摘要
随着用电需求日益升高，区域电网的相互联系加深，电力系统规模不断扩大；同时世界各国调整能源结构，具有波动性和随机性的新能源及设备的接入，使得电力系统特性更加复杂，在这样的背景下，外在破坏、人员失误等都可能导致大规模的停电事故发生，同时在电网恢复过程中还需考虑各类机组特性，因此有效利用新能源并基于恢复过程中的关键问题制定分区并行恢复预案，对研究大停电后电力系统缩短恢复时间、减少恢复失败影响范围及提升恢复成功率有重要意义。 本文在查阅研究了国内外大量电力系统恢复文献基础上，结合南网实际科技项目，对考虑多种黑启动电源的电网分区恢复策略涉及的关键问题进行研究。论文的主要研究内容与成果如下： 在电网恢复的相关理论基础归纳的基础上，将考虑多种黑启动电源的电网分区恢复策略研究分为各类机组在恢复过程中承担作用、电网恢复分区策略及各分区的网架重构三个关键问题，并进行进一步深入研究。 针对各类机组在恢复过程中承担作用的问题，选取具有代表性的抽蓄机组、风电机组及具有FCB功能的火电机组进行研究。基于FCB火电机组暂态模型，分析FCB火电机组在大扰动下实现调门快关及带厂用电孤岛运行机理，根据仿真结果归纳机组在脱网后功率、转速响应特性；在现有抽水蓄机组黑启动研究基础上，针对抽水蓄机组黑启动时备用电源容量及最佳预留水量进行研究，构建考虑静态经济效益及动态经济效益的最佳预留水量模型；考虑风电机组出力的波动性，基于风电穿透功率极限概念，分析系统恢复过程中风电接入已恢复网架的最大功率，构建包含静态安全裕度及暂态安全裕度的风电配合黑启动的安全裕度评价体系，为风电在恢复过程中的接入时间及接入量提供参考。 在归纳适合进行并行分区恢复的电网黑启动电源分布特点基础上，提出考虑机组启动及分区内有功平衡的电网恢复分区的优化模型。化简电网结构保留社团结构特性及电气参数，根据谱聚算法原理建立基于谱聚算法的电网恢复分区模型，基于电网恢复中涉及的黑启动机组对待启动机组恢复及分区有功平衡的关键问题，在原模型基础上首先增加考虑机组出力及待启动机组启动成功率的机组分组优化模型，对待启动机组进行分组，然后在切图权重引入线路传输功率，使目标函数考虑分区有用平衡影响，从而形成改进谱聚电网恢复分区模型；依据拉普拉斯矩阵得到特征值及特征向量，构造空间聚类样本，采用kmean算法聚类对模型进行求解，利用标准算例及不同方案的比较分析，验证改进谱聚电网恢复分区模型有效性。 针对保底电网构建忽略黑启动电源位置及具体恢复流程，可能出现大停电情景下保底电网恢复失败、恢复时间延长的问题，提出一种考虑恢复能力的保底电网构建方法，分正常供电场景和停电恢复场景两阶段进行优化。正常供电场景下基于供电能力及安全运行约束构建包含供电能力、输电畅通、安全裕度的三目标优化模型，采用离散粒子群算法搜索具有足够供电能力及稳定性的备选网架结构；停电恢复场景下，依据电网恢复流程、影响恢复的故障机理形成线路恢复指标，运用迪杰斯特拉算法搜寻最优恢复路径，依据恢复指标搜寻最优保底电网结构，利用标准算例及实际算例仿真计算，验证了该方法的有效性。 综上所述，本文对虑多种黑启动电源的电网分区恢复策略涉及的三个关键问题展开了深入研究。分析了多种电源的黑启动特性，明确在恢复过程中承担功能；基于电网恢复的分区所关心的待启动机组恢复及分区有功平衡问题，提出改进谱聚电网恢复分区模型；结合恢复具体恢复流程导及致失败的因素，提出一种考虑恢复能力的保底电网构建方法，分正常供电场景和停电恢复场景两阶段进行优化。算例结果验证了所提技术手段的适用性与有效性。
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