彈性電網及其恢復力的研究與展望

聶源君

摘 要：隨著我國的經濟水平迅速提高，人們對生活品質的追求愈來愈重要，保障人們的日常生產生活安全穩定用電，就成為電力企業發展中的一個挑戰。彈性電網和恢復力的技術應用，是保障電網正常供電的重要舉措，只有從理論上進行深化研究，才能有助于促進電網的智能化發展。本文先就彈性電網和恢復力的理論進行闡述，然后就彈性電網量化標準以及分析框架詳細探究，最后就彈性電網和恢復力理論研究現狀及發展進行探究。

關鍵詞：彈性電網；恢復力；展望

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.173

0 引言

所謂的恢復力就是系統對擾動事件的抵御以及適應能力，在當前自然災害頻發的情況下，保障電網的安全穩定運行，提高故障的解決效率以及恢復力，就成為電網企業發展的重要目標。通過彈性電網的良好建設，就能保障電網的高效運行，滿足人們對電力能源的需求。通過從理論層面深化彈性電網和恢復力的理論研究分析，就能為實際發展起到促進作用。

1 彈性電網和恢復力的理論

從近些年的全球事故的發生情況可觀察出，電力系統受到自然災害的影響比較嚴重，電力系統的脆弱性特點比較突出。如地震、海嘯、冰災等等自然災害，對電力系統的正常運行都有著很大影響，阻礙了人們正常生活以及工作。面對愈來愈復雜的自然環境，加強電網的彈性系統建設就顯得比較關鍵，這一概念的提出就使得各個國家將其作為國家政策進行發展。彈性電網的建設是和智能聯網進行緊密聯系的，而恢復力也是回彈以及彈性的意思，所以電網的恢復力的加強，就是當前我國電網建設的重要目標。和傳統電網系統的運行風險相比較而言，恢復力面臨著系統規劃過程中不僅能預測的小概率極端事件能力，其中就涵蓋著人為的因素影響以及自然災害因素影響[1]。關于彈性這一概念的提出，也是對電網建設提出的一個要求，保障電網的抗風險能力，能應對各種影響因素帶來的不利，充分應用各種資源來抵御風險以及更好適應多變的發展環境，提高電網的高效恢復能力，可通過下圖進行表達恢復力（如下圖）。恢復力是智能電網的重要特征體現，彈性電網概念的提出之后，我國在這一領域中的發展速度比較快，智能電網建設也有了諸多發展成果，對于智能電網的極端事件就更為重視。智能電網的建設中其電網系統的運行安全性以及靈活性比較突出，系統的故障應對能力也比較強，大大提高了電網運行的效率。

2 彈性電網量化標準以及分析框架

2.1 彈性電網量化標準

彈性電網的建設過程中，要充分注重方法的科學應用，注重彈性電網的科學評估。彈性電網是對各種影響電網系統正常運行因素消除的電網系統，承受初始故障之后能勻速的恢復正常運行狀態，保障電力網絡的正常使用。能夠結合實際將電網響應分成幾個重要的階段，其中在故障預防階段就是比較重要的階段，這一環節中電網吸收故障并保持正常運行[2]。到了故障滲透的階段就是電網運行系統出現故障后，會造成某元件的損壞，這就對電網系統的正常運行有著直接影響，故障的出現就改變了系統負荷平衡，造成負荷重新分配，并會影響其他的元件負荷過載運行，這樣就會發生連鎖反應，對電網系統的正常運行有著直接影響。最后是故障的恢復階段，故障發生后管理工作者派遣修復資源到電網故障元件地點修復，從而保障電網系統的正常供電，這幾個階段就構成了響應周期，將故障能夠恢復到正常水平。將彈性電網實施量化，就要運行相應表達式，課通過把彈性量化為，時間0到T時間內的時候，電網的修復曲線 PR（t）和時間軸積分以及期望性能曲線PT（t）和時間軸積分比值來體現電網的抵抗以及吸收和恢復的能力。通過公式R（T）= /，從這一公式就能夠看到，在時間跨度是0到過去某時間 Tp，PR（t）能結合歷史數據來進行繪制，衡量指標是時變的時候，如供電量，期望性能曲線就不容易繪制了，這一過程中的期望曲線就能通過實際的性能來加以模擬出來。時間的跨度是0到當前某時間Tc，就很難計算電網演化程度采取有效措施，通過固定系統參數的應用，歷史數據實時模擬，就能有效計算這一過程中的彈性的性能[3]。而在時間的跨度0在未來某時刻，就要對電網煙花進程的趨勢能加以重視，對關鍵時間點的電網參數修正要充分重視，以及對電網彈性的趨勢詳細分析，通過這種量化的標準應用，就能有助于彈性電網的完善建設。

