随着城市化进程的不断深入以及新能源接入电网的日益广泛,城市输电网的规模和复杂度也逐步攀升,使得输电网运行稳定性和安全性更加受到全社会的重视。国家电网公司提出了建设“坚强智能电网”的十年规划,表明确保电网坚强性应在智能之先,为立网之本。因此,如何构建结构坚强的城市输电网以应对复杂化、多源化供电结构所带来的冲击和挑战是值得深入研究的课题。城市输电网在实际运行过程中难免遭受不同来源以及不同类型的扰动。这其中既有输电网自身网架结构存在的固有先天缺陷缘故,也有电网运行调度不合理所产生的人为后天影响。目前对城市输电网的评价主要是从安全性、经济性、网络规模和电能质量等指标方面对城市输电网结构及运行合理性进行评价。虽然这些日渐成熟的指标体系能较好地反映电网的某些特性,但还较难综合评价城市输电网面对潜在风险的整体坚强性和内部支援性,不利于对复杂电网的全局把握。同时,相较传统输电网,坚强的城市输电网在电网扩展规划、故障恢复、检修安排及新能源接入等方面提出了更高的要求,以实现电力传输和资产利用的更加合理化、可靠化和高效化。本文在分析输电网结构坚强性评价与现有输电网安全性评价差别的基础上,系统地提出评价城市输电网结构坚强性的指标体系和具体评价方法,并对该指标体系及评价方法在城市输电网规划和运行管理各环节中的应用展开研究。本文主要从以下几个方面开展研究工作:1.对输电网结构坚强性进行系统地描述,明确区分结构坚强性评价方法与现有的安全性评价方法的差别;在兼顾宏观和微观评价电网安全性的基础上,提出多维度评价输电网结构坚强性的指标体系,并引入指标均匀性评价方法,以相对指标代替绝对指标,加强各指标内部联系,同时避免不同指标间量纲的转换问题。2.结合输电网分层分区思想提出区域电源/负荷划分方法及其非均衡性评价指标;分别从拓扑结构量和运行状态量两个维度评价输电网的结构坚强性,并以各区域内部输电设备及区域之间联络线簇的潮流负载比均衡性指标来细化分析全网各输电设备载荷水平以及各区域间功率交换的差异程度;在综合兼顾电网扩建成本和运行损耗的基础上,建立考虑电网结构坚强性的输电网规划多目标优化模型,并提出模型优化求解算法。3.在分析和总结传统的黑启动分区原则的基础上,提出以谱聚类分析所得社团结构为考虑电网结构坚强性的黑启动初步分区基础,以限定拓扑结构量综合指标波动范围为拓扑约束,以分区恢复时间平衡性为黑启动分区效益目标,建立综合考虑输电网结构坚强性和恢复时间均衡性的黑启动分区恢复模型,并通过对时间柔性算子的应用和遗传算法的改进,实现模型的全局优化求解。4.基于金融风险评估理论,定义电网潜在故障的风险评估指标;在分析检修设备退出运行对输电网结构坚强性影响程度的基础上,定义电网结构坚强性对该检修设备的依存度;在一定置信区间下,以设备检修时输电网发生连锁故障风险均摊及检修耗费最少为目标,提出多种检修模式下的输电网检修方案优化模型并求解;以求解结果为依据,分析关键设备对输电网结构坚强性的重要程度以及检修方案的优化对输电网在检修状态下整体运行稳定性提高的程度。5.结合电动汽车多种日负荷曲线,分析区域日换电需求量以确定集中型换电站容量规模;通过定义城市输电网供电力矩指标来描述城市日负荷流动特征,以输电网供电力矩平衡指标和电网结构坚强性评价综合指标来评价集中型换电站接入后电网的整体结构坚强性;在满足区域电动汽车换电需求的基础上,结合集中式换电站在峰谷期间的充放电优化调度,建立以改善城市输电网整体结构坚强性为目标的集中型换电站选址定容模型并进行求解。以Garver-6、IEEE-14、IEEE-30、IEEE-57、IEEE-128测试系统以及华东某地区输电网为分析算例,验证本文所提出的考虑结构坚强性的城市输电网规划和运行管理研究方法的有效性。