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1、 计及不确定性的电力系统黑启动方案评估计及不确定性的电力系统黑启动方案评估与电网负荷预测与电网负荷预测 Black-Start Schemes Assessment and Load Forecasting Considering Uncertainty in the Power System 学科专业：电气工程 研 究 生：李童飞 指导教师：林济铿 副教授 天津大学电气与自动化工程学院 二零一二年十二月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学
2、天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年 月 日 签字日期：年 月 日 摘摘 要要 电力系统是工程界中
3、最复杂的系统之一，其系统内部有大量的元件和物理过程，而外部又存在着纷繁复杂的各种扰动及影响因素。因此采用不确定性策略研究其相应问题，可以更为客观地把握电力系统的运行特点。本文采用不确定策略对电力系统黑启动和负荷预测两个问题进行了研究。黑启动是电力系统安全和紧急控制领域的重要研究内容，其主要任务是为电网大停电故障提供恢复解决方案，对电力系统的快速恢复具有重大意义；如何进行合理的黑启动方案评价是其重要研究课题之一。而负荷预测为电力系统的电源规划、出力调度和检修安排提供重要依据，是电力系统整体计划运行中的重要组成部分，如何提高其预测精度一直是一研究难题。本文针对上述两个问题，采用不确定策略进行了深入
4、研究，并取得了一定的成果。本文的主要内容和工作成果如下：1、对于黑启动问题，本文提出了“基于熵权模糊综合评价模型”的电力系统黑启动方案评估方法。本文在全面介绍黑启动整体过程和黑启动方案优选的步骤之后，针对黑启动方案评估中的不确定性问题，结合主客观评价信息的整合策略，提出了“基于熵权模糊综合评价模型”的电力系统黑启动方案评估方法。该方法利用熵权与专家权重的结合策略实现了主客观评价信息的整合，利用模糊综合评价模型处理了评估过程中评语语义边界和定性指标量化时的模糊性问题。天津电网黑启动方案评估的实际算例证明了该方法的有效性。2、对于负荷预测问题，本文提出了基于正态分布数支持向量回归模型的电力系统短期
5、负荷预测新方法。本文首先介绍了短期负荷预测的常用方法；接着基于本文所提出的“正态分布数”概念，获得了正态分布数支持向量回归模型；进而设计了该模型基于历史样本的辨识与训练方法；该模型因计及了预测输出变量的不确定性和区间性，而可以给出预测输出的更为合理的概率分布区间。在此基础上，本文进一步分析了模型特性，提出并证明了该模型“欠拟合样本”数量上界的两个重要命题，表明本文方法的训练误差是可控的。实际系统的计算结果证实了本文方法的有效性和正确性。关键词：关键词：电力系统不确定性 黑启动方案 模糊评价 负荷预测 区间预测 支持向量回归 ABSTRACT The power system is one of
6、 the most complex engineering systems with vast internal components and physical processes and numerous external disturbance as well as impact factors.Therefore,using uncertain strategies to study the corresponding problems shall be a desirable and objective measure to grasp the operational features
7、 of the power system.With the adoption of uncertain strategy,this thesis discusses two issues,i.e.black-start and load forecasting of the power system.Due to its ability to provide recovery solutions for power grid failure,which is of great significance to the fast recovery,black-start has been a vi
