面向防災減災的電網(wǎng)韌性評估及其恢復力提升

唐文虎教授華南理工大學電力學院2024年9月5日4韌性電網(wǎng)的提出背景冰災臺風地震惡意攻擊擊，致使3000萬人失去電力供應洪災韌性電網(wǎng)5針對電力系統(tǒng)韌性研究，大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娏ο到y(tǒng)將帶來一系列新挑戰(zhàn)：6在1973年首次提出，已廣泛應用于許多且還有專門的技術(shù)委員會——ISO/TC>CIGRE專門成立了工作組：8■電力系統(tǒng)是重要基礎設施，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行直接影響著國民經(jīng)濟■隨著全球自然災害逐漸增多以及反恐意識的增強，構(gòu)建對極端擾動事件具RR?Rpr事件過程totetpetr9■電力系統(tǒng)韌性概念：災前災時災害損失最小化能力災前災時災害損失最小化能力對外部干擾的抵抗能力高概率-小風險事件內(nèi)容評估電力系統(tǒng)狀態(tài)評估電力系統(tǒng)狀態(tài)和不同狀態(tài)之間的變化關(guān)注點關(guān)注用戶側(cè)停電概率、頻率、持續(xù)時間、故障引起的期望電力損失及期望電能量損失等描述不僅關(guān)注對用戶側(cè)造成的影響，而且韌性評估不僅包含了可靠性的特點，而且還包含了對象系統(tǒng)的預警、吸收、適應以及快速恢復能力的評估評估體系評估體系韌性較好描述了臺風風場中力的關(guān)系，并給出了梯度風降雨量、空氣中含水量及風速等氣象數(shù)據(jù)獲得覆冰是SouthChinaUniversityo■輸電線-桿塔故障模型水平位移界限(即剛度破壞界限):輸電塔頂點水平位移不能超過輸電塔高度H的1/100,若輸電塔結(jié)構(gòu)強度計算取輸電塔底部單元截面應若輸電塔底部單元界面應力最大值超過抗壓強>與可靠性評估不同，自然災害下會發(fā)生大量設備停運，遠遠大于‘M-1’、‘N-2’的情況，天氣惡劣程度天氣惡劣程度檢修部門位置檢修部門位置,為檢修時間，kw為天氣影響因乙系統(tǒng)負荷MW系統(tǒng)負荷MW0591011121315161718192■關(guān)注對象：物理電網(wǎng)的韌性提升電網(wǎng)韌性主要的三個方面：1)損害預防：應用工程設計和部分系統(tǒng)加固技術(shù)，加強電力系統(tǒng)抵抗力2)系統(tǒng)恢復：設計多資源協(xié)調(diào)頻率控制技術(shù)和恢復策略來盡快恢復供電3)生存性：利用分布式電源和源荷互動技術(shù)，在不能完全恢復供電下，幫助消費者、社區(qū)和機構(gòu)繼續(xù)正常運轉(zhuǎn)總體上，從災前系統(tǒng)加固、災中應急響應和災后快速恢復三個方面來體現(xiàn)災中災后災前：連續(xù)擾動下電網(wǎng)韌性評估方法2200■該脆弱性評估方法的優(yōu)勢：根據(jù)歷史災害數(shù)據(jù)對維修站的定位選址進行規(guī)劃根據(jù)災害預測信息對應急資源進行分配，以提升電力系統(tǒng)災后恢復效率不同的應急資源分配場景下的維修策略現(xiàn)存問題目標函數(shù)：最小化①移動儲能預布點成本；②每個節(jié)點的研究思路·配電網(wǎng)靈活性供給能力量化研究思路·配電網(wǎng)靈活性供給能力量化韌性目標災前韌性提升不確定性刻畫韌性目標災前韌性提升不確定性刻畫關(guān)鍵問題實時災害信息調(diào)度控制中心電網(wǎng)響應側(cè)■兼顧前瞻性的韌性提升措施180被動響應機組出力600.20.40.60.811.2180預先調(diào)度機組出力災中：多資源時空協(xié)同的頻率控制■多資源時空協(xié)同的頻率控制協(xié)調(diào)直流、儲能、風電、負荷、抽蓄等不同時間尺度及空間范圍內(nèi)的各類調(diào)頻資源，實現(xiàn)主動、有序的緊急控制，以更小的控制代價實現(xiàn)更優(yōu)的控制效果，確保電網(wǎng)頻率安全，提升應對擾動的防御能力送端電網(wǎng)受端電網(wǎng)多直流協(xié)調(diào)控制儲能電站度柔性負荷負荷同步機組fo多儲能緊急控制fq多儲能緊急控制fq廣度范圍內(nèi)協(xié)調(diào)不同地理位置的控制資源抽蓄切泵緊急切負荷風機一次調(diào)頻風機退出調(diào)頻fb儲能輔助控制fb同步機組一次調(diào)頻頻率恢復階段頻率恢復階段頻率下降階段慣性SouthChinaUniver分布式電源、移動儲能資源和維修資源協(xié)同優(yōu)化，提升系統(tǒng)災后的快速恢復力基于分布式資源的故障恢復和綜合考慮交通網(wǎng)絡影響獲得最優(yōu)恢復和維修策略ElectricVehicle(災后：增強應急資源快速反應能力極端事件引起的大范圍停電給社會帶來了災難性的后果。