极端风况下配电网运营韧性的评估与提升路径研究

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现阶段我国经济迅速发展,东部和南部等发达省份对电力能源的需求与日俱增,负荷也持续增长,但随着近年来全球变暖以及温室效应等环境问题所引发的气候变化,致使极端风况频发,极端风况的发生不仅会影响居民的正常生活,还会对配电网造成严重的破坏,据华东电网公司的统计,有将近一半的电力系统正暴露在极端风况的直接危害之下,因此如何运用科学有效的防减灾手段增强电力系统抵抗灾害的能力,成为了现阶段的研究热点。在电力系统中配电网作为直接将电能逐级分配给各类终端用户的网络,其具有十分重要的战略地位,如果配电网发生故障,就会造成区域内供电质量的大幅度下降,进而影响终端用户的正常生产。为了降低极端灾害对配电网的影响,本研究引入了运营韧性的概念,即配电网在面对扰动时可持续的服务供给能力,并结合当前关于配电网运营韧性研究的不足之处进行分析研究,提出了极端风况下的配电网运营韧性评估方法,文章主要从确定极端风况影响下的配电网性能和恢复时间以及配电网运营韧性指标体系的构建两方面着手,探讨了不同路径对于提升配电网运营韧性的有效性,从而在极端风况发生前可以对配电网进行一定程度的改造升级,保证配电网电力服务的稳定供应。在配电网中变电站一般承载着电压的转换与分配等工作,并为配电网中的各级用户提供稳定的电力服务,因此本文将变电站表征为配电网中的节点,在极端风况发生时配电网中的节点往往具有一定的抵抗灾害的能力,然而随着风速的不断加大,配电网中的节点会因自身承受能力的不足而出现故障,进而导致配电网的网络性能降低,从而影响配电网的运营韧性。本文主要对极端风况下配电网运营韧性的评估与提升路径进行了系统性的分析。首先,对配电网的影响因素进行一定程度的梳理,得到了系统性能、恢复时间以及灾害强度三种因素会在一定程度上影响配电网的运营韧性,其次,配电网的系统性能的量化与节点的故障概率相关,本文利用随机数方法确定了配电网中出现故障的节点数目,节点出现故障会在一定程度上影响配电网的性能,配电网性能是后文评估配电网运营韧性的起点和基础,目的是为了确定极端风况下配电网中的电力负荷,即终端用户的用电设备在某一时刻向变电站取用的功率总和,如果配电网中变电站出现故障,这些电力负荷就会变成负荷损失,通过量化配电网中发生故障变电站的总负荷损失,来表征极端风况发生后配电网所处的性能状态,与此同时,本文也对极端风况下配电网各个阶段的恢复时间进行合理的预测。最后,利用运营韧性的定量评估方法,将量化后配电网的系统性能及恢复时间纳入到运营韧性的评估体系中,衡量了不同的路径对于提升配电网运营韧性的效果,从而为配电网的改造升级提供更具建设性的建议。研究表明,缩短配电网的恢复时间以及提升配电网的性能两种路径,均可以在一定程度上增强配电网的运营韧性,前期工作中电力主管部门可以根据当地需求对配电网进行改造升级,同时相较于缩短配电网的恢复时间这一路径,提升配电网的性能在面对强度较低的风速时呈现出更高的运营韧性,而在面对强度较高的风速时,缩短配电网的恢复时间这一路径则表现出更高的运营韧性,这也说明了通过加固网络中的节点以及线路可以提升配电网的性能,但在面对强度较高的风速时,加固组件可能很难达到预期的效果,因此网络中出现故障的节点数量也会随之增加,从而影响配电网的运营韧性。本研究具有一定的理论价值和较强的现实意义,其研究价值主要体现在以下两个方面:第一,评估了不同路径对于提升配电网运营韧性的有效性,从而使电力主管部门在灾害发生前就可以对配电网进行一定程度上的改造升级,丰富了现阶段关于配电网运营韧性的研究角度。第二,所采取的方案从技术层面为决策者制定了更加合理的应急方案,从而降低极端风况对配电网的影响,帮助配电网在短时间内快速恢复电力供应。本研究的创新之处在于建立了一个通用的评估方法去衡量了不同路径对提高配电网运营韧性的效果,使电力部门管理者对于极端风况的影响有了一个更直观的了解。本文关于极端风况下配电网运营韧性的研究成果能够为未来研究者提供一定的启示和借鉴意义,并在此基础上提高我国配电网的防灾减灾能力,以保障居民的用电需求。
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