8、tal research topic for the power system security and emergency control.And reasonable assessment for black-start schemes is a core subject in its research and development.Load forecasting,which supplies considerable basis for generation planning,output dispatch and maintenance scheduling,is a critic
9、al portion in power system scheduling and operation,and how to improve forecast accuracy has attracted the attention of global research institutes and grid operators.In order to improve the performance of the traditional algorithms and methods in studying the proposed two issues,the thesis imports u
10、ncertain strategies to solve the problems of black-start scheme assessment and short-term load forecasting,and the simulation results verifies the effectiveness of the proposed methods.The main content of the paper is as following:1.For the subject of black-start,a comprehensive evaluation model bas
11、ed on entropy-weighted and fuzzy set for schemes assessment is proposed in this thesis.The main process of black-start and the procedure of its schemes optimization are introduced in detail.Then the comprehensive evaluation model based on entropy-weighted and fuzzy set is developed.In this model,the
12、 combination of entropy-weight and expert-weight is adopted to integrate the subjective and objective information;meanwhile,the fuzzy comprehensive evaluation method is used to handle fuzzy problems from the processes of defining the semantic borders for indices comment and quantifying the qualitati
13、ve indicators.The practical assessment of black-start schemes for Tianjin grid proves the effectiveness and availability of our proposed model.2.For the subject of load forecasting,this thesis proposes a novel Support Vector Regression(SVR)model based on Normal Distribution Number(NDN)for power syst
