大规模输电网架恢复的分层协同控制与动态决策方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统运行调度、恢复控制与优化决策相关技术领域，尤其涉及一 种大规模输电网架恢复的分层协同控制与动态决策方法。
【背景技术】
[0002] 极端气象灾害、设备误操作、黑客入侵以及恐怖袭击等都可能诱发电网发生大面 积连锁停电事故，造成重大社会影响。而随着电网互联、电源结构的日益多样化以及极端天 气增多、恐怖活动日益猖獗等外部因素影响，这种由局部故障引发大面积停电的风险在逐 年增加。作为电网安全防御体系的重要一环，构建完善、高效的电网应急响应机制，提高电 网恢复能力，实现大面积停电后安全、快速、有序地恢复供电，对于减小生命财产损失和停 电造成的影响都具有重要意义。
[0003] 大停电后的系统恢复通常涵盖黑启动、网架恢复与负荷恢复3个阶段。其中，输电 网架恢复作为承上启下的关键阶段，需要担负起构建系统网架、向各失电厂站送电和迅速 扩充系统容量的任务。目前，针对输电网架恢复，国内外学者已经做了许多卓有成效的工 作，按照不同的目标和侧重点，主要可分为恢复路径寻优、机组恢复排序、系统分区优化、目 标网架构建、恢复风险评估、并列合环控制等几个方面。从决策的层面，输电网架恢复的核 心问题是如何制定重要机组、负荷及线路的恢复方案才能实现协调有序恢复并获得最大的 恢复效益，而以往文献方法在应对这类问题时普遍存在以下局限性和不足：
[0004] 首先，这些方法都是基于给定的系统停电断面，在一种离线场景下生成恢复方案， 本质上属于静态决策范畴。而在实际恢复过程中，停电场景难以预测，恢复操作也具有很大 的不确定性，离线制定恢复预案缺乏灵活性和实用性，对实际恢复操作的指导有限。
[0005] 其次，实际大停电可能造成省级甚至区域电网全黑，在失电网架规模如此庞大的 情况下，以往方法在计算时间和寻优效率上难以得到保证。
[0006] 最后，对于大规模互联电网，其恢复过程通常具有多区域、多层次与多方参与的特 点，通常需要多单位联动并协同参与，当中涉及多个线索的并行恢复过程以及多级调度间 的协调与配合问题，而以往方法在涉及多层次、分布式的恢复操作时，缺乏明确、有效的任 务分配与功率、电压协调机制。其生成的恢复方案在这种多方参与的复杂场景下难以适用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种大规模输电网架恢复的分层协同 控制与动态决策方法，解决了在应对分层分区多进程恢复时各级、各地区调度间的协调与 配合问题，能够实现各子进程独立并行恢复，并保证了操作安全性，提高了恢复效率；解决 了在恢复决策时灵活性不高、计算效率低的问题，在降低问题求解规模的同时，实现了基于 在线场景下的动态决策。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 大规模输电网架恢复的分层协同控制与动态决策方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤一，将输电网架分成主网架层和地区层两个层次，主网架层和地区层通过受 电点连接，受电点在主网架层和地区层中分别具有负荷和电源的属性；
[0011] 步骤二，确定受电点的指标值；
[0012] 步骤三，建立承诺与约定的恢复协作机制，受电点的承诺值根据系统状态变化更 新；
[0013] 步骤四，将主网架层和地区层恢复优化作为下层问题，将受电点指标值寻优作为 上层问题，建立双层规划的输电网架恢复决策模型并求解，得到整体的决策方法。
[0014] 受电点的指标值包括：
[0015] 功率配额指标IPQ，主网架层分配给该受电点的有功功率使用上限；
[0016] 电压容忍度指标Ιντ，受电点所能承受的母线电压水平上限；
[0017] 送电时间指标IDT，主网架层送电至该受电点并将其母线电压控制在1"以下所需 的总时间；