負荷恢復在韌性系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用基于信息調(diào)度和資源調(diào)度的移動儲能系統(tǒng)，可為配電網(wǎng)提供移動性和靈活性代理移動儲能系統(tǒng)代理獎勵信號1.狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率符合Markov過程2.遵循策略配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度動作空間動作空間3.2能源系統(tǒng)的韌性提升措施極端災害下省域能源系統(tǒng)安全評估和風險管理廣東省歷年受災影響情況廣東省歷年受災影響情況年份災種冰災級別14級17級15級14級14級珠海282萬戶215萬戶281萬戶282萬戶459萬戶國家戰(zhàn)略建設安全高效的能源體系能源系統(tǒng)建模、安全性分析、韌性提升極端災害頻發(fā)、多能系統(tǒng)耦合故障傳播省域能源系統(tǒng)安全評估和風險管理技術(shù)研究提升省域能源系統(tǒng)面對極端災害的安全性和抗風險能力能源系統(tǒng)風險管控省域能源系統(tǒng)的一體化仿真模型研究關(guān)鍵技術(shù)1:省域電-氣-熱能源系統(tǒng)耦合建模研究分挖掘利用解決思路熱熱氣電力系統(tǒng)模型天然氣系統(tǒng)模型熱力系統(tǒng)模型耦合元件統(tǒng)模型關(guān)鍵技術(shù)2:省域電-氣-熱能源系統(tǒng)多能流計算基于能源集站的多能流統(tǒng)一求解算法穩(wěn)定性步驟2·提高了多能源系統(tǒng)迭代計算效率和收斂穩(wěn)定負荷的綜合擾動的綜合靈敏度指標針對壓縮機支路對氣網(wǎng)部分進行分塊保留Taylor展開一次項的微小擾動影響獲得節(jié)點電壓變化量與功率擾動關(guān)系獲得節(jié)點氣壓變化量與功率擾動關(guān)系氣壓綜合靈敏度指標在不同GT1接入位置的變化量氣壓綜合靈敏度指標在不同GT1接入位置的變化量GT容量占比的變化量關(guān)鍵技術(shù)1:省域能源系統(tǒng)預想事故集構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)1:省域能源系統(tǒng)預想事故集構(gòu)建評估和薄弱環(huán)節(jié)識別?構(gòu)建適用于安全最小負荷割集法預想事故集1基態(tài)e36火電機組故障2電負荷增大到1.1倍e38火電機組故障3氣負荷增大到1.1倍e39火電機組故障4熱負荷增大到1.1倍g1氣源故障5e30CHP機組故障g2氣源故障6e33燃氣輪機故障g5氣源故障7e37燃氣輪機故障g8氣源故障8e31火電機組故障9e32火電機組故障e34火電機組故障電鍋爐故障e35火電機組故障關(guān)鍵技術(shù)2:省域能源系統(tǒng)安全性指標構(gòu)建與多種影響因素評估體系，實現(xiàn)了省域多能互補系統(tǒng)的安全評估安全評估指標負荷削減概率關(guān)鍵技術(shù)1:基于數(shù)據(jù)-模型混合驅(qū)動的致災因子破壞特征研究關(guān)鍵技術(shù)1:基于數(shù)據(jù)-模型混合驅(qū)動的致災因子破壞特征研究度不一致，如何精確刻畫臺風和冰災對省域能源系統(tǒng)的影響數(shù)值半經(jīng)驗風場模型和線路覆冰預測模型獲得每個網(wǎng)格內(nèi)疊加擦風速擦風速故障模型一致地理坐標一致能源系統(tǒng)柵格化示意圖能源系統(tǒng)柵格化示意圖解決思路解決思路核心挑戰(zhàn)核心挑戰(zhàn)于不同災害情況的數(shù)值響應模型?則認為所有節(jié)點負荷削減應模型統(tǒng)中24h電力負荷削減量系統(tǒng)電負荷能減量(MW)權(quán)重系數(shù)系統(tǒng)電負荷能減量(MW)◆構(gòu)建了韌性電力系統(tǒng)/能源系統(tǒng)評估技術(shù)體系，目前可以實現(xiàn)對輸配電系統(tǒng)的韌性評估。通過提高魯棒性、優(yōu)化應急搶修資源，可以從多方