14、em Short-Term Load Forecasting(STLF).We first introduce some common models for STLF,then present the concept of“Normal Distribution Number(NDN)”for the first time,and based on which the Normal Distribution Number Support Vector Regression(NDN-SVR)model is obtained.Moreover,we also design the trainin
15、g method of this model.With the consideration of uncertainty and randomness,the NDN-SVR model can provide a reasonable probability interval for predicting output.In addition,characteristic analysis of this model is given and tow propositions for number upper bound of under fitting samples are also p
16、roved after introduction of algorithm in this paper.The tow propositions indicate that the training error number of our presented model is controllable.The performance of the application in actual system confirms the validity and correctness of our proposed method.KEY WORDS：Uncertainty of the power
17、system,Black-start schemes,Fuzzy evaluation,Load forecasting,Interval forecasting,Support vector regression 目 录 第一章 绪论.1 1.1 电力系统中的不确定性.1 1.1.1 不确定性概述.1 1.1.2 电力系统不确定性的来源和特点.2 1.1.3 电力系统不确定性的研究现状.4 1.2 黑启动研究问题概述.6 1.2.1 黑启动研究的背景和意义.6 1.2.2 黑启动研究现状.7 1.3 负荷预测相关研究.9 1.3.1 负荷预测的概念和意义.9 1.3.2 负荷预测的分类.9
18、1.3.3 负荷预测的研究现状.10 1.4 本文的工作.11 第二章 电力系统黑启动方案模糊评估方法.13 2.1 黑启动的一般过程.13 2.2 黑启动最优方案生成.14 2.2.1 黑启动电源和被启动目标电源的选择.14 2.2.2 黑启动初始方案生成.15 2.2.3 黑启动方案的电气校验.16 2.2.4 黑启动方案评估.19 2.2.5 黑启动最优方案生成流程.20 2.3 基于熵权模糊综合评价模型的电力系统黑启动方案评估方法.21 2.3.1 熵权与模糊综合评价.22 2.3.2 评估算法.24 2.4 评估算例及结果分析.28 2.5 本章小结.31 第三章 电网短期负荷概率区
19、间预测方法.32 3.1 短期负荷预测一般方法简介.32 3.1.1 时间序列模型.32 3.1.2 模糊预测模型.35 3.1.3 支持向量机（SVM）模型.37 3.2 正态分布数支持向量回归（NDN-SVR）预测模型.40 3.3 NDN-SVR 模型特性分析.45 3.3.1 灵敏度分析.45 3.3.2 训练“欠拟合样本”数量分析.46 3.4 基于 NDN-SVR 模型的短期负荷概率区间预测总体步骤.47 3.5 算例分析.50 3.6 本章小结.57 第四章 结论.59 参考文献.60 发表论文和参加科研情况说明.66 致 谢.67 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 电力系
