智能電網(wǎng)的狀態(tài)感知和脆弱性評估的理論與方法研究

在構(gòu)建防范極端天氣、抵御人為外力破壞和防護信息安全的堅強智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略背景下，實現(xiàn)能連續(xù)的在線評估、預(yù)防控制和自動隔離及自我恢復(fù)的電網(wǎng)自愈控制，是實現(xiàn)堅強智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。項目組在國家自然科學(xué)基金“智能電網(wǎng)的狀態(tài)感知和脆弱性評估的理論和方法（編號：51137003）”的資助下，開展了深入的研究工作，取得了如下主要成果。 在智能電網(wǎng)故障識別方法方面，以電力系統(tǒng)重要電氣設(shè)備異常的重要特征為出發(fā)點，分別提出了基于電氣距離的復(fù)雜電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點識別方法、基于動態(tài)潮流的電網(wǎng)連鎖故障模型及關(guān)鍵線路識別方法和考慮考慮電壓等級和運行狀態(tài)的電網(wǎng)脆弱線路辨識；在智能電網(wǎng)運行狀態(tài)的自我感知方法研究方面，以WAMS關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，提出智能電網(wǎng)態(tài)勢管理概念、模型、設(shè)計、算法以及基于決策樹算法的實時安全評估策略，對系統(tǒng)的電壓越限、溫度越限、電壓穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定進行實時評估，有效提高智能電網(wǎng)狀態(tài)識別、感知以及可視化的精確度；在建立廣域電力系統(tǒng)和綜合信息系統(tǒng)的故障感知和健康診斷評價指標體系方面，引入復(fù)雜系統(tǒng)理論中同配性的概念，提出了線路同配性指標。以綜合信息系統(tǒng)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響為對象，提出針對不同脆弱源定義不同的脆弱性指標，建立和完善了智能電網(wǎng)脆弱性評估指標體系及框架。在考慮大電網(wǎng)脆弱性的電網(wǎng)規(guī)劃方面，提出一種考慮大停電風(fēng)險的多階段電網(wǎng)擴展規(guī)劃方法。定義了一種冪律尾風(fēng)險指標，評估停電規(guī)模尾分布的變化趨勢，衡量規(guī)劃方案的大停電風(fēng)險。 項目從整體上充分完善了智能電網(wǎng)狀態(tài)感知和脆弱性評估體系，并在多個方面取得重要突破。項目組在IEEE Transaction等國際期刊和本領(lǐng)域重要的國際會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文43篇，其中SCI收錄16篇、EI收錄24篇，獲發(fā)明專利5項。并積極參與相關(guān)領(lǐng)域主流國際、會議、邀請國外專家訪問的形式，與國外同行進行了深入的學(xué)術(shù)交流。項目按計劃完成了預(yù)定的任務(wù)。

緊密結(jié)合我國大力發(fā)展智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略性策略，為構(gòu)建能防范極端天氣、抵御人為外力破壞和防護信息安全的堅強智能電網(wǎng)，實現(xiàn)能連續(xù)的在線評估、預(yù)防控制和自動隔離及自我恢復(fù)的電網(wǎng)自愈控制，以綜合信息系統(tǒng)的實時信息為支撐，提出電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程的廣域動態(tài)狀態(tài)估計方法，為智能電網(wǎng)自愈控制所需的動態(tài)安全預(yù)測提供堅實的理論支持；以廣域電力系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點（機組）為對象，提出廣域電力系統(tǒng)整體建模及模型參數(shù)的在線辨識和校正方法；提出廣域電力系統(tǒng)和綜合信息系統(tǒng)的故障感知和健康診斷評價指標和方法；以電力系統(tǒng)重要電氣設(shè)備異常的重要特征為出發(fā)點，建立電力系統(tǒng)脆弱性評估理論與算法；以綜合信息系統(tǒng)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響為對象，提出針對不同脆弱源定義不同的脆弱性指標；利用定義的各種脆弱性指標，構(gòu)建智能電網(wǎng)的脆弱性評估理論框架；開發(fā)具有多層次功能的智能電網(wǎng)狀態(tài)感知與脆弱性評估技術(shù)支持系統(tǒng)，為構(gòu)建智能電網(wǎng)提供重要理論支撐。

