【摘要】：近年來世界范圍頻發(fā)的自然災(zāi)害及其影響已引起國際社會的高度關(guān)注。在此背景下,傳統(tǒng)的可靠性研究已不足以支撐電網(wǎng)的安全運(yùn)行,韌性的概念應(yīng)運(yùn)而生。面向系統(tǒng)韌性提升的智能電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化方法是面向相對確定場景的電網(wǎng)減災(zāi)研究的升華。然而,現(xiàn)有的相關(guān)研究尚處于摸索階段,無論是基礎(chǔ)概念還是基本原理,仍不夠清晰和明確。尤其是落腳到電力系統(tǒng)運(yùn)行人員最為關(guān)心的調(diào)度問題,研究還不夠深入,輔助決策方法還很匱乏。為此,本文通過對韌性的概念、評估和提升原理進(jìn)行厘清,提出了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中預(yù)防-緊急協(xié)調(diào)的調(diào)度方法、綜合能源系統(tǒng)中電-氣協(xié)調(diào)的調(diào)度方法以及信息-物理融合系統(tǒng)中信息-物理協(xié)調(diào)的調(diào)度方法。本文主要內(nèi)容及研究成果包括:(1)梳理了紛繁復(fù)雜的韌性的基本概念與評估方法,分析了災(zāi)害場景下電網(wǎng)調(diào)度的基本模型,并從時間層面、對象層面和通信層面分別提出了系統(tǒng)韌性提升的三個基本原理。這三個基本原理分別對應(yīng)于智能電網(wǎng)建設(shè)過程中所涉及到的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)以及信息-物理融合系統(tǒng)這三個層次,擬對其逐個擊破。本文所提的系統(tǒng)韌性提升基本原理構(gòu)成了一個三維一體的理論框架,可以用于全面指導(dǎo)電網(wǎng)的系統(tǒng)韌性提升。(2)提出了 一種傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中預(yù)防-緊急協(xié)調(diào)的調(diào)度方法。從電網(wǎng)最基本的組成入手,把預(yù)防狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)出力調(diào)整、輸電線路開合操作與緊急狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)出力調(diào)整、輸電線路開合操作和切負(fù)荷操作相融合,通過構(gòu)造的綜合響應(yīng)框架,實現(xiàn)時間層面的調(diào)度優(yōu)化。綜合響應(yīng)框架的核心模型具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性,其他的調(diào)度操作可以通過約束條件擴(kuò)展的方式加以應(yīng)用,而本文所設(shè)計的嵌套CCG算法可以高效地求解出最優(yōu)的調(diào)度方案。本文的研究不僅驗證了線路開合操作這一新興調(diào)度手段的潛力,更驗證了預(yù)防響應(yīng)和緊急響應(yīng)相協(xié)調(diào)的調(diào)度方法可以明顯提高電網(wǎng)的韌性。(3)提出了一種綜合能源系統(tǒng)中電-氣協(xié)調(diào)的調(diào)度方法。考慮到電力系統(tǒng)和其他能源系統(tǒng)日益頻繁的交互,本文對電網(wǎng)中的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)和天然氣網(wǎng)絡(luò)中的電動壓縮機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,提出一種可以協(xié)調(diào)電能傳輸和天然氣傳輸?shù)恼{(diào)度方法,并與傳統(tǒng)的獨立調(diào)度方式進(jìn)行對比。針對天然氣網(wǎng)絡(luò)中Weymouth方程的非凸性,提出了一種序貫二階錐算法可以求解得到最優(yōu)調(diào)度方案。本文的研究揭示了傳統(tǒng)調(diào)度方式可能引發(fā)的一種稱之為“級聯(lián)缺供”的連鎖效應(yīng),而所提出的電-氣協(xié)調(diào)的調(diào)度方式可以避免這種效應(yīng),提高綜合能源系統(tǒng)整體韌性的同時也提高電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)各自的韌性。(4)提出了 一種信息-物理融合系統(tǒng)中信息-物理協(xié)調(diào)的調(diào)度方法。針對信息-物理融合系統(tǒng)中電網(wǎng)和信息網(wǎng)交互的特點,本文對信息-物理融合系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,提出了一種信息網(wǎng)絡(luò)約束的最優(yōu)潮流模型。由于信息網(wǎng)絡(luò)的引入,模型具有高度非線性的特點,并且隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大在建模時具有維數(shù)爆炸的難題。對此,本文提出了一種擴(kuò)展最大流的計算方法,將原混合整數(shù)非線性模型轉(zhuǎn)化為一個混合整數(shù)線性優(yōu)化模型進(jìn)行求解。與傳統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度過程中忽略對信息網(wǎng)絡(luò)考慮的方式對比,所提模型可以顯著提升系統(tǒng)的韌性,實現(xiàn)災(zāi)害場景下電力傳輸?shù)淖顑?yōu)調(diào)度。
【圖文】：