20、统中的不确定性 1.1.1 不确定性概述 不确定性是指客观事物联系和发展过程中无序的、模糊的、或然的、近似的属性1。在数学研究范畴中，不确定性主要可以划分为随机性、模糊性和粗糙性。三者在外延和内涵上具有一定的差异。随机性是指事物因果之间关系的不确定性，即由事物发生的原因可推出多种可能的结果，而结果最终出现的状态难以把握。模糊性是指事物类属边界的不确定性，即在数量上没有明确界限、在质方面又缺乏确切含义；这种类属边界的不确定性，并不是由于人类主观认识不足造成的，而是事物自身的固有属性，是差异事物之间存在属性过渡造成的客观结果。粗糙性则是指事物的难以精确辨认性，即事物存在不精确、不一致、不完整情况而
21、导致描述信息的混杂和不完备性；粗糙性并不是事物客观存在的属性，而是由于人类主观论域知识的缺乏或信息采集手段不足造成的。人类对不确定性的认识是一个不断深化的过程。早在十六世纪，学者们就已经意识到了现实中的随机性问题，并进行了初步的研究；在随后几百年的发展中，逐渐形成了系统的随机性问题分析方法概率论与数理统计方法。1965 年，Zadeh 率先提出了模糊集的概念2，研究了模糊集的基本性质和基本问题，为模糊理论的发展奠定了基础；经过近五十年的发展，研究人员们在模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方面取得了许多成就，逐步完善了事物模糊性的研究方法。人类在粗糙性的认识和研究方面起步最晚，1982
22、 年波兰学者 Z.Paw-lak 提出了粗糙集理论，该理论可以有效地分析和处理粗糙性信息，并对数据进行推理，从中挖掘隐含知识，揭示潜在规律；粗糙集理论研究目前处在不断深化和攻坚阶段，正如其创始人 Z.Pawlak 所指出的那样，尚有一些理论层面的关键问题亟待解决，如用于不精确推理的粗糙逻辑（Rough logic)方法、粗糙集理论与非标准分析（Nonstandard analysis)和非参数化统计（Nonparametric statistics）之间的关系等。第一章 绪论 2 在工程领域中，不确定性问题存在于研究和实践的各个方面，必须加以处理和考虑，才能建立起描述物理世界的完整模型；进一步
23、形成对物理过程有效的不确定分析方法，从而对工程实践产生指导意义。1.1.2 电力系统不确定性的来源和特点 电能从产生到传输至用户终端，需要通过庞大的电力网络来完成，这一过程涉及到发电、输电、变电、供配电和消费等不同环节，涵盖着种类纷繁、数量巨大各种电气设备与负荷。因此，可以说电力系统是一个典型的大规模复杂非线性系统，其中自然而然存在着各类主观或客观的不确定性，甚至可以说，不确定性的影响在电力系统中无处不在。分析电力系统中不确定性的来源和特点，有利于对不确定性加以分析和处理，尽量预防不确定性带来的不利影响，并可以针对问题提出相应的解决方案。电力系统中的不确定性来源主要有：(1)本质的内在不确定性
24、。不确定性是事物的客观本质属性之一，不确定性是绝对的，确定性是相对的3。所以，电力系统中的各种一二次电气设备、基本元件等自身内在的不确定性是电力系统不确定性的最主要来源。(2)外部扰动的不确定性。电力系统与外部环境直接接触与交互，其运行很容易受到各类外部扰动的影响。比如在短期负荷预测中，气象因素就是一个重要影响因素，当气温冷热剧变、持续高温或低温、产生降水等情况发生时，日负荷将受到较大影响；再比如随机发生的雷电灾害，其在发生时间和地点上均具有不确定性，对电网可靠性和风险性评估也产生巨大的影响。(3)信息采集和传输的不确定性。由于测量原理的近似、方法的局限和操作的不精确，加之量测过程中可能受到周
25、围环境变化和电磁场的干扰，某个具体量测值的出现呈现着很大的不确定性，难以保证与理论值相同。同时，在信息传递的过程中，失真、丢包等问题不可能完全避免，加之完整信息获取成本过高，信息接收端很难获得精确的信息，这也必然导致分析和决策具有不确定性。(4)主观决策行为的不确定性。经济学研究的前提基础之一就是认为经济人及其行为均具有完全理性。但是实际上，由于前面所述外部扰动的不确定性、信息获取和传递的不确定性，加之决策主体认知能力有限、在现实判断和决策中充满偏好，因此个体主观决策行为在实际中仅具有“有限理性”。有限理性是指个体的行为接近理性，但只是一种较弱的利己性假设，在面对主观局限性约束时，选择看上去尽