首先，本書對智能電網(wǎng)的新特征以及智能電網(wǎng)評估研究現(xiàn)狀進行了闡述，并提出了傳統(tǒng)評估方法的局限性與智能電網(wǎng)評估的新問題。然后，第2～5章對智能電網(wǎng)規(guī)劃與評估理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)進行了系統(tǒng)介紹，包括經(jīng)典評估理論與方法、經(jīng)典規(guī)劃理論與方法、評估理論與方法的擴展，以及規(guī)劃理論與方法的擴展。在第6～15章，圍繞智能電網(wǎng)的規(guī)劃、運行和控制，介紹了基于傳統(tǒng)和擴展的數(shù)學(xué)理論的智能電網(wǎng)規(guī)劃與評估分析的模型與方法，包括智能電網(wǎng)技術(shù)效率評估、技術(shù)進步評估、動態(tài)評估、智能變電站技術(shù)成熟度評估、黑啟動恢復(fù)方案評估、電磁環(huán)網(wǎng)運行方案評估、電動汽車充電決策方案評估，以及智能電網(wǎng)下的電力負荷預(yù)測、不確定條件下的源 網(wǎng) 荷協(xié)調(diào)規(guī)劃、大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)用于智能電網(wǎng)評估。書中提供了大量實例，既包含智能電網(wǎng)技術(shù)、經(jīng)濟分析與評估的宏觀問題，也涉及智能電網(wǎng)環(huán)境下先進技術(shù)在規(guī)劃與運行控制應(yīng)用中的相關(guān)具體問題。

狀態(tài)檢修理論與工程應(yīng)用研究正進入蓬勃發(fā)展階段。為實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)評估的現(xiàn)有研究成果定量地指導(dǎo)檢修決策，擬展開以下研究：(1)可靠性研究。從統(tǒng)計分析角度研究基于狀態(tài)評估結(jié)果的輸變電設(shè)備平均可靠性，建立基于時間、狀態(tài)的可靠性模型以指導(dǎo)中長期檢修決策；從物理機理角度研究基于關(guān)鍵狀態(tài)量的動態(tài)可靠性模型以指導(dǎo)短期檢修決策。（2）檢修經(jīng)濟性研究。從成本、效益兩方面建立輸變電設(shè)備檢修經(jīng)濟性的評價體系和評價模型。（3）在安全、經(jīng)濟的總目標下構(gòu)建統(tǒng)一的檢修決策框架。探討決策準則、決策條件、備選方案的分類方法以及各種決策方法的適用特點，解決單設(shè)備檢修時機、檢修方式?jīng)Q策模型與方法，以及多設(shè)備協(xié)調(diào)決策及聯(lián)檢決策模型與方法。檢修決策理論研究具有深遠的理論意義和重大的工程實用價值。

序

前言

第1章緒論

第2章經(jīng)典評估理論及方法

第3章經(jīng)典規(guī)劃理論及方法

第4章評估理論與方法的擴展

第5章規(guī)劃理論與方法的擴展

第6章智能電網(wǎng)技術(shù)效率評估

第7章智能電網(wǎng)技術(shù)進步評估

第8章智能電網(wǎng)動態(tài)評估

第9章智能變電站技術(shù)成熟度評估

第10章智能電網(wǎng)中黑啟動恢復(fù)方案評估

第11章智能電網(wǎng)中電磁環(huán)網(wǎng)運行方案評估

第12章電動汽車充電決策方案評估

第13章智能電網(wǎng)下的電力負荷預(yù)測

第14章不確定條件下智能電網(wǎng)源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)規(guī)劃

第15章大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)用于智能電網(wǎng)評估

附錄 2100433B