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摘要：随着电力系统的规模和互联性的不断增强，运行方式越来越复杂，系统存在发生停电事故的可能性也不断增加。为了降低停电事故所造成的经济损失和社会影响，就需要采用快速有效的负荷恢复控制手段，来减少停电时间。近年来，具有间歇、波动特性的风电大规模并网，一方面，增加了电网恢复风险及恢复难度，另一方面，风电对功率输出的控制力越来越强，其有序接入将增加系统可用有功功率，对负荷恢复起到一定的促进作用。基于此，本文从停电事故的影响，风电大规模并网对电力系统的影响和不同的负荷恢复策略等方面进行综述。
关键词：电力系统恢复；负荷恢复优化；贪婪算法；风电接入
1.停电事故恢复的探讨
历史上，国内外发生的很多停电事故，给社会和经济造成了严重破坏和损失。因此，为了减少事故损失，应制定科学合理的恢复方案。2005年，海南停电事故中，依照先前制定的系统恢复方案，技术人员有效控制了电网黑启动的成功，系统恢复时间得到了快速缩减[1]。反之，若缺少科学合理的恢复方案，那么不仅会加长系统恢复的时间，更会扩大影响范围，产生巨大损失。2011年，日本因为自然灾害引发的停电事故，因为没有完善的应急方案，再加上管理者的决策失误，导致恢复进程特别缓慢，引发一系列后果，最终导致了核泄漏，对社会和自然环境造成了难以估计的损失。
近年来，随着“西电东送、南北互供、全国联网”，我国的电力系统逐渐实现规模性迅速增长。即便如此，我国电网也发生了一些停电事故。例如，2005年海南电网“9.26”停电，2008年初，由于中国南方地区雨雪冰冻，输电线路严重破冰，导致大面积断线等。由于我国的能源资源和负荷中心分布不均匀，西北地区的水电，风能，太阳能和坑口电力需要长途运输到中部和东南部沿海地区。因此，中国将建设世界最高电压等级和最大规模交流同步电网，东南部的沿海地区的高压直流输电将非常密集。如何安全稳定运行世界上最大，最复杂的电网正面临着前所未有的挑战。
2.风电接入对电力系统恢复的影响
2.1风电场接入对系统频率的影响
除了风电的间歇性和波动性外，风电接入电网后的随机性和不完全可控性是致使风电的输出功率频繁波动的主要原因。若风电的负荷为负值，风电波动与负荷波动的趋势是相同的，则电网的整体波动将减小，这有利于其调频。相反，若风电波动与负荷波动的趋势是相反的，则会增加系统调频的难度。当风电容量占电力系统较大比重时，风电对电力系统频率影响较大。
2.2 风电场接入对系统电压的影响
风力发电机组的控制方式主要分为恒电压控制和恒功率因数控制两种，其中恒压控制方式有利于保持系统电压。然而，在实际情况下，风电主要以恒功率因数控制方式运行。电网电压的主要影响因素包括电压波动，电压失真，电压降低等，其中风电场及其附近节点受影响最大。当风电接入电网并向电力系统提供有功功率时，常规发电机承担的负荷会减小，系统负荷一端的电压将会增加。
2.3 风电场接入对系统稳定性的影响
电压稳定性的变化是风电接入电网产生的最主要的系统稳定性的干扰。系统无功补偿主要是电容补偿且补偿容量与系统电压的二次方成正比，随着电力系统的电压降低，由电容器提供的无功功率下降。此时，风电系统对无功功率的需求将增大，这将导致电力系统缺乏无功功率，导致进一步的电压下降和电压崩溃。就暂态稳定性而言，目前风力发电机通常使用双馈异步电动机作为风力发电机的类型。在风电接入电网的容量较大的情况下，系统潮流分布发生变化，这也会导致系统瞬态特性的变化。
3.负荷恢复的方法研究
大量的国内外学者针对电力系统恢复中已有的诸多问题开展研究，对于电力系统恢复过程中的网架重构和负载恢复，已经有了丰硕的成果。
文献[2]首先估算出每步可恢复负荷量，按负荷权重排序后使用贪婪算法求解，最后修正贪婪算法的结果，并且该文献定义了负荷重要度。文献[3]建立了考虑冷负荷特性、系统频率、电压和发电机有功出力等动态约束的最优负荷恢复模型。文献[4]在网络重构的基础上，通过优化，得到最优恢复路径和最大允许恢复负荷量。文献[5]论述了相比于传统的火电机组，风电拥有更加快速的启动性。因此，机组启动的时间约束可以通过风电参与的方式来改善。论文还研究了风电加入到系统恢复的过程中是否可行。结果表明，风电接入能够促进系统的恢复，但系統的恢复过程没有被优化。
文献[6]提出了一种考虑风电并网中网架重构后期的源负荷协调恢复的决策和控制方法。首先，根据分工协作和解耦控制的概念，给出了负荷恢复、机组启动和电网充电的并联恢复控制策略。在此基础上，针对风电、负荷恢复和频率控制等问题，建立了基于分时决策的源负荷协调恢复控制机制。然后，构建一个目标协调优化模型，目标是最大化单时步负荷投入量和最短的运行时间。通过采用多目标分层次序方法，创造性地引入交流潮流近似线性化方法，将其转化为混合整数线性规划问题的解决方案，显着提高了优化效率。
