随着电力系统规模的不断扩大和电力工业改革的发展与深化,电力系统倾向于接近极限运行。虽然依靠保护装置和自动控制装置可有效降低大事故发生的概率,然而由于很多不确定性因素的存在,大停电事故的发生依然是无法完全避免的。随着极端自然灾害逐渐增多以及人为袭击事件频发,“弹性电力系统”的发展备受关注,弹性电网在面对极端扰动事件时具备快速灵活响应的能力。为了提高电力系统的恢复力,不仅要求电力系统在遭遇扰动事件前做好充足的准备和预防,而且要求电力系统在大停电事故发生后加快为电力用户供电的恢复速度。在此背景下,本文从规划理论和恢复策略2个角度出发,对现有电力系统所需面临的如何提高恢复力的问题开展了一些前瞻性的基础研究。具体研究内容主要包括:1)提出计及可靠性的配电系统中智能变电站的优化配置模型。以最小化变电站改造成本和用户停电损失期望值为目标函数,考虑系统平均停电时间和电量不足平均值这两个可靠性指标不超过给定阈值等约束条件,构建了配电系统中智能变电站的优化配置模型。发展了针对配电系统故障的故障清除模型,提出了评估用户停电时间的比较准确的方法。对用户停电时间和用户停电损失函数进行线性化处理,得到智能变电站优化配置的混合整数线性规划模型,并采用高效商业求解器求解。以IEEERBTS-Bus4配电系统和丹麦某中压配电系统为例来说明所提方法的基本特征。2)提出大停电后电力系统并行恢复的分区策略。电力系统发生大停电事故后,采用分区并行恢复策略可以有效加快系统恢复速度。针对分区并行恢复问题,提出了电力系统黑启动分区的两步策略。其中,第一步建立待恢复机组的分组模型,其以待恢复机组获得恢复功率所需时间最小为目标,从而保证机组的快速启动;第二步建立电力系统图分区模型,目标是使得各黑启动分区在满足一定的约束条件下分区间的联络线数最少以及分区间的电气距离最大。然后,利用商用线性规划求解器CPLEX求解所提出的两步策略数学模型。同时,为了减少求解工作量,提出了可以尽可能减少线路信息丢失的拓扑图简化原则。以新英格兰10机39节点系统和浙江某区域电力系统为例说明了所发展的模型和方法的基本特征。3)提出计及集中型电动汽车充电站作为黑启动电源的网架重构优化策略。基于电池租赁的换电池模式与大规模集中型充电站配合具有商业竞争潜力,有望得到推广。在此背景下,提出了一种计及电动汽车充电站的网架重构优化策略。首先,对充电站可用电池容量建模,得到针对给定系统停电时刻充电站可提供的启动容量。建立了基于双层优化的网架重构模型,在上层模型中,以最大化系统可用发电量为目标确定发电机组恢复时刻;在下层模型中,以线路充电电容之和最小为目标确定恢复路径。之后,采用机会约束规划处理相关的不确定性因素,并与双层优化模型相结合构建基于机会约束规划的双层网架重构优化模型,进而采用改进的粒子群算法求解该优化问题。最后,以修改的新英格兰10机39节点系统和修改的广东电力系统为例说明了所发展的模型与方法的基本特征。4)发展计及机组恢复顺序和负荷恢复的网架重构策略。提出计及机组恢复顺序和负荷恢复的骨架网络重构数学模型,之后将所提出的模型分解为3个子模型,分别为机组恢复顺序优化模型、输电线路恢复模型和负荷恢复模型。机组恢复顺序优化模型以最大化系统可用电量为目标函数,并考虑了电力系统实际拓扑结构。输电线路恢复模型优化恢复线路的恢复顺序,并确定最优的骨架网络。负荷恢复模型优化负荷投入量,保证电压稳定。以新英格兰10机39节点系统和广东实际电力系统为例说明了所发展的模型与方法的基本特征。5)提出计及线路投运风险的电力系统恢复路径优化策略。投运空载线路是大停电后网架重构方案的主要步骤之一。线路能否投运成功直接影响整个恢复过程的进程和效率。在此背景下,发展了计及线路投运风险的恢复路径优化模型。首先分析了影响线路投运的因素,主要包括线路的充电电容和恢复时间,进而定义了线路投运失败的相对可能性。然后,基于线路投运失败的严重性指标,定义了线路的投运风险。考虑到线路恢复时间的不确定性会导致线路投运风险的不确定性,为此建立了分别适用于“串行”和“并行”恢复阶段的、以线路投运风险之和最小为目标的鲁棒优化模型,以确定最优恢复路径。采用高效商业求解器CPLEX求解所发展的鲁棒优化模型。最后,以新英格兰10机39节点系统和修改的广东电力系统为例说明了所发展的模型和方法的基本特征。本文所提出规划方法和系统恢复策略有望为提高弹性电力系统的恢复力提供技术支撑,并丰富了电力系统规划与恢复策略的理论与方法。