基于图论的智能电网最优电力孤岛形成模型和算法

本项目研究智能电网中最优电力孤岛形成模型及算法。具体包括：(1)通过对树背包问题及含图约束背包问题相关理论及算法的研究，在获得适应于电网特点的图分解有效算法的同时，进一步研究并提出包括强连通约束的含图约束背包问题的新理论及新方法；（2）对于智能配网，基于树背包问题及包括强连通约束的含图约束背包问题，构造出包括分布式发电、联络开关及相关约束的最优配网孤岛形成完整模型；进而研究此模型的快速求解方法；（3）对于智能输电网，基于包括强连通约束的含图约束背包问题，在满足同调机群约束、连通约束及所有安全约束的前体下，构建实现子系统之间净交换功率和最小的系统主动解列完整模型；进而研究此模型的快速求解方法。.本研究发展了图论中的图分解理论，促进了具有坚实理论支撑的图论研究成果在电力系统中的应用；促进了主动电力孤岛的控制及运行方式在电力系统中的研究和应用，从而提高系统运行的安全性、稳定性和可靠性。

孤岛运行是电网的一种特殊运行方式。本研究针对输电网及配网的孤岛最优形成进行了系统化研究，取得了如下系列化的研究成果。.第一部分：配网的最优孤岛形成.（1）提出了含DG配电系统最优孤岛划分新模型及求解算法。该算法首先基于树背包问题（TKP）的求解而得到初始孤岛；然后通过可行性校验和调节得到最终孤岛划分方案。该模型及算法能够得到更优的孤岛划分方案。.（2）提出了基于张量法的电力系统潮流计算新方法。为了提高孤岛校验阶段的潮流收敛性，提出了具有更好收敛性基于张量法的电力系统潮流计算方法；在重负荷时，其计算速度比牛顿法快30%..（3）提出了计及离散变量基于互补约束全光滑牛顿法的无功优化新方法,以提高孤岛系统的安全性。该方法具有大范围收敛性，而促进了孤岛运行的安全性。.（4）提出了计及分布式电源（DG）出力波动性及负荷需求不确定性的最优孤岛划分新模型及相应求解方法。所建模型更符合工程实际及具有工程可接受的计算速度，而推动了最优孤岛运行的工程化进程。.第二部分：输电网最优孤岛形成.（1）首次提出了一类全新的图论问题—含连通图约束的背包问题（CGKP）及近似算法。定义了与图连通性相关的四个新节点集合，以命题形式给出了新节点集合的性质和搜索方法；给出了求解CGKP的有效近似算法。本研究推动了图论研究的发展。 .（2）提出了大电网最优主动解列断面选择问题的完整数学模型及两阶段求解方法。本研究将完整主动解列数学模型分解成图最优平衡分割问题和基于优化潮流的调节问题，并利用CGKP近似算法和电网优化调节措施分别采用两个阶段相继求解及主从问题交互求解；为电网的主动解列研究奠定了理论框架。.（3）提出了一种与频率相关的用于电力系统电磁暂态仿真的网络等值新方法，以便于加快对于解列之后各个子系统的电能质量的分析及谐波抑制。该方法兼具较强的理论支撑及实用性，而推动了主动解裂研究的工程实用化进程。.（4）提出了基于用延拓法的计及断线之后的同调发电机辨识新方法，以便快速准确地辨识用于确定系统解裂策略的同调机群。该方法在网络结构发生变化时能够速度准确地辨识同调机群，推动了主动解裂研究的工程实用化进程。.（5）提出了预防恐怖攻击的最佳调度策略模型及相应求解策略，从而避免系统受到恐怖攻击导致系统发生大面积停电，乃至解列。. 上述成果推进了电网孤岛运行的研究进程；同时也促进了图论理论研究的发展。