极端气候条件下构建智能电网弹性运行策略的基础性研究

The resilience of power system operational strategies is a core technology to deal with the extreme events, as well as an essential characteristic of the future smart grid. This project studies the fundamental theory on the constructing power system resilient operational strategies systematically, and proposes the sequential resilient operational methodology based on risk constraints. Prior to the event, a coherent system resilient index and an information acquirement mechanism are proposed. They will be used to identify the most robust operating and provide criterion for initializing the resilient operational strategies and monitoring operation process. During the unfolding event, a method for constructing the positive sequential resilient operational strategies based on risk constraints is proposed, which aims to mitigate overall system risks during the unfolding extreme events, to decrease system vulnerability, to increase survivability of critical loads, and to coordinate resources for further restoration. After the event, restoration strategies considering the uncertainty of resources are formulated to implement fast restoration of critical loads using system resources and mobile power sources. At last, a high performance computing platform integrating the CPU and FPGA is constructed, so that the computing burden of the resilient operational strategies can be distributed to CPU and FPGA. It realizes the high performance computing with integration of hardware and software. The proposed methodology and technology will be tested in standard and realistic systems..The present proposed research is built on the experience of our past efforts and is more ambitious. It is believed that the accomplishments will provide a theoretical foundation, an analysis methodology and a realization measure for the construction of resilient smart grids.

具有弹性的系统运行策略是应对极端气候事件的核心技术，也是未来智能电网的核心特征。本项目系统化地研究构建电网弹性运行策略的基础理论，提出基于风险约束的序贯弹性运行方法论，包括：提出一致性的系统弹性指标和信息获取机制，识别对极端气候事件具有鲁棒性运行点，为启动弹性运行策略并监控运行过程提供判据；提出基于风险约束的主动序贯弹性运行策略构建方法，以极端气候事件发展过程中系统总体风险为目标，降低系统脆弱性，提高关键负荷生存性，并协调用于后续恢复的资源；提出极端气候事件后，考虑资源不确定性的恢复策略，利用系统资源和可移动电源，实现关键负荷的快速恢复；构造CPU 和FPGA 结合的高效计算平台，实现软硬件结合的高性能计算；在标准和实际系统中完成提出理论和技术的测试。.本课题基于申请人以往大量的国际、国内相关研究经验，其成果将为弹性运行策略的构建提供理论基础、分析方法和实现手段。

本项目系统地研究了极端天气下电网弹性运行策略构建的基础理论，其中，原创性的贡献包括：极端天气条件下的系统风险评估方法；基于风险的弹性运行策略；不同阶段的策略、资源的协调方法；基于新能源和新型元件的系统弹性提升策略；基于GPU-CPU软硬件结合计算平台的弹性运行策略。具体包括：.1. 提出极端天气事件下系统弹性的评估方法。首先，采用模型驱动和数据驱动的方法，结合随机、鲁棒以及随机鲁棒建模技术，定量研究极端天气对电力系统的影响。第二，针对不同阶段，建立了系统弹性的综合评估模型。.2. 提出基于风险的主动序贯弹性运行策略的构建方法。首先，在极端事件前，为提高系统的鲁棒性，提出基于动态博弈的系统弹性增强策略；提出移动电源和检修人员布局和预调度策略。第二，提出了应对网络攻击的电网主动防御调度策略。第三，构建增强电网弹性的电力弹簧优化布局策略。第四，研究双馈风机在弱网下提高运行裕度的策略。.3. 提出了极端事件后系统恢复策略。首先，提出了基于开关模型的配电网恢复策略；第二，提出了利用移动电源提高配电网弹性的恢复策略；第三，提出了计及数据中心作为关键负荷的配电网恢复策略。.4. 提出阶段之间协调的策略，建立了考虑出力和拓扑控制、多种网络的交互作用，以及新型电力电子元件的弹性策略。.5. 提出了基于软硬件一体化的弹性策略构建方法，对包含抽水蓄能机组的大规模电力系统，基于图形处理单元的非线性系统的优化方法，搭建了软硬一体化平台，实现了实时决策。.部分理论成果已在广东省电网实用。依托本项目培养博士生3名，博士后3名，发表论文36篇，其中SCI检索25篇，和Wiley签订了一本专著出版合同。负责人5 次主持国际会议的专题研讨会。.本项目提出了系统化构建电网弹性运行策略的基础理论，并将交通系统、供气系统等引入弹性策略的构建中。针对能源系统的发展，特别考虑了电力电子装置和可再生能源系统对增强系统弹性的贡献。本项目的成果有望为构建高弹性的综合能源系统提供理论基础。.