鞏政 劉志強 曾泰元 周健

摘 要：電力基礎(chǔ)設(shè)施是重要的生命線系統(tǒng)，對我們的日常生活至關(guān)重要。電力系統(tǒng)彈性表征抵御，適應(yīng)并及時從中斷中恢復(fù)的能力。彈性動力系統(tǒng)旨在應(yīng)對包括極端自然災(zāi)害和人為攻擊在內(nèi)的低概率，高風險極端事件。本文通過對彈性電網(wǎng)的闡述，分析了研究彈性電網(wǎng)的意義，最后描述了現(xiàn)有彈性電網(wǎng)的模型。

關(guān)鍵詞：彈性電網(wǎng)；恢復(fù)力；電網(wǎng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.135

1 引言

電力系統(tǒng)是任何現(xiàn)代社會的支柱，支持其他幾個關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，如交通，通訊，水利等[1]。因此，正如過去幾十年來大量停電期間所經(jīng)歷的那樣，供電的中斷將會產(chǎn)生災(zāi)難性后果 [2]。但是，確保不間斷的電力供應(yīng)具有挑戰(zhàn)性，因為電力系統(tǒng)面臨多種威脅。這些威脅可以主要分為典型的電力系統(tǒng)停電和極端事件，例如由自然災(zāi)害、極端天氣。

2 彈性理論及彈性電網(wǎng)

彈性最早是由Holling教授在1972年講述生態(tài)系統(tǒng)中提出的一個概念，其中提到以“系統(tǒng)的持久性和應(yīng)對變化及擾動的能力并仍然保持種群或狀態(tài)變量之間的相同關(guān)系。在過去的幾十年里，彈性廣泛地應(yīng)用于環(huán)境科學、經(jīng)濟學、心理學、材料科學、防災(zāi)工程等等。據(jù)英國內(nèi)閣辦公室報道，彈性是“預(yù)測、承受、適應(yīng)或迅速恢復(fù)破壞性事件的能力”。彈性是由聯(lián)合國減災(zāi)辦公室定義為：“一個系統(tǒng)的能力，社區(qū)或社會接觸危險的抵抗、承擔、容納和及時有效的從危險中恢復(fù)，包括通過保護及其基本結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)的能力。

目前，雖然缺乏彈性定義的共識，但彈性定義的本質(zhì)大體是一致的，也就是說，它是一個總體概念，包括災(zāi)難性事件前后的系統(tǒng)性能。因此，彈性可以定義為“一個實體的預(yù)期、抵抗、承受、響應(yīng)、適應(yīng)和從擾動中恢復(fù)的能力”。近年來，彈性越來越被認為是關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的新設(shè)計和運營目標。彈性的重點不同于可靠性，脆弱性等，因為極端事件很少發(fā)生，可能導致多個瞬時復(fù)合故障，并且需要相對復(fù)雜的恢復(fù)策略。對于能源基礎(chǔ)設(shè)施，特別是在電力系統(tǒng)中，人們提出了許多類似的基本定義，重點就是解決災(zāi)害對電力系統(tǒng)的干擾問題。彈性電網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中是一個相對較新且正在興起的概念，電力系統(tǒng)的彈性可以定義為電力系統(tǒng)在災(zāi)害中快速恢復(fù)或應(yīng)對高影響、低概率事件，迅速地從這些破壞性的事件中恢復(fù)的能力。

3 彈性電網(wǎng)的意義

在美國，與天氣有關(guān)的停電每年導致估計250億美元的經(jīng)濟損失。在中國，2014年7月襲擊廣東省的臺風將多條220千伏輸電線路停運。極端天氣事件在電力系統(tǒng)中的嚴重后果給電力系統(tǒng)的恢復(fù)力帶來了挑戰(zhàn)，引起了全球組織和政府的關(guān)注。美國政府在2011年6月強調(diào)了電網(wǎng)對抗強烈天氣事件影響的重要性。美國國家研究委員會（NRC）和英國上議院強調(diào)了彈性能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要性。北美電力可靠性公司（NERC）和美國電力研究研究所（EPRI）都認識到系統(tǒng)彈性的功能。

