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献的基础上,介绍了配电网韧性的概念和内涵,通过与可靠性的对比和与输电网连锁故障的类比,阐述了韧性对配电网的意义。
随后,介绍了配电网韧性的评估矩阵,给出了用于规划和调度的韧性定量指标,并提出了提升配电网韧性的规划和调度措施。最后,针对现有研究的不足,指出了当前配电网韧性的关键问题和可能的研究方向。
引言
现代社会的繁荣发展依赖于一系列基础工程设施,它们维系着人们的正常生产和生活。这些基础工程设施被称为生命线设施(lifelineinfrastructure),例如电力、交通、通信、供水、供暖等。电力系统是生命线设施的重要组成部分,负责电能的产生和传输,是其他生命线设施正常运转的基础。大规模的停电事故,不仅会造成巨大的经济损失,还可能造成政治、社会影响乃至人身伤亡。
大规模停电事故,可能由设备故障、人为操作引起,还可能因极端自然灾害导致。极端自然灾害,包括飓风(台风)、地震、洪涝、海啸和冰灾等,都可能给电力系统造成巨大破坏,进而引发大面积停电。近些年来,极端自然灾害的发生概率和所造成的停电经济损失急剧增长。
以美国为例,极端灾害已成为导致电网大停电事故的首要因素。据统计,1980年以来,美国共遭受了178起停电损失超过10亿美元的自然灾害,总损失超过1万亿美元。在10起造成最大损失的自然灾害中,7起发生在2004年到2014年之间。2002年以来,58%的大停电事故中,87%造成5万户以上的停电事故均由极端灾害引起。仅在2012年,停电损失超过10亿美元以上的自然灾害就有11起。
极端自然灾害也给中国电网带来了很大冲击。
1980年以来,全球十大成本最为高昂的自然灾害中,中国就占了3席[4]。典型的例子如2008年席卷华南、西南、华中、华东的冰灾中,20个省市受到影响,13个省市的电力设施遭到破坏,停运线路36740条、变电站2018座,563236基杆塔倒塌,断线353731处,超过170个县市停电,直接经济损失超过104.5亿元[5-6]。
为了限制自然灾害造成的大规模停电范围、减小停电损失,需要提高电网应对极端自然灾害的能力[7]。配电网处于电网末端,与用户负荷密切相关,提高配电网的灾害应对能力能够有效缩小负荷停电范围。与输电网相比,配电网的灾害应对能力较弱[8-9],主要体现在:①配电网自动化程度较低,远程测量、开关配备不齐全;②配电网的冗余较低,不满足N-1校验;③配电网中控制保护手段较为匮乏,特别是低电压等级配电网的停电恢复仍以人工维修为主;④现有配电网重构、黑启动研究并不完全适用于极端自然灾害下的配电网恢复。