這個概念最早是由加拿大生態(tài)學(xué)家克勞福德？斯坦利？霍林（ＣｒａｗｆｏｒｄＳｔａｎｌｅｙＨｏｌｌｉｎｇ）逡逑于上世紀(jì)七十年代提出［６１１，用來描述生態(tài)系統(tǒng)對于變化吸收的能力。此后，韌性的概念在生逡逑態(tài)學(xué)、心理學(xué)、行為科學(xué)以及工程學(xué)等諸多領(lǐng)域不斷發(fā)展。圖２－１給出了湯森路透旗下Ｗｅｂ逡逑ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ這一權(quán)威學(xué)術(shù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫中每年收錄的以韌性為主楲的文章數(shù)量（這里統(tǒng)計的年逡逑份從２０００年開始，直到；ｆｔ新的２０１７年）。從圖中可以直觀看出韌性這個概念在近年來受到逡逑了越來越多的關(guān)注。逡逑針對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的韌性研究可以追溯到美國地震工程多學(xué)科研究中心（Ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉ？逡逑ｐｌｉｎａｒｙ邋Ｃｅｎｔｅｒ邋ｆｏｒ邋Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ，邋簡稱邋ＭＣＥＥＲ）邋［６２］邋。邋在該地邋震工程多學(xué)科逡逑研究中心的研究中，韌性被定義為“社會單元減輕災(zāi)害、遏制災(zāi)害以及在災(zāi)后盡可能減小對逡逑社會的干擾并可緩解未來災(zāi)害造成影響的能力”。根據(jù)美國國家基礎(chǔ)設(shè)施咨詢委員（Ｎａｔｉｏｎａｌ逡逑Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ａｄｖｉｓｏｒｙ邋Ｃｏｕｎｃｉｌ，簡稱ＮＩＡＣ）于２００９年發(fā)布的《關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的初性：最逡逑終報告和建議》［６３］，韌性是關(guān)搖基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的一種減輕破壞性事件強(qiáng)度和持續(xù)時間的能逡逑力。根據(jù)美國國土安全部（Ｕ．Ｓ．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＨｏｍｅｌａｎｄＳｅｃｕｒｉｔｙ，簡稱ＤＨＳ）的《國家基礎(chǔ)逡逑設(shè)施保護(hù)計劃》［Ｍ】，韌性是系統(tǒng)抵抗、吸收、恢復(fù)或成功適應(yīng)逆境或條件變化的

到十級情況下電網(wǎng)調(diào)度基本模型所造成的系統(tǒng)損失。每一種災(zāi)害等級下，均隨機(jī)產(chǎn)生１00逡逑個災(zāi)害場景，因此共可以得到１，000個災(zāi)害場景。各災(zāi)害場景下ＩＥＥＥ邋ＲＴＳ－９６標(biāo)準(zhǔn)測試系逡逑統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度基本模型作用下的系統(tǒng)運(yùn)行總成本如圖２－５所示，，切除負(fù)荷后所能供給的電能逡逑如圖２－６所示。為了便于觀察結(jié)果的變化趨勢，圖中也一并給出了測試結(jié)果的局部加權(quán)回歸逡逑散點平滑曲線以進(jìn)行回歸分析。逡逑１６逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM73

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本文編號：2619610