4.电力系统恢复研究的发展趋势
在系统发生大停电事故后，系统的恢复控制不仅是电力系统运行的一个重要方面，也是整个国家应急管理系统的重要组成部分。电力系统恢复的优化控制不仅是一个简单的技术问题，也是与社会应急管理科学的交叉问题。在电力系统恢复优化控制研究中，不仅要从科学技术的角度寻求最优解，还要从应急管理的角度来考虑，在发生大停电事故后，通过最优控制的恢复将是停电造成的经济损失，并将对社会的影响降至最低。
目前还没有成熟的可用于商业化的电力系统恢复辅助决策支持系统。电力系统运行调度员迫切需要一个能够整合各种恢复优化策略的恢复辅助决策支持平台，能够处理电网的各种停电故障，并促进与现有EMS/DTS系统的集成。在电网停电后，调度员能够及时获知并了解电网的具体情况，进行电网恢复初始设置，自动生成优化的恢复方案，并对各恢复操作进行详细安全校验，对于有可能发生约束越限的情况给出相应的调整措施。
风电技术的发展和装机容量的扩大，使得风电在停电后可为系统恢复提供充足的功率支援，缩短对负荷重新供电的时间。另外，微网技术迅速发展，当主网发生大停电时，在合适条件下，微网中的分布式电源可保持对微网中负荷进行供电，还可对相邻微网乃至主网进行功率支援。系统恢复优化控制应能协调主网和微网的恢复进程，从而达到整体的最优。基于电压源换流器的新型直流输电（VSC-HVDC）技术优越的特性，其可望成为可靠的外部电源，用作大停电后的黑启动支持。
参考文献：
[1]唐斯庆，张弥，李建设，等.海南电网“9·26”大面积停电事故的分析与总结[J].电力系统自动化，2006，30（1）：1-7.
[2]钟慧荣，顾雪平，朱玲欣.黑启动恢复中网架重构阶段的负荷恢复优化[J].电力系统保护与控制，2011，39（17）：26-32.
[3]程改红，徐政.基于粒子群优化的最优负荷恢复算法[J].电力系统自动化，2007，31（16）：62-65.
[4]陈小平，顾雪平.基于遗传模拟退火算法的负荷恢复计划制定[J].电工技术学报，2009，24（1）：171-175.
[5]Seca L，Costa H，Moreira C L，et al.An innovative strategy for power system restoration using utility scale wind parks[C]// IEEE，2013：1-8.
[6]曹曦，王洪涛.大规模电网源荷协调恢复决策与控制方法[J].中国电机工程学报，2017，37（6）：1666-1675.
关键词：电力系统恢复；负荷恢复优化；贪婪算法；风电接入
1.停电事故恢复的探讨
历史上，国内外发生的很多停电事故，给社会和经济造成了严重破坏和损失。因此，为了减少事故损失，应制定科学合理的恢复方案。2005年，海南停电事故中，依照先前制定的系统恢复方案，技术人员有效控制了电网黑启动的成功，系统恢复时间得到了快速缩减[1]。反之，若缺少科学合理的恢复方案，那么不仅会加长系统恢复的时间，更会扩大影响范围，产生巨大损失。2011年，日本因为自然灾害引发的停电事故，因为没有完善的应急方案，再加上管理者的决策失误，导致恢复进程特别缓慢，引发一系列后果，最终导致了核泄漏，对社会和自然环境造成了难以估计的损失。
近年来，随着“西电东送、南北互供、全国联网”，我国的电力系统逐渐实现规模性迅速增长。即便如此，我国电网也发生了一些停电事故。例如，2005年海南电网“9.26”停电，2008年初，由于中国南方地区雨雪冰冻，输电线路严重破冰，导致大面积断线等。由于我国的能源资源和负荷中心分布不均匀，西北地区的水电，风能，太阳能和坑口电力需要长途运输到中部和东南部沿海地区。因此，中国将建设世界最高电压等级和最大规模交流同步电网，东南部的沿海地区的高压直流输电将非常密集。如何安全稳定运行世界上最大，最复杂的电网正面临着前所未有的挑战。
2.风电接入对电力系统恢复的影响
2.1风电场接入对系统频率的影响
除了风电的间歇性和波动性外，风电接入电网后的随机性和不完全可控性是致使风电的输出功率频繁波动的主要原因。若风电的负荷为负值，风电波动与负荷波动的趋势是相同的，则电网的整体波动将减小，这有利于其调频。相反，若风电波动与负荷波动的趋势是相反的，则会增加系统调频的难度。当风电容量占电力系统较大比重时，风电对电力系统频率影响较大。
2.2 风电场接入对系统电压的影响