26、可能好的结果4，第一章 绪论 3“既是有意识理性的，但这种理性又是有限的”5。因此，个体根据自己的经验、知识和获取的信息作出的实际决策行为也具有很多不确定性。(5)预测的不确定性。预测是电力系统中决策的先导，领域内常见的预测有负荷预测、可再生能源出力预测等。预测方法可分为定性方法与定量方法两种，定性方法依赖于人的主观分析，而人的主观决策行为充满不确定性；定量方法虽然强调数据的挖掘和逻辑的推理，然而描述预测过程的数学模型也具有局限性，只能是对客观对象的近似反映，无法真实反映对象方方面面的不确定因素。因此，定性与定量方法都难以精确反映事物未来发展的完整趋势，使得预测结果也必然存在着不确定性。而以预
27、测结果为参考和导向的相关决策行为，也就不可避免地产生了不确定性。所以预测的不确定性也是电力系统不确定性的来源之一。电力系统中不确定性来源很多，其不确定性也具有一般意义上不确定性的共同特征，然而电力系统毕竟是一个大规模复杂混合系统，其不确定性还有许多独特之处，主要包括以下几个特点：(1)交互影响性 交互影响性表现在两个层面。首先，电力系统中客体的大量不确定性是具有自身发展特性和规律的，不同的客体不确定性之间将相互影响；比如雷电灾害的风险分析不确定性影响者电网规划，负荷预测的不确定性影响出力安排，而电网规划与电源装机容量不确定性又反过来制约用电负荷。其次，客体的不确定性普遍存在且影响电力系统决策主
28、体的分析和行为，而决策主体分析和行为本身的不确定性又将新的不确定因素反馈到了客体之上，使得主客观不确定性交互影响、息息相关。(2)存在与产生的可转化性 存在与产生的可转化性也可以从两个层面来理解。一方面，除去单元本身的根源不确定性，电力系统中的一些主客观不确定性是由于其他业已存在的不确定性而导致的，比如信息的不确定性就必然导致了信息处理的不确定性。另一方面，由其他不确定性导致而产生的不确定性，又可能成为别的不确定性产生的原因。(3)外部联系性 电力系统中的不确定性与其所处自然、人工环境和其他行业影响均有密切联系。研究电力系统的不确定性，绝不能脱离其所处的客观环境，不能单纯孤立地将某些不确定性现
29、象剥离出来研究，必须从整体和全局出发，全面考虑不确定性的内外部成因，只有这样才能系统地掌握不确定性规律，发现问题的本质。(4)特定情况下的显著风险性 第一章 绪论 4 电力系统是国民经济发展的关键命脉之一，深刻影响着社会生活的各个方面。而某些特定的不确定性问题，如自然灾害的发生等，可能会给电力系统运行和决策带来较为重大的不良后果，往往影响范围广泛，会造成巨大损失。(5)某些不确定性的双重性 双重性是指，虽然不确定性的存在可能会造成研究问题的复杂性或给系统运行决策带来风险和损失，但是也可能带来收益或带给从前难以分析的问题以新的解决思路。因此，针对整个电力系统研究、运行和决策而言，应该辩证看待不确
30、定问题，并且建立科学合理的辨识、分析、评估与管理手段，以实现趋利避害。1.1.3 电力系统不确定性的研究现状 电力系统不确定性涉及到电力系统建模、预测、规划、运行、分析、评估和管理等方方面面问题的研究，覆盖领域广，内容繁多，这里主要从不确定性电力系统预测、不确定性电力系统规划、不确定性电力系统评估、不确定性电力系统运行四个领域简单总结国内外不确定性问题的研究情况。(1)不确定性电力系统预测 不确定性电力系统预测主要包括负荷预测和电量供需平衡的有关研究。关于不确定性负荷预测的研究内容，将在 1.3.3 中予以详细介绍。这里着重介绍一下关于电量供需平衡的相关内容。电量供需平衡是电力系统规划、运行方
31、式安排的重要科学依据之一。早期的电力电量供需平衡研究主要集中于不同类型电源在日负荷曲线上工作位置的安排方式。文献7就电力电量平衡中各电站在日负荷曲线上工作位置提出了一种分解变换模式。文献8在水电发电资源充沛的基础上，提出了一种余荷逐次后移法以平衡日电量。当前，国内外关于不确定型电量平衡的研究热点主要是风电、太阳能等分布式可再生能源电源接入系统时带来的不确定性平衡与运行问题。文献9基于风电接入发电控制的模型分析了风电出力波动与联络线功率交换随机误差的关系。文献10在计及调峰和高峰时段备用的基础上，提出了基于电力平衡的最大接纳风电能力可能性的计算方法。文献11分析了各类分布式发电电源对电力系统电量
