极端天气下预防调度与恢复调度的协调优化方法研究

To reduce the impact caused by extreme weather events, power systems will experience a complete circle of preventive, emergency and restorative dispatch. Such an emerging dispatch paradigm imposes great challenges on the traditional power system dispatch methodology. Aiming to reduce the impact of the entire process of extreme weather events, this project will explore the construction of the coordinated strategy between preventive dispatch and restorative dispatch, considering a spectrum of novel components and dispatch means. Research tasks include: 1) uncertainty modeling on the impact of extreme weather events on the on/off states and operational characteristics of power system components; 2) modeling of fast cut back (FCB) thermal units and high-voltage direct current transmission system (HVDC) during extreme weather conditions; 3) constructing a defender-attacker-defender game by considering preventive dispatch and restoration dispatch as defenders, whereas extreme weather as attackers; the contribution of FCB and HVDC will be included in this model; 4) efficient solution methodology on the proposed game theoretic model. This project will systematically extend the applicant’s previous research effort and accomplishment. It is believed that the accomplishments of this project will provide both a theoretical methodology and a realizable solution method to construct resilient operational strategies for power systems to address the challenges from extreme weather events.

为了降低极端天气造成的冲击，电力系统运行需经历预防调度、紧急调度和恢复调度的完整过程。传统调度理论体系亟需扩展以应对极端天气事件频发的新挑战。本项目研究预防调度与恢复调度的协调优化策略构建方法，减少极端天气展开过程中的整体损失。研究极端天气对元件运行状态与运行特性造成冲击的不确定性建模方法；建立快速切负荷（FCB）火电机组与高压直流输电系统（HVDC）等元件在预防调度中的模型；构建计及FCB与HVDC的预防调度策略和计及冷负荷效应不确定性的恢复调度策略；将预防调度与恢复调度建模为防御者，将极端天气建模为攻击者，构建基于不确定条件下防御者-攻击者-防御者安全博弈的预防调度与恢复调度的协调优化策略；研究基于解耦算法的协调策略计算方法，并采用实际数据对所构建策略的有效性与计算方法的效率进行验证。本项目成果将为极端天气下电力系统调度策略构建提供理论基础与计算方法。

化石能源的急速消耗引发了严重的全球性气候变化，进而导致了极端天气灾害事件在世界各国及地区内频繁发生。极端天气事件具有波及范围广、破坏力强的特点，电力系统面临着如何在该类事件的影响下维持负荷供电可靠性的严峻挑战。. 极端天气事件下电力系统调度需经历预防调度、紧急调度与恢复调度的完整过程。预防调度主动调整运行方式与电网结构以减少极端天气过程中的被动损失；紧急调度是在极端天气展开过程中运用各种资源（发电机，应急电源等）维持系统负荷的生存；恢复调度则是在事件后主动恢复对负荷的供电。上述三种调度的总体目标是一致的：即减少极端天气对电力系统的冲击，尽可能维持系统的功能和完整性，保证对重要负荷的供电。因此，三者需要进行协调以达到整个极端天气事件展开过程中总体目标的最优性。. 对输电网在极端天气下的协调优化调度策略展开研究。分析了极端天气影响下预防调度、紧急调度和恢复调度阶段之间进行协调的必要性与可行性，分析了三个调度阶段与极端天气之间的博弈性。设计了一种多层防御者-攻击者模型，建立了极端天气下多调度阶段协调优化策略构建方法。所提方法基于鲁棒优化获得极端天气下电力系统停电损失的最差场景，获得了应对最差场景的最优预防调度策略、紧急调度策略和恢复调度策略。算例验证了所提多调度阶段协调优化策略的有效性，证明了所提方法能够大幅降低极端天气事件冲击下输电系统的总体停电损失和主动切负荷成本。. 针对高比例可再生能源发电系统在极端天气下有可能造成风机脱网的问题，采用风险约束调度方法构建发电侧快速响应机组的最优投入策略。在极端天气事件来临前，根据风电预测信息的变化做出多次调度，在极端天气展开过程中分批次将发电组合中不同类型的快速响应机组按需投入。相对于传统的调度方法，基于风险约束调度的快速响应机组最优投入策略保证了系统的安全性，同时兼顾系统运行的经济性。. 本项目研究成果将对提升电力系统应对极端天气的运行韧性提供理论和应用支撑。