經(jīng)濟迅速發(fā)展和廣泛的全球化也使得自然災(zāi)害和人為災(zāi)害對地理區(qū)域的影響不受限制。這些因素導致基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的敏感性和脆弱性日益增加給城市安全管理帶來巨大的困難和挑戰(zhàn)。彈性是系統(tǒng)安全中最重要的指標之一，有效的彈性測量為改進應(yīng)急計劃和響應(yīng)提供了基礎(chǔ)。開發(fā)綜合恢復(fù)力測量所面臨的挑戰(zhàn)是輸入輸出的多維和復(fù)雜性，例如時變和相互依賴的系統(tǒng)性能，不確定的系統(tǒng)后果，中斷情景的動態(tài)性和從歷史事件中學習的不完整信息。在實踐中，隨時間變化的恢復(fù)能力的評估是必要的，因為中斷的系統(tǒng)在由連鎖故障或中斷引起的后續(xù)事件中表現(xiàn)出不同的表現(xiàn)。此外，非線性關(guān)系在復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中普遍存在，并且將能力并入彈性測量并非易事。

4 彈性電網(wǎng)模型

電力系統(tǒng)可能會受到不同程度的沖擊，例如自然災(zāi)害或極端天氣。因此，確定這些狀態(tài)至關(guān)重要，以便能夠系統(tǒng)地評估和增強電力系統(tǒng)對這些事件的影響。

在這些前提下，圖1顯示了彈性梯形概念圖，它清楚地解釋了電力系統(tǒng)與外部干擾的相關(guān)狀態(tài)的時間序列和動作類型。將事件分解為不同階段（階段I，階段 II， 階段 III）可以進行動態(tài)的多階段彈性評估。電力系統(tǒng)狀態(tài)的各個階段可以精確地用彈性梯形模型表示：如果外部沖擊的時間和位置可以準確地預(yù)測出來，系統(tǒng)操作員應(yīng)該在事件發(fā)生之前著手準備預(yù)防措施，目的是為了提高基礎(chǔ)設(shè)施抗風險恢復(fù)能力。在干擾發(fā)生期間（階段I，t∈[toe，tee]），緊急改進措施可以減輕外部沖擊對電力系統(tǒng)的影響。事件發(fā)生后，系統(tǒng)將處于事后干擾狀態(tài)（階段II，t∈[tee，tr]），正確有效的應(yīng)急協(xié)調(diào)和準備可以使恢復(fù)階段（階段III， t ∈ [tr， T]）快速開始，如圖1所示，T表示網(wǎng)絡(luò)從危機后的完全恢復(fù)到彈性水平R0的時間或者可能達到與R0不同的期望彈性水平的時間。當系統(tǒng)從事干擾狀態(tài)中恢復(fù)時，需要對外部沖擊對系統(tǒng)恢復(fù)力及其性能的影響進行評估和分析，以便在未來類似或不可預(yù)見事件中采取適應(yīng)性措施來增強基礎(chǔ)設(shè)施的彈性。

5 結(jié)論

本文通過對彈性電網(wǎng)理論的闡述，討論了研究彈性電網(wǎng)的意義。并對現(xiàn)有彈性電網(wǎng)的模型進行里論述。彈性電網(wǎng)的研究正處于剛剛起步的階段，因此需要對彈性電網(wǎng)進行深入研究，提高電網(wǎng)的恢復(fù)能力

參考文獻：

[1]舒印彪，湯涌，孫華東.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準研究[J].中國電機工程學報，2013，33（25）：1-9.

[2]侯慧，尹項根，游大海，陳慶前，童光毅，鄭毅.國外經(jīng)驗對中國電力系統(tǒng)應(yīng)急減災(zāi)機制的啟示[J].電力系統(tǒng)自動化，2008（12）：89-93.

作者簡介：鞏政（1992-），男，山東濟南人，研究生在讀，研究方向：智能電網(wǎng)。