杜敏、刘绚、周元刚（湖南大学电气与信息工程学院）于2023年6月25日在《电力系统自动化》（第47卷第12期）发表了一项关于高比例可再生能源电力系统韧性增强策略的研究。该研究聚焦极端事件（如自然灾害或人为攻击）与风电出力不确定性对电力系统安全运行的威胁，提出了一种基于自适应鲁棒优化（Adaptive Robust Optimization）的防御模型，旨在提升电力系统的韧性（resilience）能力。
学术背景
随着能源转型的推进，电力系统中可再生能源渗透率提高，但风电出力的间歇性和波动性加剧了系统运行风险。极端事件（如台风“彩虹”导致湛江大规模停电、委内瑞拉电网因物理攻击瘫痪）进一步暴露了传统电力系统防御策略的局限性。现有研究多基于N-k准则或防御-攻击-防御框架（Defense-Attack-Defense Framework），但往往忽略新能源不确定性对防御策略的影响。为此，本研究提出了一种融合风电不确定性集与极端事件应对的韧性增强模型，目标是为电力系统调度员提供兼具鲁棒性和灵活性的防御方案。
研究流程与方法
研究分为四个核心环节：
不确定性建模
- 构建了自适应鲁棒多面体不确定性集（Adaptive Robust Polyhedral Uncertainty Set），描述风电出力波动范围。其数学表达式为：
[ \vartheta = \left{ \sum_{w=1}^{nw} \left| \frac{p{w,w} - \bar{p}{w,w}}{\delta p{w,w}} \right| \leq \gamma \right} ] 其中，(\gamma)为不确定性预算参数，可调节策略的保守程度。
韧性增强框架设计
- 采用三层防御结构：
- 事前预防：通过线路加固策略（如选择关键线路加固）降低系统脆弱性。
- 事中响应：攻击者模拟“最恶劣”场景（如多线路中断与风电出力极限波动），最大化系统破坏。
- 事后缓解：调度员通过切负荷、机组出力调整等手段恢复系统平衡。
- 模型目标函数为最小化总成本（加固成本+运行成本），约束条件包括功率平衡、线路潮流限制等。
模型求解算法
- 采用列与约束生成算法（Column-and-Constraint Generation, C&CG）将问题分解为主问题（确定加固策略）和子问题（生成“最恶劣”场景），通过迭代求解获得全局最优解。
- 关键技术突破：
- 对双线性项（如(\lambda_b(\bar{\nu}_w - \underline{\nu}_w))）使用大M法（Big-M Method）线性化处理。
- 引入整数变量(\nu_w)确保风电出力取区间边界值。
仿真验证
- 测试系统：IEEE RTS-79（36条线路）和IEEE RTS-96（110条线路），风电渗透率>35%。
- 实验设计：
- 对比不同风电不确定性预算(\gamma)和线路加固预算(b_l)对系统总成本的影响。
- 与鲁棒优化模型（文献[18]）和传统防御模型（文献[4-6]）进行性能对比。
主要结果
风电不确定性预算的影响
- 当(\gamma)从0增至4时，IEEE RTS-79系统总成本上升38.4%（从26,083.89美元/h至29,296.54美元/h），表明高保守策略需付出更高经济代价。
- 附录表A1显示，不同(\gamma)与线路中断预算(b_a)组合下，“最恶劣”风电场景集存在显著差异，验证了动态调整防御策略的必要性。
线路加固策略优化
- 在(b_a=3)时，增加加固预算(b_l)可使系统总成本降低30.2%（从58,289.81美元/h至38,775.26美元/h）。附录表A3显示，关键线路（如线路37）的加固能有效阻断连锁故障。
算法效率
- IEEE RTS-96系统的求解时间<10分钟（563.31秒），证明C&CG算法适用于大规模系统。
模型优势
- 相较于文献[18]的鲁棒模型，本文模型在(b_l=3)时降低总成本12.1%（54,267.56美元/h vs. 54,929.46美元/h）。
结论与价值
科学价值
- 首次将风电不确定性集与极端事件防御框架结合，填补了高比例可再生能源系统韧性研究的空白。
- 提出的多面体不确定性集和C&CG算法为复杂电力系统优化提供了新工具。
应用价值
- 调度员可通过调整(\gamma)灵活平衡经济性与安全性。
- 线路加固策略为电网规划提供了量化依据，例如IEEE RTS-79中线路25、41、61、104被优先加固。
研究亮点
- 创新性方法：自适应鲁棒优化框架实现了极端事件与内部波动的协同应对。
- 工程实用性：算例验证覆盖不同规模系统，参数敏感性分析为实际调度提供指导。
- 开源贡献：模型代码基于MATLAB/CPLEX实现，可复现性高。
其他价值
研究指出未来需进一步探索极端事件动态不确定性（如级联故障）与风电出力时空关联性，为后续研究指明方向。
（注：附录内容需参考期刊网络版，此处未详细展开。）