32、平衡的可能性影响。(2)不确定性电力系统规划 随着电力行业的不断发展，负荷、供需平衡等关键因素呈现很大不确定性。如果不能有效考虑这些不确定性因素，将会使电力系统规划方案难以满足实际运行的需要。因此，如何考虑负荷、供需平衡等因素的不确定性，成为了电网规划模型研究的重要问题12。文献13协调考虑投资费用、可靠性指标以及 N-1 校验问题，提出了基于模糊理论的多目标动态电网规划模型。文献14将模糊理论与电网规划结合起来，采用“模糊供电总成本最小”为优化模型目标函数，并使用第一章 绪论 5 遗传算法求解。文献15在考虑发电机可用率和负荷预测不确定性的基础上，设计了模糊直流潮流计算方法作为电网规划的基础
33、工具。文献16设计了一种随机规划模型，该模型利用统计特性参数描述电网规划中的先验规律，采用概率方法处理可能性扰动；在指标获取方面，采用随机潮流获得电网的潮流指标。文献17在处理电网规划各节点的不确定性信息时采用了盲数相关理论，提出了以盲数为基础的电网规划直流潮流计算模型，但是该模型复杂度高、计算量大，一旦遇到大规模电网规划问题应用上则较为困难。文献18建立了基于等微增率准则的多场景电网灵活规划模型，提出了电网规划初始投资和补偿投资的概念。(3)不确定性电力系统评估 这里主要从元件的可靠性评估和系统安全性评估两个方面来进行综述。元件运行可靠性指标以往都是通过其运行历史数据统计分析出的，然而在不确
34、定性环境下，仅仅通过统计手段无法完全满足工程实践的需求，通常还需要从另一个角度考察元件的生命周期中的运行可靠性。运行可靠性分析的基本思路是：把元件生命周期中的运行轨迹视为一个连续的随机过程，正常运行、随机故障、离线检修等元件状态可以作为随机过程的样本空间，对该随机过程建立数学描述模型，并拟合其中状态的概率分布情况，就可以进一步计算得到元件的可靠性指标。文献19采用概率分析中各种典型的概率分布模型来拟合元件寿命分布，进一步采用马尔柯夫过程评估元件可靠性。文献20分析了元件生命周期中的随机状态，建立了不同的状态转移模型对元件生命周期进行了详尽描述。电力系统安全性是指在动态条件下电力系统经受突然扰动
35、并不间断地向用户供电的能力21。从定义可以看出，电力系统安全性评估本身就是一个需要综合考虑不确定性的问题。文献22从整体层面介绍了电力系统的概率安全性评估体系，并提出了评估的总体框架。安全性评估的方法主要有解析法和模拟法，其中模拟法主要指序贯、非序贯和准序贯蒙特卡罗模拟算法。蒙特卡罗算法是计算不确定性概率问题评估指标的有效方法，文献23从蒙特卡罗模拟法的角度计算安全性评估指标，并总结了将充裕度和安全性相结合的可靠性评估方法。文献24则提出了基于风险分析的电压稳定性评估方法。(4)不确定性电力系统运行 在不确定性电力系统运行领域中，我们以典型的随机潮流为例进行介绍。随机潮流(或概率潮流)是潮流计
36、算中的特殊问题，在 1974 年首先由 Borkowska 提出，主要思路是在潮流计算中计及节点负荷等的不确定性，并通过卷积积分计算线路潮流的概率分布函数25。虽然 Borkowska 的随机潮流思想具有开创意义，但是其设计的计算方法极为复杂，使得随机潮流在工程中实用性不足。此后，许多学者对随机潮流的算法展开了研究，取得了一些成就。文献26对随机潮流模第一章 绪论 6 型提出了一系列简化计算过程的假设，在工程实际可以允许的范围内简化了潮流计算方法。文献27提出了基于线性映射关系与直流潮流模型的改进卷积方法，考虑了节点上注入功率与节点电压相角之间的关联影响和各种不确定性，在一定程度上减小了由于模
37、型简化而导致的误差，提高了计算精度。也有一些学者将随机潮流分析应用在实际当中，如文献28利用随机潮流分析计算了输电线路的可用输电容量；文献29则在短期系统规划与运行中采用随机潮流分析方法。由电力系统不确定性相关研究的综述可以看出，不确定性问题在电力系统研究中是一个庞大而复杂的研究课题，几乎涉及到了电力系统从模型建立、预测规划到优化运行、分析评估再到电力市场的全部内容。因此作为普通研究者，不可能在短时间内使研究面面俱到，只能首先选取小的研究侧面入手进行分析研究。本文从电力系统两个研究领域的两个方面安全与紧急控制研究领域的黑启动方案评估和预测研究领域的短期负荷预测入手对其涵盖的不确定性问题进行了初
38、步分析和处理。在具体阐述本文所做的工作之前，首先简要介绍一下黑启动和负荷预测的相关概念以及研究情况。1.2 黑启动研究问题概述 1.2.1 黑启动研究的背景和意义 目前我国经济进入高速发展期，而电力作为国民经济的基础产业，也进入了发展的快车道。随着社会各方面对电力需求的不断提高和电力产业建设投入不断加大，大容量临界、超临界机组，高压、特高压长距离输电线路与交直流混合输电系统大量投入使用，使得大规模互联电网的格局初步形成。在电力系统设备和技术不断升级的同时，用户对电网安全、稳定与可靠性的渴求也与日俱增。尽管电力系统安全性问题已经引起相关工作者足够的重视，许多相应的安全措施和保护装置也已经被采用，
