现代电力系统的运行方式趋于多样化。在节能环保、减排增效的社会需求下,可再生能源在电力系统中的比例逐步攀升,电力系统与其他能源系统的结合越来越紧密,电力用户的用电需求差异和市场参与热情不断增强。与此同时,电力系统的安全和可靠运行也面临着更为复杂且多样的风险。例如,当间歇性可再生能源机组、燃气轮机等大量接入电力系统后,不合理的调度运行方式可能引起的调频和旋转备用不足问题,导致频率波动、诱发大面积停电甚至系统崩溃。市场化手段可以有效反映供能成本,为不同的用电需求提供差异化服务,为小规模的能源机构提供参与市场的平台,促进资源的合理配置,但也将电力系统暴露于更多来自市场和其他市场主体的不确定性之中。因此,合理管控电力系统运行过程中的安全和经济风险,为关键负荷提供电力供应保障,并对停电事故后的恢复问题进行比较全面、深入和系统的研究,对于减少停电事故的发生频率、降低停电的社会损失、加快电力设备和用户供电的恢复具有重要意义。在此背景下,本文从电力系统运行风险管控、关键负荷供电保障和电力系统恢复三个方面出发,对电力系统事故前和事故后的调度决策和优化方法开展了比较深入的研究。主要研究内容如下:1)提出基于系统健康状况分析(well-being analysis,WBA)的电力系统运行安全风险的管控方法。考虑现代电力系统中的新型能源结构,以及和其他能源系统的耦合关系,分析电力系统不同安全风险的来源和影响,并以含可再生能源机组和大量燃气机组(gas turbine,GT)的电力系统为例,提出针对现代电力系统存在多种耦合关系的状态分析方法。首先,分析GT的快速反应特性,并探讨对GT接入比例不断增加的电力系统进行WBA的具体定义和应用改进,然后结合需求波动、出力计划以及GT的运行风险估算GT能够提供的等效备用容量。之后,分析各种分布式电源的出力特性和供电能力,并考虑电力系统调度运行所面对的不确定性,利用WBA对GT渗透率不断增加的电力系统进行安全运行能力评估,并研究不同GT接入比例下降低电力系统运行安全风险的有效方法和措施。2)探讨电力系统运行经济风险和调度规避手段,以解决来自价格、需求和其他能源市场的不确定性所带来的风险。随着我国电力市场改革的深化,售电侧逐步开放,已经成立了数以千计的电力零售公司并参与了电力零售业务。考虑现代能源市场的构成,以及不同的市场交易方式和主体,在间歇性可再生能源接入比例不断增加的背景下,分析电力系统不同经济风险的来源和影响,着重论述和探讨来自天然气和电力系统的协同调度运行的经济风险以及计及价格和需求波动的电力零售公司的购电组合优化。首先以小时为单位构造负荷需求和电力价格向量并采用区间数来描述负荷和电价的波动范围,同时模拟零售公司在用户侧实施分时电价时对负荷调整和所占市场份额的影响。然后以电力零售公司日利润总和最大为目标建立购电组合优化的强化区间线性规划模型,并求取解析解。所提方法计及追求利益最大的电力零售公司所需要考虑的负荷和电价的不确定性,以管控购电组合决策中的市场风险。3)提出电力系统应急服务多点的最优选址规划方法,以保证应急资源及时运送,对关键负荷提供电力保障,满足不同电力用户的需求差异,进而有效降低停电损失。具体地,首先通过综合考虑用户停电损失、停电时限约束以及应急服务点的服务成本,构建以电力应急总成本最小为优化目标的应急服务多点选址的优化模型。之后,采用Floyd算法和图论理论求解该优化模型。然后,结合电力用户电力保障需求,提出适合服务区域的合理的电力系统应急服务多点的最优选址规划方法。所提模型和方法可以均衡关键负荷的电力保障需求和应急服务成本,为服务区域提供有针对性的选址方案,有助于电力应急服务的经济可持续发展。4)提出基于组合策略和图论理论的电力系统恢复策略的优化方法,并在恢复过程中同样加入对关键负荷电力保障的考虑。针对恢复进程和系统特点,分别提出采用熵权方法进行发电机组的并行恢复动态决策方法和面向路径的电力系统网络重构恢复策略。一方面,从全局层面研究并行恢复动态决策方法。首先根据各个发电机组的状态信息,确定每个恢复供电方案对系统全局恢复的效益。之后,建立基于熵权法的机组并行恢复动态优化决策的混合整数线性规划模型,寻求互不冲突的恢复供电方案最优组合。所提模型计及各个发电机组的状态信息,并能够协调恢复过程中不同机组间的需求冲突。另一方面,将图论理论应用于传统电力系统恢复策略研究中,提出一种面向路径的电力系统恢复策略。首先基于电力系统恢复问题中的约束条件,针对电力恢复问题的专门的最小生成树来形成恢复策略,之后改进用于获取最小生成树的Prim算法。所提网络重构方法可以兼顾重要负荷,并有效克服基于进化算法的机组启停顺序优化方法需要反复迭代的缺点,求解效率高。