[0018] 恢复效益指标IRP，受电点当前负责恢复的各机组在未来一段时间内可向系统提供 的总发电量。
[0019] 各调度基于受电点的指标做出承诺，上层调度承诺在整个输电网架恢复期间，各 受电点的高压母线工频电压将会始终被控制在对应的Ιντ值以下，同时，各受电点将在对应 的IDT时间后具备向地区内机组送电的能力；下层调度承诺在当前阶段从各受电点吸收的 有功功率将不会超过限值IPQ，同时，地区内机组新增发电量将在给定时间范围内达到IRP。
[0020] 所述步骤三中，当有新机组并网并爬坡至最小稳定出力，系统可用电源容量得到 补充，此时系统若仍存在待恢复机组，则对当前各受电点承诺值进行更新；在主网架层面， 如果某条超高压线路投运失败，则当前的恢复路径被切断，恢复方案无法继续执行，此时需 要对当前各受电点承诺值进行更新，并重新调整恢复方案。
[0021] 当系统转入新一轮决策时，所有已经得到启动功率配额的机组都不再纳入新一轮 优化，同时，在新增电源所在地区内的所有机组不再需要受电点作为其电源点，也不再纳入 新一轮优化，相应的受电点也将废除；当一个地区恢复子进程结束，所有机组都已恢复，则 其对应的受电点也将废除，但为了保证该地区内的电压安全，之前的电压指标承诺将继续 生效直至该地区内有机组并网具备电压调节能力。
[0022] 所述步骤四中，主网架层的恢复优化方法包括：
[0023] 在主网架层的恢复过程中，选择过电压风险最小的充电网架，以减小线路操作复 杂度，提高恢复效率；同时，考虑对后续恢复的影响，优先恢复重要度高的节点；
[0024] 主网架层的优化目标是在给定的功率分配与受电点电压维持方案下安排充电网 架及各站点的送电顺序，使主网架重构效率值η最高；
[0025] 约束条件包括稳态电压约束和操作过电压约束；
[0026] 根据优化目标和约束条件求解。
[0027]
ωi为站点i所在地区重要度；ai为站点i的拓扑节 点度数，拓扑节点度数是与节点相连边的条数；ns为在向各目标受电点送电过程中所恢复 的超高压站点个数；IDT _为当前阶段最后一个得到恢复的目标受电点的送电时间指标值。
[0028]
[0029] 求解方法包括：
[0030] A1，构造主网架最小生成树；
[0031] 将充电路径限制在以线路充电无功最小为目标构造的最小生成树中；
[0032] 将目标网架中已恢复节点收缩凝聚为单个电源点；
[0033] 对当前不需要恢复的网架做剪枝处理，以确保最小生成树中各叶子节点都为目标 受电点；
[0034] A2,确定各受电点的送电顺序；
[0035] 在主网架层，采用串行送电策略，以电源点为根节点，由近及远逐层搜索目标节 点，每次都对已恢复节点的所有子节点进行遍历，并基于以下原则确定下一步要恢复的节 占.
[0036] 先恢复目标受电点；优先恢复ωα值最高的节点，ω为所在地区重要度；α为拓 扑节点度数。
[0037] 所述步骤四中，地区层的恢复优化方法包括：
[0038] 地区层的恢复优化目标是在给定的受电点功率配额、电压容忍度以及送电时间下 安排机组恢复方案，使受电点的恢复效益值最大；
[0039] 约束条件包括：机组启动时间约束、功率配额约束、潮流约束及暂态安全约束；
[0040] 利用回溯算法优选出合适的被启动机组，利用Dijkstra最短路径法选取最优的 充电网架，利用灵敏度方法以最小代价实现工频过电压的调整。
[0041] 所述步骤四中，受电点指标值寻优方法包括：
[0042] 确定两个优化目标匕与f2, 为主网架重构效率值取相反数，匕为各受电点恢复 效益指标1@求和后取相反数，目标为两个优化目标的最小；
[0043] 约束条件包括各受电点的功率配额指标IPQ之和小于系统当前可分配电源容量 Ps，各受电点的电压容忍度指标Ιντ在受电点的稳态电压允许范围的上下限之间；
[0044] 米用多目标进化算法NSGA-II求解。