39、但是由于大电网极大提高了各级电网的互联性，使得影响电力系统安全稳定运行的因素变得愈发复杂，自然灾害、人员操作失误或自动控制设备失灵等问题难以避免，而这种牵一发而动全身的电网事故可能会造成系统解列甚至崩溃、机组全停，导致大面积、长时间的停电事故，对人们的生产生活造成严重影响，带来巨大的经济损失。近十年来我国就发生多起电网全停事故，如 2003 年 9 月 9 日，西藏藏中电网发生大停电事故；2005 年 9 月 26 日，海南电网发生全停事故等，都显示出我国电力系统安全防御方面存在着极大隐患。在国际上，大停电事故也频频发生，如 2003 年北美发生了历史上最大规模的停电第一章 绪论 7 事故；2
40、005 年俄罗斯、印尼均发生了大停电事故，影响用户数以亿计；最近的一次事故发生在2012年7月，印度北部的两次大停电事故波及印度国内22个邦，超过 6 亿人的日常生活受到影响。由于现代电力系统重大停电事故难以完全避免，因此在研究停电预防措施的同时，必须对停电后的快速应对措施给予更高的重视。而黑启动正是这样一种应对措施，为停电事故发生后系统的供电恢复提供快速有效的解决方案。所谓黑启动，是指在系统故障导致电网大面积停电后，系统依靠外部电源（外网启动）或者内部具有自启动能力发电机组（内网启动），带动系统内无自启动能力机组，形成恢复供电的子系统，并在此基础上逐步恢复整个系统的过程。黑启动恢复方案则是根
41、据电网情况提前制定的详细而有效的路径或系统恢复方案，可以保证在最短的时间内恢复电网出力，保证社会安定，最大限度降低经济损失。所以，对黑启动关键问题进行深入研究，可以在事故后加快系统恢复速度、减少损失，取得显著的经济和社会效益。1.2.2 黑启动研究现状 黑启动研究始于上世纪八十年代，目前国内外有众多专家学者和电力工作者对黑启动相关问题进行着深入研究，主要涉及到黑启动电源的选择、黑启动初始方案的生成、黑启动过程中的电气分析、黑启动方案的评估、黑启动网络重构与恢复和黑启动决策支持系统开发等方面。在黑启动电源选择方面，文献30提出了基于事故损失最小化的黑启动电源选择模型，将方案的经济成本和停电事故风
42、险损失结合起来综合分析，并以此为依据选择最优黑启动电源;文献31提出基于社会效益最大化的黑启动电源规划，建立了以社会停电损失最小为目标的黑启动电源规划模型，用以优化黑启动电源的安装位置及容量；文献32将电压源型直流输电系统作为网络的黑启动电源，取得了一定成效。在黑启动初始方案生成方面，文献33利用网络拓扑分析技术和专家系统对黑启动方案生成问题进行了研究，为相关工作人员进行黑启动恢复提供了一个科学有效的参考；文献34结合天津电网的特点，介绍了天津电网黑启动方案的编制及实施情况；文献35提出了基于规则的黑启动初始路径方案深度优先搜索策略，缩短了黑启动初始路径的生成时间。黑启动过程中的电气分析方面，
43、文献36分析了黑启动过程中恢复空载长距离架空线路时，出现内部过电压的原理，并建立了电压电磁暂态仿真计算模型；文献37对黑启动过程中的操作过电压问题进行了分析和仿真，并提出了相应的应对措施；文献38提出了一种简易的黑启动自励磁判据，用以在黑启动过程中快速判定自励磁的产生情况。在黑启动网络恢复与重构方面，文献39提出了一种基于分时步策略的优化方第一章 绪论 8 法，用以在黑启动网架重构阶段进行负荷恢复；文献40着重研究了黑启动中负荷恢复与子系统并网的问题，提出了在负荷恢复时仿真各子系统频率变化的模型和算法，可以很好地解决在负荷恢复阶段并网电压差优化控制问题；文献41研究了不同黑启动方案对系统网络重
44、构和负荷恢复的影响问题。对于黑启动方案的辅助快速形成、评估及校核，已有研究人员设计了相应的一些辅助决策支持系统，文献42从理论及工程实际需求出发，提出了黑启动决策支持系统的相关概念，并对系统的结构和相关算法进行了探讨。文献43开发了一套基于 C+、QT 以及 SQL SERVER 的黑启动决策支持系统，可以较方便实现对黑启动过程的辅助决策，但是其计算功能略为简单，仅包括潮流计算和故障计算，并没有考虑自励磁、稳定性等计算校核内容，且其基于知识库的方案评估排序方法，因知识的获取是个难点，故实用性还有待进一步提高。下面着重阐述一下黑启动方案评估方面的研究现状。黑启动方案评估方法从大类上讲可以分为确定
