，选择最优的黑启动方案，为网络重构中的调度机构的运行提供支持以及决策的辅助。

在对几个黑启动方案进行决策的时候，往往采取基于数据分析的理论来对方案进行评估，这种方法利用的模型是C2R模型。如果要更好的进行方案的评估，在进行C2R模型评估之后，同时需要层次分析法来对其进行分析，利用这两种方式能够更好的进行黑启动方案主观，客观因素的评价。除了这种方法之外，还可以根据恢复目标，恢复指标来进行选择，这种方法就是VAGUE方法，对黑启动方案的比较方法还是很多的，根据是实际需求选择合适的方案是非常有必要的，合适的黑启动方案不仅仅能够提黑启动过程的质量，还能够提高启动速率，使整个电力系统更好，更快的恢复正常。

（二）网络重构优化策略

当黑启动完成之后，电力系统中一部分发电机组已经具备了供电能力，一小部分的电网线路，变电站也恢复了正常的工作。在进行网络重构优化的过程中，核心的问题就是要建立合理，科学的主网的网架机结构，在很短的时间内，高质量的进行发电站，重要负荷的恢复。所以，在进行网络重构优化策略的研究过程中，主要侧重于网架结构的优化，并且并行恢复子系统的划分以及同步。

在进行网络构架的优化的时候，可以采取科学的，符合实际需求的方法来进行。比如说可以对电力网络中各个节点的重度进行评估，通过定义评价网络重构过程效果的指标爱进行网络重构优化的指导。除此之外还可以通过蚁群算法来建立电力系统的优化模型，也就是通过蚁群网络搜索最优的恢复路径以及网架结构。还有就是根据后悔思想来进行优化策略的研究，这种方法的核心就是利用电力网络复杂的拓扑性，来对整个电力系统网络中的节点的重要性进行评估以此来进行网络重构的优化。在进行优化方法的选择的时候，一般都是根据实际需求，经济情况，停电事故的严重性等等来进行选择。

（三）负荷恢复优化问题

负荷恢复过程是电力系统恢复的最后一个环节，也是耗时最长的一个环节。在进行负荷恢复之前，整个系统重要的发电机组，输电线路以及基本恢复正常。其主要的目的就是对停电的负荷进行全面的恢复。所以在这个过程中，核心的问题就是如何保证已经恢复的系统的有功功率平衡以及频率的稳定等等，在此基础上更多，更快，更好的恢复停电负荷。

在优化问题的研究时，可以采用不同的科学的方法来进行：比如说可以利用粒子群优化算法来进行模型的构建以及优化，这个过程需要考虑负荷的冷启动特性；还有可以利用连续准稳态仿真的方法，对负荷恢复过程的暂态过程进行简化仿真，并且建立相关的模型来进行符合恢复问题的优化，优化问题研究的方法还有很多，在具体使用的时候需要根据实际的需求来进行。

三、小结

随着社会的不断进步与发展，电力系统在人们的生产生活，社会的经济活动中占据了重要的地位。但是，大规模的供电系统也不能保证停电事故的不发生，当停电事故发生的时候，如何更好更快的进行电力的恢复成为了人们所关注的焦点，所以对电力系统恢复的研究成为了必要工作。本文主要对电力系统三个阶段进行恢复决策与优化策略的简要介绍，希望读者对其有一定的了解。

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