電力系統(tǒng)受極端天氣的影響分析及其適應(yīng)策略

盧賡，鄧婧，王渝紅，曹靜，岳云峰

電力系統(tǒng)受極端天氣的影響分析及其適應(yīng)策略

盧賡1，鄧婧2*，王渝紅3，曹靜1，岳云峰1

（1．中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東省 廣州市 510663；2．廣州城市理工學(xué)院電氣工程學(xué)院，廣東省 廣州市 510800；3．四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川省 成都市 610065）

氣候變化對(duì)人類社會(huì)的影響越來越受關(guān)注，隨之而來的一系列極端天氣引發(fā)系統(tǒng)斷電的風(fēng)險(xiǎn)也越來越顯著。為應(yīng)對(duì)氣候變化尤其是極端天氣，人類社會(huì)需采取減緩和適應(yīng)2種應(yīng)對(duì)策略，對(duì)于發(fā)展中國(guó)家與小島國(guó)，由于氣候變化已經(jīng)發(fā)生，因此氣候問題將首先是適應(yīng)問題。為解決電力系統(tǒng)如何從各個(gè)環(huán)節(jié)完整地適應(yīng)氣候變化問題，建立了一個(gè)適應(yīng)氣候變化的電力系統(tǒng)發(fā)展體系，提出一種涵蓋極端氣象因素的電力系統(tǒng)發(fā)展路徑構(gòu)建方法。在總結(jié)各種極端天氣對(duì)電力系統(tǒng)影響的基礎(chǔ)上，對(duì)電網(wǎng)的脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)；研究了適應(yīng)極端天氣的總體策略，并提出電力系統(tǒng)適應(yīng)極端天氣事件的方案，即規(guī)劃–建設(shè)–應(yīng)急管理–評(píng)估(planning-construction-emergency management-assessment，PCEA)抗災(zāi)體系。在規(guī)劃階段重點(diǎn)進(jìn)行保底電網(wǎng)規(guī)劃，構(gòu)建不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)；基于方案不同階段的應(yīng)用實(shí)例，驗(yàn)證了PCEA體系可以促使電力系統(tǒng)更好地適應(yīng)極端天氣。

電力系統(tǒng)；氣候變化；極端天氣；保底電網(wǎng)規(guī)劃；不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)

0 引言

全球氣候變暖、海平面上升等現(xiàn)象表明氣候變化是既成事實(shí)，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都面臨著極端天氣事件增加的風(fēng)險(xiǎn)，氣象極端事件對(duì)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也帶來了相當(dāng)大的危害。由于氣候變化持續(xù)發(fā)生，隨之而來的一系列極端氣象引起的負(fù)面因素將變得越來越顯著，并對(duì)制定自然災(zāi)害方面的應(yīng)對(duì)策略上產(chǎn)生更重要的影響[1-4]。

電力基礎(chǔ)設(shè)施是能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，電能已成為人們生活不可或缺的一部分。而氣候變化正不斷影響著電力基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行，一方面，由于氣候變化在短時(shí)間內(nèi)沒有得到緩解，電力設(shè)施仍然面臨著極端氣象災(zāi)害的威脅；另一方面，現(xiàn)有電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)尚未考慮氣候變化的調(diào)整和修改，以及對(duì)電力設(shè)施造成的危害。由于極端天氣等氣候變化可能引發(fā)系統(tǒng)斷電的風(fēng)險(xiǎn)，因此電力系統(tǒng)發(fā)展策略必須考慮氣候變化的因素。為應(yīng)對(duì)氣候變化，電力系統(tǒng)發(fā)展策略可采取減緩和適應(yīng)2種方式[5]。

減緩即通過提升光伏、風(fēng)電等新能源的比例等措施減少溫室氣體的排放。文獻(xiàn)[6-8]提出應(yīng)用新能源電力系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等減緩對(duì)氣候變化的影響。文獻(xiàn)[9-11]通過電力系統(tǒng)節(jié)能減排措施達(dá)到電源出力優(yōu)化。文獻(xiàn)[12-15]在低碳環(huán)境下對(duì)電源側(cè)的優(yōu)化規(guī)劃進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[16-17]論述了我國(guó)在應(yīng)對(duì)氣候變化時(shí)新能源的發(fā)展趨勢(shì)及帶來的新機(jī)遇。