45、性和不确定性方法。其中确定性方法不考虑评价指标的模糊属性，如文献44提出了基于层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)的评估方法，其判断矩阵一般是由决策者凭主观经验给出，经两两比较而计算获得，该方法主观选择色彩较为浓厚，而客观性有待提高；文献45提出了利用数据包络分析(data envelopment analysis，DEA)方法进行黑启动方案的有效性评估，其缺点是只能给出某一方案的相对有效性值，而不能实现对多个路径方案的排序；文献46提出了 DEA 的改进方法群体标准法(group standard method，GSM)，此方法可以实现多个路径的排序，但
46、是在不同方案之间指标较为接近而单一方案本身各指标差异较大的情况下，效率评价差异不明显；文献47提出基于DEA/AHP 模型的黑启动方案评估方法，充分利用了 2 者的优势，但由于其判断矩阵是通过 DEA 方法获得，一旦各方案水平相近，可能出现相对有效性相同的情况并导致最后生成元素全为 1 的判断矩阵，致使评价无法进行；文献48提出了基于理想解逼近排序法（technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS）的黑启动方案评估方法，该方法简单实用，但是该文章直接假定权重为已知，并没有讨论权重的获得问题，所以如何获得
47、合理的权重是该方法需进一步完善的关键点之一。以上确定性方法都没有考虑黑启动方案评估中指标的模糊性。为了更好地考虑指标的实际工程贴近度，计及定性指标的模糊性，许多文献提出了利用模糊评价方法来进行黑启动方案评估。文献46,49提出了基于模糊 DEA 的黑启动方案评估方法，该方法虽然考虑了评估指标的模糊性，但其与确定性 DEA 方法一样，均不能对多个方案进行优劣性排序；文献50,51将模糊技术与 AHP 结合起来，提出了把 AHP 和模糊技术中区间数方法相结合的黑启动方案评估方法，但是由于其方法的核心仍是 AHP 方法，因此仍可能出现因第一章 绪论 9 判断矩阵无法通过一致性校验而评价无法进行的问题
48、；文献52提出了基于模糊多属性决策方法（fuzzy multiple attribute decision-making method，FMADM）的黑启动方案评估方法，该方法涉及到海明距离，计算过程较为繁琐复杂。从以上论述可以看出，目前的黑启动方案评估方法，不论是基于确定性还是不确定性，均存在一定的问题，还有待提出新的方法加以改进和提升，这也是促使本文进行该方面研究的主要原因。1.3 负荷预测相关研究 1.3.1 负荷预测的概念和意义 负荷预测是指以电力系统负荷自身因素、外部经济气象等影响因素为对象，通过对历史数据的挖掘和分析，发现各个因素间的相互关系和变化规律；并以内外部因素随时间的变化发
49、展为依据，对电力需求做出预先的推断53。负荷预测是传统电力系统规划、计划、用电和调度中的一项重要内容，是能量管理系统(EMS)的一个重要模块。准确的负荷预测，在电力系统规划方面有利于决定未来新增发电机组的位置分布和容量配置，为电网改造、建设和增容提供科学依据；在电力系统运行调度方面，可以为经济科学安排网内机组停运提供保证，减少不必要的备用容量和发电损失，提高经济效益；在电力系统维护方面，可以作为检修计划安排的重要依据之一，保证供电质量和可靠性。因此，负荷预测能力的高低已经成为衡量电力企业发展水平的重要标准之一。在当前电力市场蓬勃发展、智能电网建设不断推进的大背景下，负荷预测的意义则更加凸显出来
50、。在电力市场中，参与市场行为的发电者、电网管理者、供电者、电力用户和交易中心都需要通过负荷预测系统提前获得市场未来的负荷水平情况，以作为电力交易价格趋势和系统安全水平的重要判断依据。在智能电网环境中，需要考虑各种分布式电源和储能设备的接入情况，这时负荷预测也可以为分布式电源的投切、储能设备的充放电计划提供合理而科学的依据，提高整体的智能电网运行经济水平。由此可见，无论是传统电力系统还是现代电力系统，负荷预测研究都具有重要意义。1.3.2 负荷预测的分类 负荷预测最常见的分类方法是按照时间期限进行分类，可以分为中长期、短期和超短期负荷预测。中长期负荷预测通常以年或月为单位，对未来 3 到 5 年