风电研究背景综述

随着经济高速发展对电能依赖程度的加剧，电力系统的规模不断增大，结构日趋复杂。电能生产、传输与消费环节之间的强耦合性使得针对局部扰动的不恰当处置可导致影响范围扩大，甚至诱发恶性连锁反应，酿成大面积停电事故。近年来，由于可再生能源发电大规模接入电力系统以及强随机、突发性极端自然灾害的频发，发生这种大面积停电的风险还有逐步增大的趋势。自2003年美加8.14大停电之后，发生在我国和巴拉圭、巴西、日本、印度等国的大面积停电事故已经充分说明：大停电是现代电力系统必须面对的严重威胁[1]。在加强电网建设和管理的同时，研究大停电事故后局部孤立系统的快速恢复，对减少事故带来的经济损失和社会动荡具有极其重要的意义。 作为系统恢复的核心环节,网架重构的主要任务是高效利用系统中有限的启动功率，通过优化骨干机组及关键线路的投运顺序，争取在尽可能短的时间内最大化系统的有功出力,减小重要负荷的停电损失。就大系统的总体重构策略而言，主要分为子系统内的串行恢复和不同子系统间的并行恢复，通过二者的协调配合保证全网恢复的同步[2-4]。作为子系统内重构过程的基础，事故后的机组恢复顺序优化问题率先受到国内外研究者的关注。20世纪90年代，基于知识库的专家系统、层次分析等定性分析与定量求解相结合的方法已被相继用来制定机组恢复方案[5，6]。为了提高方案的客观适用性，文献[7]将机组顺序优化等效为多约束条件的背包问题，采用数据包络分析模型和回溯算法进行定量求解。文献[8]进一步引入二进制和线性决策变量，将问题简化为混合整数线性优化问题，可求得所有机组初始启动顺序的最优解。顺利重建网架不仅需要合理安排机组的恢复顺序，还需要关注送电路径的优化。文献[9-11]利用复杂网络的拓扑特性指导网架重建过程中关键线路的筛选。文献[12]将机组启动时间限制引入恢复路径的优化过程。文献[13]将送电路径优化与节点重要性评价进行解耦，提出针对网络重构过程的通用送电路径优化模型。由于机组和线路的投运在网架重构的主要阶段彼此交织、相互影响,为了将二者的优化过程统一起来，文献[14]采用改进支路权值后的综合优先级指标，以恢复时间最短为目标优化发电机的启动顺序。文献[15]采用计及恢复机组发电容量和线路相对重要程度的机组恢复效益指标确定最优重构网络。文献[16]提出了基于改进节点重要度和恢复路径评价方法的多目标双层重构优化模型。上述研究旨在寻找理论上重构效果最优的机组或线路恢复顺序。然而，网架恢复过程客观上要受到机组可靠性、倒闸操作、随机故障等诸多不确定因素的影响，文献[17，18]首先提出机组投运风险和线路投运风险的概念，对网架重构方案的运行可靠性进行定量评价。文献[19]进一步提出综合考虑恢复效果和运行可靠性的基于失电风险最小的机组恢复顺序优化方法。针对线路投运的不确定性，文献[20，21]分别采用模糊机会约束规划和鲁棒优化进行建模求解。近年来，随着节能及环保压力的不断加剧，可再生能源发电规模在系统中的占比大幅增加，尤其是资源丰富且技术相对成熟的风力发电发展最为迅猛。因此，也有学者针对风电参与系统恢复的可能和效益进行了针对性研究。文献[22]提出了风力发电与超级电容及蓄电池组成的储能系统相结合的黑启动电源方案。文献[23]针对配置储能电站的风电场提出一种大停电后风电场的黑启动策略。文献[24]提出了考虑风电的黑启动一般原则，文献[25]仿真验证了连接VSC-HVDC的海上风场可作为黑启动电源加快系统恢复进程。文献[26]在网架重构末期引入风电，并对比了是否有风电参与的恢复方案。文献[27]研究了风电参与配电系统的恢复优化，有助于减少停电损失和恢复费用。文献[28，29]研究了风电参与微网黑启动的策略和步骤。

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