適應(yīng)即接受氣候變化的客觀事實(shí)，主動(dòng)尋找解決的策略。文獻(xiàn)[18-19]將氣候?yàn)?zāi)害預(yù)測(cè)運(yùn)用于電力系統(tǒng)早期預(yù)警中。文獻(xiàn)[20-22]在不同極端氣候?yàn)?zāi)害下，采取故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等措施來保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性并減少電力系統(tǒng)的損失。文獻(xiàn)[23-29]對(duì)極端天氣引發(fā)的停電事故進(jìn)行分析與總結(jié)，并提出改進(jìn)的措施及建議。文獻(xiàn)[30-33]分析全球暖化對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用電各環(huán)節(jié)的影響，總結(jié)電力系統(tǒng)主動(dòng)和被動(dòng)應(yīng)對(duì)全球暖化的技術(shù)措施。文獻(xiàn)[34]面向彈性配電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)，提出組件重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)估方法。

對(duì)于發(fā)展中國(guó)家與小島國(guó)，由于氣候變化已經(jīng)發(fā)生，雖然減緩策略是根本性措施，但是適應(yīng)策略是基于本國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力去主動(dòng)尋找解決方案，收益明顯且迫在眉睫，因此，解決氣候?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的影響問題將首先是適應(yīng)問題。然而從以上研究來看，目前電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端天氣的適應(yīng)策略是從規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)等各階段尋求解決方案，未形成一個(gè)完整的體系。未來電力系統(tǒng)的發(fā)展也同樣需要統(tǒng)一考慮電力系統(tǒng)擴(kuò)展的經(jīng)濟(jì)性，以及應(yīng)對(duì)氣候變化特別是應(yīng)對(duì)極端天氣的能力，以最小化投資運(yùn)行成本與氣象災(zāi)害損失總和為目標(biāo)，在加強(qiáng)抗災(zāi)能力的同時(shí)，兼顧電力工業(yè)投資和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，建設(shè)經(jīng)濟(jì)、安全和抗災(zāi)的電力系統(tǒng)。

針對(duì)上述問題，本文從建立適應(yīng)氣候變化的電力系統(tǒng)發(fā)展體系角度出發(fā)，提出構(gòu)建涵蓋極端氣象因素的電力系統(tǒng)發(fā)展路徑的方法，即規(guī)劃–建設(shè)–應(yīng)急管理–評(píng)估(planning-construction- emergency management-assessment，PCEA)抗災(zāi)體系，從電力系統(tǒng)規(guī)劃階段開始就考慮電力設(shè)施應(yīng)對(duì)氣候變化的因素。最后，通過實(shí)例分析驗(yàn)證抗災(zāi)體系的抗災(zāi)能力。

1 氣候變化及其影響

1.1 氣候變化觀測(cè)及預(yù)測(cè)

全球氣候變暖已是事實(shí)，溫室氣體排放改變了大氣中的溫室氣體濃度，直接影響的氣候變量是氣溫和降水量。全球平均氣溫上升，降雨頻繁，氣象更加多變和極端。政府間氣候變化專門委員會(huì)(intergovernmental panel on climate change，IPCC)第5次評(píng)估報(bào)告指出：1880—2012年，全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢(shì)，升高了0.85℃；2003—2012年平均溫度比1850—1900年平均溫度上升了0.78℃。全球海洋表面和陸地平均溫度趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 全球海洋表面和陸地平均溫度趨勢(shì)

圖2為預(yù)測(cè)的6—8月RCP2.6與RCP8.5這2種情況下亞洲陸地區(qū)域溫度異常趨勢(shì)，其中粗線代表平均水平，細(xì)線代表模型預(yù)測(cè)。根據(jù)巴黎共識(shí)方案(RCP2.6)，預(yù)計(jì)到2050年亞洲陸地區(qū)域夏季平均變暖幅度達(dá)到2℃，到2100年將保持或低于這一水平，隨后，全球變暖趨勢(shì)趨于平穩(wěn)，全球平均氣溫在21世紀(jì)末之前保持在2℃左右。在不采取節(jié)能減排調(diào)控措施的情況下(RCP8.5)，預(yù)計(jì)到2100年，亞洲陸地區(qū)域夏季氣溫將上升 6℃，氣候變暖的趨勢(shì)并沒有放緩的跡象。氣候模式預(yù)測(cè)表明，與高緯度地區(qū)相比，亞洲夏季增溫較強(qiáng)，氣溫上升可達(dá)8℃。

