极端气象灾害下的配电网弹性评估及其提升方法研究

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随着现代经济的高速发展和人类社会的不断进步,电力系统网络结构日益扩大,其所面对的风险与挑战也不断增多。一方面,“碳达峰”、“碳中和”目标的提出,推动了传统电力系统向综合能源系统的快速转型。另一方面,极端气象灾害的日益频发及强度的不断增大,给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的影响。为了降低极端气象灾害对电力系统的影响,减少其发生大规模停电的次数和持续时间,提升其抵御并吸收灾害影响和灾后快速恢复的能力,亟需建立具有高弹性的电网。这对降低极端气象灾害对电网的破坏程度和保证社会经济的稳定运行具有重大意义。针对以上问题,本文以极端气象灾害为视角,以基础性设施较脆弱的配电网为研究对象,对配电网的弹性评估及其提升方法进行了深入的探讨和研究,其主要内容如下:(1)本文构建了一套适用极端气象灾害的配电网弹性评估指标体系和分析框架,量化评估了极端气象灾害对配电网的时空影响。首先,针对配电网不同的受灾阶段,明确了各阶段的弹性提升策略。接着,对配电网进行栅格化处理,并用致灾因子描述极端气象灾害的时空特性,进而评估配电网各栅格的灾害强度。然后,以蒙特卡洛抽样方法为基础,模拟了配电网线路的故障情况和恢复情况,并计算配电网负荷削减量。基于模拟结果,绘制配电网受灾弹性曲线,计算全阶段弹性指标,量化配电网弹性。最后,通过台风和冰灾两个典型灾害算例,验证了该体系模拟配电网受灾的有效性,为后续弹性提升措施的研究奠定基础。(2)本文以台风灾害为例,提出了一种灾前-灾时协同优化的配电网弹性提升方法,对灾前的应急资源预分配和灾时的应急资源实时调度进行协同优化。灾前预分配考虑应急资源的交通调度成本和灾时运行成本,确定应急发电车的位置和容量;灾时实时调度考虑联络线路的开闭和应急发电车的出力实时调度,以适应灾害瞬时变化对配电网的破坏。最后,在不同规模系统上对其有效性、灵活性、灵敏度和计算效率进行了分析,验证了该方法的可行性,为配电网灾害预案设计提供参考。(3)本文提出了一种计及电压偏移的弹性主动配电网灾后恢复策略,用于灾后恢复阶段兼顾负荷快速恢复供电和减小电压偏移两方面的能力。综合考虑主动配电网特性,构建了包括有载调压器、无功调节装置、分布式电源、储能装置和联络线路等主动设备的运行模型。考虑弹性灾后恢复,构建了主动配电网维修模型,包括维修队的交通调度和检修次序。然后,明确优先负荷恢复供电的灾后恢复首要目标和减小电压偏移的次要目标,并建立双层优化模型进行求解。最后,对比分析了不同场景下的主动配电网灾后恢复情况,验证了该策略的有效性,为配电网弹性电压的深入研究提供了一定指导意义。
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