2.2 彈性電網的分析框架

彈性電網的分析要注重搭建合理科學的框架，要充分注重電網歷史故障情況的分析研究，能夠加強故障發生頻率以及電網影響規模統計，這就需要進行故障模型的建立以及對故障情況實施模擬。然后結合實際電網故障的情況仿真元件初始故障狀態，對電網運行的信息以及基礎的信息加以收集，其中就涵蓋著拓撲結構以及元件功能屬性的參數相關信息，還要充分重視電網實際運行特征的掌握分析，然后結合這些特征進行建立電網直流潮流的模型，并要充分重視脆弱模型的簡化，和直流潮流的模型加以對比，對簡化電網脆弱模型可應用的彈性分析條件加以分析，最大化的降低彈性評估中計算復雜度。然后要充分重視對電網的穩定狀態實施記錄，對相應性能指標性能的情況能加以記錄，在電網穩定后就要組織人力物力實施電網修復工作，通過改善的遺傳算法生成元件修復次序，然后仿真電網恢復過程，對電網恢復過程性能隨著時間發生的變化趨勢詳細的記錄，繪制成修復曲線，結合電網彈性量化的標準進行對電網彈性加以評估。

3 彈性電網和恢復力理論研究現狀及發展

3.1 彈性電網和恢復力理論研究現狀

從當前對彈性電網以及恢復力的理論研究現狀能夠看到，各個國家在這一方面都投入了人力物力財力，恢復力重要性也成為全球的共識，如美國能源部就在電力企業聯合投資將近八億美元進行開展智能電網的研究有項目，主要是提高電網的現代化程度，從而保障電力的良好供應。日本在第三次聯合國世界減災大會當中，也將災害恢復力作為重要的議題進行討論[4]。對于彈性電網的理論研究方面，由于美國是首先提出彈性電網目標國家，其已經將彈性電網上升到國家戰略的發展層面，美國之所以對彈性電網的研究投入的力度大，正是因為其作為受到自然災害影響比較敏感的國家，電力系統頻繁的受到颶風以及暴雪等惡劣自然災害的損害，由于原先在這一方面的投資力度不夠，一些設備的老化等，就比較容易受到自然災害因素的影響。當前美國對彈性電網的理論研究包含的內容比較多，其中對電網以及配電網的投資進一步加大力度，對于一些老化的元件要及時性的更換，加強重要元件設計標準提高，對于彈性電網和恢復力的理論基礎研究，以及評估指標和方法的建立要加快發展的速度。進一步深化對智能電網以及通信測量系統的應用，加強彈性電網恢復力的積極影響力。對于電網急速以及用戶側裝置和電動汽車的減災中的作用要充分發揮，注重相關基礎設施間的依賴性，構建彈性綜合基礎設施體系。

再者，對于彈性電網和恢復力的研究發展方面，歐盟在彈性電網的發展中也做出了努力，氣候的迅速濱化，使得歐盟周邊的國際局勢開始出現不穩定，這就對歐盟的能源安全產生了很大影響，其在戰略能源聯盟合作框架來應對能源系統新挑戰當中就有著明確提出，對新能源的開發以及保障能源恢復力的發展，各國要注重電網以及油氣網等合作交流的力度，在發展中要充分重視風險管理，加強對極端自然和人為擾動事件應對能力，最大化的保障能源的應用安全，加強各國的信任以及強化能源來源多樣性。

另外，彈性電網的理論研究發展比較突出的就是日本，由于日本受到海嘯以及地震等自然災害的頻繁侵襲，對電力系統造成的破壞也是比較直接的，這就要求日本國家必須要加強彈性電網的發展研究，提高自身的電網抵抗風險的能力。從日本國家所通過的第四版戰略性能源政策來看，其在彈性電網方面也有著明確的方向，發展研究所包含的內容也比較多，涉及到提高日本國內的能源網絡恢復力，加強分布式電源和新能源的應用比例增加，降低化石能源以及核能的依賴[5]。提高氣電煤電的利用效率，建立多層次靈活的供電用電結構，以及構建完善的彈性能源結構，最終實現能源系統的互補目標。從這些發展的方向上能夠看到，日本在彈性電網建設的研究發展上有著深刻的認識。

3.2 彈性電網和恢復力理論研究發展

彈性電網以及恢復力的理論研究還在不斷的深化以及豐富，在未來的世界發展過程中，彈性電網的建設將會成為每個國家電力系統建設的基本方式，彈性電網的實際應用效應會良好呈現。在未來的彈性電網的建設發展中，就要充分重視對彈性電網需要應對的擾動事件進行明確化，積極的進行建立災害數據可，這樣就能對常見災害歷史數據加以記錄儀，能夠為電網恢復力的理論研究工作提供相應的參考依據[6]。另外，要進一步的深化建立彈性電網評價指標體系和評估的理論，彈性電網的應用特征就是恢復力，恢復力就成為對彈性電網評估的一個重要的標準。可通過結合系統災害后的表現來進行建立定量衡量恢復力指標。

加強彈性電網恢復力的提高，就要充分注重配電網線路的強度增加，以及對桿塔的抗災強度進行有效加強，選擇性把配電線路買入到地下，注重其防水配件的應用[7]。未來的發展中彈性電網的恢復力提高會成為一個重點研究的對象，要注重事件發生前的薄弱環節加強，不斷提高恢復力。

4 結語

綜上所述，彈性電網和恢復力的理論研究工作正在不斷的深化當中，建立彈性電網系統，就要充分和實際的情況緊密結合，保障電力系統安全穩定運行。通過從理論上加強彈性電網以及恢復力的理論研究，就能為實際的理論豐富有所裨益，希望能為實踐操作提供有益思路。

參考文獻：

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