风力发电机组的控制方式主要分为恒电压控制和恒功率因数控制两种，其中恒压控制方式有利于保持系统电压。然而，在实际情况下，风电主要以恒功率因数控制方式运行。电网电压的主要影响因素包括电压波动，电压失真，电压降低等，其中风电场及其附近节点受影响最大。当风电接入电网并向电力系统提供有功功率时，常规发电机承担的负荷会减小，系统负荷一端的电压将会增加。
2.3 风电场接入对系统稳定性的影响
电压稳定性的变化是风电接入电网产生的最主要的系统稳定性的干扰。系统无功补偿主要是电容补偿且补偿容量与系统电压的二次方成正比，随着电力系统的电压降低，由电容器提供的无功功率下降。此时，风电系统对无功功率的需求将增大，这将导致电力系统缺乏无功功率，导致进一步的电压下降和电压崩溃。就暂态稳定性而言，目前风力发电机通常使用双馈异步电动机作为风力发电机的类型。在风电接入电网的容量较大的情况下，系统潮流分布发生变化，这也会导致系统瞬态特性的变化。
3.负荷恢复的方法研究
大量的国内外学者针对电力系统恢复中已有的诸多问题开展研究，对于电力系统恢复过程中的网架重构和负载恢复，已经有了丰硕的成果。
文献[2]首先估算出每步可恢复负荷量，按负荷权重排序后使用贪婪算法求解，最后修正贪婪算法的结果，并且该文献定义了负荷重要度。文献[3]建立了考虑冷负荷特性、系统频率、电压和发电机有功出力等动态约束的最优负荷恢复模型。文献[4]在网络重构的基础上，通过优化，得到最优恢复路径和最大允许恢复负荷量。文献[5]论述了相比于传统的火电机组，风电拥有更加快速的启动性。因此，机组启动的时间约束可以通过风电参与的方式来改善。论文还研究了风电加入到系统恢复的过程中是否可行。结果表明，风电接入能够促进系统的恢复，但系統的恢复过程没有被优化。
文献[6]提出了一种考虑风电并网中网架重构后期的源负荷协调恢复的决策和控制方法。首先，根据分工协作和解耦控制的概念，给出了负荷恢复、机组启动和电网充电的并联恢复控制策略。在此基础上，针对风电、负荷恢复和频率控制等问题，建立了基于分时决策的源负荷协调恢复控制机制。然后，构建一个目标协调优化模型，目标是最大化单时步负荷投入量和最短的运行时间。通过采用多目标分层次序方法，创造性地引入交流潮流近似线性化方法，将其转化为混合整数线性规划问题的解决方案，显着提高了优化效率。
4.电力系统恢复研究的发展趋势
在系统发生大停电事故后，系统的恢复控制不仅是电力系统运行的一个重要方面，也是整个国家应急管理系统的重要组成部分。电力系统恢复的优化控制不仅是一个简单的技术问题，也是与社会应急管理科学的交叉问题。在电力系统恢复优化控制研究中，不仅要从科学技术的角度寻求最优解，还要从应急管理的角度来考虑，在发生大停电事故后，通过最优控制的恢复将是停电造成的经济损失，并将对社会的影响降至最低。
目前还没有成熟的可用于商业化的电力系统恢复辅助决策支持系统。电力系统运行调度员迫切需要一个能够整合各种恢复优化策略的恢复辅助决策支持平台，能够处理电网的各种停电故障，并促进与现有EMS/DTS系统的集成。在电网停电后，调度员能够及时获知并了解电网的具体情况，进行电网恢复初始设置，自动生成优化的恢复方案，并对各恢复操作进行详细安全校验，对于有可能发生约束越限的情况给出相应的调整措施。
风电技术的发展和装机容量的扩大，使得风电在停电后可为系统恢复提供充足的功率支援，缩短对负荷重新供电的时间。另外，微网技术迅速发展，当主网发生大停电时，在合适条件下，微网中的分布式电源可保持对微网中负荷进行供电，还可对相邻微网乃至主网进行功率支援。系统恢复优化控制应能协调主网和微网的恢复进程，从而达到整体的最优。基于电压源换流器的新型直流输电（VSC-HVDC）技术优越的特性，其可望成为可靠的外部电源，用作大停电后的黑启动支持。
参考文献：
[1]唐斯庆，张弥，李建设，等.海南电网“9·26”大面积停电事故的分析与总结[J].电力系统自动化，2006，30（1）：1-7.
[2]钟慧荣，顾雪平，朱玲欣.黑启动恢复中网架重构阶段的负荷恢复优化[J].电力系统保护与控制，2011，39（17）：26-32.
[3]程改红，徐政.基于粒子群优化的最优负荷恢复算法[J].电力系统自动化，2007，31（16）：62-65.
[4]陈小平，顾雪平.基于遗传模拟退火算法的负荷恢复计划制定[J].电工技术学报，2009，24（1）：171-175.
[5]Seca L，Costa H，Moreira C L，et al.An innovative strategy for power system restoration using utility scale wind parks[C]// IEEE，2013：1-8.
[6]曹曦，王洪涛.大规模电网源荷协调恢复决策与控制方法[J].中国电机工程学报，2017，37（6）：1666-1675.