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电力安全是能源供应安全的重要组成和基本保障,其系列关键科学问题被列为“面向国家重大战略需求的基础研究”。电网大规模互联,随机性、波动性新能源渗透率逐渐提高,为电力系统带来了巨大社会经济效益,但也增加了系统拓扑和动态性能的复杂性,为防控大停电带来了新的挑战。同时,未来电网应提供更加安全、可靠、优质的电力供应服务,又为防控大停电风险提出了更高的要求。因此,在新挑战和高要求双压力驱使下,有必要围绕复杂电网的安全,对电网的脆弱性进行评估分析,识别薄弱环节,并提出加强薄弱元件的骨干网架差异化规划方法,以预防和减少大停电事故的发生。电网大停电事故发生往往是多重因素交织影响的,一方面是电网处于非正常状态或遭受扰动,某种脆弱源被激发,这是其“因”;另一方面被激发的“因”在电网中传播导致连锁故障,这是大停电事故由因到果的环链“过程”;还有一方面与网架中的局部脆弱元件相关,是电网网架中的局部脆弱元件导致系统功能失调的体现。因此,本文在国家自然科学基金“考虑脆弱性指标的电力系统差异化规划理论与方法”等项目的资助下,从停电事故的脆弱源、演化过程和网架脆弱环节几个方面研究电网的脆弱性,分析导致大停电事故的机理;并提出以重要元件为基础的电网差异化规划模型与方法,建立坚强骨干网架,预防大停电。本文取得的研究成果如下:第一,为发现导致停电事故的脆弱源,基于停电事故时间序列,结合压力与释放PAR风险模型与信息熵权思想,提出了大停电事故脆弱源的风险熵风险评估模型。模型考虑了电力系统的恢复能力,体现了自愈恢复性好的系统风险水平较低;考虑了干扰事件的探测程度,体现出可探测性差的干扰带来更大的风险;通过熵权加强系数,克服了概率直接相乘带来的小概率事件易被轻视的缺点。模型中,提出了基于对数分区-秩和的停电概率与停电规模之间的幂律分布参数估计方法,实现简单且估计精度高。通过欧洲输电协调联盟（UCTE/ENTSO-E）2002年2015年停电事故序列,得出最主要的三类脆弱源依次为其它和未知原因（RE6）、极端天气、自然灾害（RE5）和网架中的保护设备或其它元件的故障（RE3）,这将为系统规划设计和决策提供参考。第二,为探究大停电事故空间分布规律及脆弱区域,提出了考虑电网区域特征的时空演化模型及分形特性研究方法。考虑各区域电网在负荷增长、线路改造、能源地理分布、规划管理导致的拓扑变化等几个方面的区域特征差异性来建立电网时空演化模型;同时提出了实际停电事故序列区域电网与大电网之间的分形特性分析方法,得到电网脆弱区域。从所提出的模型和实际电网停电事故序列发现了电网演化发展与分形维数的关系,区域电网之间、大电网与区域子电网间具有相近的分形维数值反应出其拓扑发展和演化的相似性,为建立复杂电力系统递阶结构和自相似模型提供理论依据。第三,为辨识引起大停电事故的脆弱线路,提出了两种基于电网对偶模型的电气PageRank算法（E-PageRank）算法:包括基于拓扑对偶模型的TE-PageRank算法和考虑线路故障交互影响的FE-PageRank算法,利用其PR值识别线路重要性。用复杂网络中的节点代表电网中线路、线路代表电网线路之间的关系构建电网拓扑对偶模型;考虑电网线路电压等级、传输潮流、邻居线路的供电性能,提出TE-PageRank算法,识别拓扑结构中承担能量传输的重要线路。用线路间故障后交互影响的频次关系建立电网线路交互模型,考虑故障前所承担潮流值、线路故障率、邻居线路的故障影响,提出适合电网线路交互影响对偶模型的FE-PageRank算法,识别出引起连锁故障的脆弱线路。对偶模型的提出与应用,可以将常规关注节点的方法应用扩展于线路。仿真表明E-PageRank算法有效、收敛速度快、识别精度不易受参数变化的影响。第四,为加强薄弱环节构建输电网骨干网架,提出了一种以重要节点和线路为基础的输电网差异化规划优化模型及方法。提出了计及节点分类特性的电网重要节点识别方法,并利用电网对偶模型的E-PageRank算法识别重要线路,评估电网中重要元件。然后提出在满足骨干网架规划经济性的基础上,同时寻求保留线路和节点的PR值之和最大来表征重要度的核心骨干网架差异化规划模型,并利用二进制粒子群算法对模型进行求解。算例结果表明该模型不仅能很好地覆盖重要节点和重要线路,而且满足规划的经济性以及电力电量平衡。第五,为提高灾害时重要负荷的保供电能力,提出配电网差异化规划流程、模型与方法。配电网差异化规划流程方法包括:特殊负荷认定与预测、现状分析、特殊负荷保供电方式选择、高标准电网规划,为配电系统实施差异化规划提供实际指导;提出了差异化投资增量最小的配电网高标准差异化规划模型,采用改进的遗传算法、结合最小生成树算法（MST）、辐射状约束维持方法进行求解,其中辐射状约束维持方法也可以推广应用到普通配电网规划和重构问题中;模型结果分析显示该模型和方法能有效实现减灾效益。本文围绕预防大停电这一主题,提出了大停电事故脆弱源的风险熵风险评估模型、考虑电网区域特征的时空演化模型及分形特性分析方法、识别网架脆弱环节的对偶模型及E-PageRank算法、电网差异化规划模型与方法,表明抓住引起停电事故的主要脆弱源、利用各区域电网之间的空间分布规律、关注脆弱区域、把握拓扑重要环节以及实现重要元件差异化规划是改善电网脆弱性、预防大停电的重要方面,能够为提高电网安全进而保障国家能源安全提供一定的参考。