配电网韧性的意义及关键问题探究

2017-02-11 09:56:39 电力系统自动化　点击量：评论 (0)

摘要:极端自然灾害的日益频繁发生和由此造成的大规模停电经济损失,使配电网的灾害应对能力得到了广泛关注。为了评估配电网应对极端自然灾害的能力,配电网引入了韧性的概念。在综述配电网与相关工程领域韧性研究文

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智能电网的发展对提升配网自动化和智能化、满足负荷在各种情况下的可靠持续供电提出了更高的要求,配电网在极端自然灾害下的应对措施也因此成为了近些年的研究热点。特别是2012年“桑迪”飓风造成重大经济损失后,工业界和学术界开始重新审视极端自然灾害对配电网的影响,相关研究更是呈现井喷之势。在这些研究中提出了“韧性(resilience)”的概念,用以衡量这些应对措施的效果,进而评估配电网应对极端自然灾害的能力。

1 配电网韧性的概念

韧性是衡量系统在出现严重扰动或故障情况下,是否可以改变自身状态以减少故障过程系统损失,并在故障结束后尽快恢复到原有正常状态的能力[10-11]。1973年,生态学家Holling首次将这个概念引入生态学研究领域。随后在1996年,他又将韧性区分为“生态韧性”和“工程韧性”两个不同概念。其中,后者的概念已被广泛应用于涉及人类和自然相互作用的多工程学科中,例如工程技术、组织行为、灾难管理和环境演变响应等[12-14]。沿用美国国土安全部的概念,韧性可以定义为系统预防和适应变化条件,并且承受这些扰动及迅速恢复的能力[15]。韧性包含了系统对蓄意攻击、事故或者自然灾害等的承受和恢复能力。

近年来,随着极端自然灾害造成大规模停电的日益频繁,韧性在电力系统中得到了日渐广泛的关注。电力系统韧性是指电网遭受重大灾害(例如飓风、地震等)的情况下,是否可以减少故障过程损失,并尽快恢复到正常供电状态的能力。一个具有韧性的电力系统可以在外部灾害加剧时逐步降低自身能力,并迅速恢复到原有状态[16]。

从广义上讲,在电力系统韧性的定义中,电网所遭受的冲击可能包括极端自然灾害、系统严重故障、人为破坏与恐怖袭击,甚至误操作等发生概率较小、而影响很大的事件[13,17-18]。但现有研究大多关注较为狭义的电力系统韧性概念,亦即极端自然灾害下电网的应对情况。因此,本文中的电力系统韧性将特指其较为狭义的概念,但所综述内容对其广义概念同样适用。具体到配电网中,韧性主要衡量配电网在自然灾害中对关键负荷(criticalload)的支撑和恢复能力,配电网韧性也由此定义为配电网是否可以采取主动措施保证灾害中的关键负荷供电,并迅速恢复断电负荷的能力[18-20]。其中,关键负荷是指对于社会正常运转或是抗震救灾十分重要的用户负荷,例如政府、救灾应急机构等行政机关,以及医院、自来水厂、信号基站、照明和取暖设备等生命线设施。

值得指出的是,国内对配电网韧性的研究处于起始状态,对“韧性”一词的翻译方式尚未达成共识。

在电力领域,有文献将resilience一词翻译为“适应能力”[21],而有文献所讨论的韧性却对应resistant,其概念同resilience并不完全相同[22];在其他工程领域,resilience也有“弹性”[23]、“恢复力”[24]和“韧性”[25]等对应翻译。从概念上讲,电力行业中将resilience翻译为“弹性”似乎比较合适,但是已有文献中的电网弹性大多指电力弹性系数。为避免混淆,本文将resilience一词翻译为韧性。

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