圖2 亞洲陸地區(qū)域的溫度預(yù)測(cè)

1.2 氣象災(zāi)害變化

氣候變暖導(dǎo)致極端天氣、氣候事件和重大自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，在過去40年中，應(yīng)急事件數(shù)據(jù)庫(kù)(emergency events database，EM-DAT)記錄的全球自然災(zāi)害頻率增加了近3倍，從1975—1984年的1300多起增加到2005—2014年的3900多起(見圖3)。在此期間，水文(洪水)和氣象(暴雨、風(fēng)暴、熱浪)事件的數(shù)量急劇增加[35-36]。雖然氣候變化與自然災(zāi)害之間的因果關(guān)系尚未明確，但人類仍面臨著與氣候有關(guān)的自然災(zāi)害頻發(fā)的事實(shí)。

圖3 1970—2014年按類型分列的全球自然災(zāi)害頻次

1.3 典型氣象災(zāi)害

1.3.1 極端氣溫

全球升溫1.5～4℃閾值下，對(duì)于不同的升溫閾值，亞洲地區(qū)平均溫度的升高幅度都高于全球，極端高(低)溫的平均值和變化幅度都將加大，未來出現(xiàn)極熱天氣的概率會(huì)大幅度提高，極冷天氣將會(huì)減少。

東南亞預(yù)計(jì)是受極端熱影響最嚴(yán)重的地區(qū)，在這一地區(qū)，如果氣候變暖按照RCP8.5的預(yù)測(cè)繼續(xù)上升，每年將會(huì)出現(xiàn)前所未有的夏季高溫。將全球變暖限制在2℃，可以在很大程度上減少極端熱的發(fā)生。

1.3.2 風(fēng)暴

隨著全球平均氣溫上升，預(yù)計(jì)亞太地區(qū)發(fā)生強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的頻率將有所增加。1949—2016年，登陸中國(guó)熱帶氣旋的數(shù)量沒有明顯的變化趨勢(shì)(見圖4)，但是從強(qiáng)度更大、破壞力更強(qiáng)的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(SuperTY)來看，自1990年以來有明顯增多的趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)以上等級(jí)的數(shù)量顯著增加。

對(duì)于臨近西北太平洋臺(tái)風(fēng)源地或北印度洋颶風(fēng)源地的東南亞、東亞、南亞甚至西亞的沿海國(guó)家和地區(qū)，應(yīng)在防御強(qiáng)度更大的熱帶氣旋上采取有效的措施。

1.3.3 強(qiáng)降水

受各種氣候因素的綜合影響，亞洲地區(qū)的降水有明顯的空間差異和季節(jié)差異。全球升溫1.5～4 ℃閾值下，隨著升溫閾值的提高，亞洲地區(qū)的平均降水量總體將會(huì)增加，但存在不同的區(qū)域特征，降水量增加主要出現(xiàn)在北亞和中亞，西亞地區(qū)的平均降水量雖然變化不大，但在模式和情景間的差別最大。未來隨著全球變暖，亞洲地區(qū)在極端降水過程的總量有所增加的同時(shí)，極端強(qiáng)降水事件所產(chǎn)生的概率也將增大。

從災(zāi)情變化趨勢(shì)上看，中國(guó)多年強(qiáng)降雨事件發(fā)生頻次呈上升趨勢(shì)，強(qiáng)降雨事件的增多導(dǎo)致極端降雨洪澇災(zāi)害損失絕對(duì)值也呈上升趨勢(shì)，如圖5所示。從經(jīng)濟(jì)損失情況來看，中國(guó)極端降雨洪澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失總量呈增加趨勢(shì)；從受災(zāi)面積來看，其與成災(zāi)面積均有上升的趨勢(shì)，特別是1970年以來的上升趨勢(shì)更加明顯。

1.3.4 低溫冰凍

冰凍主要由雨凇、霧凇、濕雪凍結(jié)而成。隨著電力、通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，冰凍已成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一種重要的氣象災(zāi)害。導(dǎo)線覆冰是在0℃或以下，過冷卻水滴(或霧滴)在風(fēng)等輸送因子促動(dòng)下與輸電線路導(dǎo)線表面碰撞并凍結(jié)在導(dǎo)線表面產(chǎn)生的現(xiàn)象。導(dǎo)線覆冰形成的必要?dú)庀髼l件是：0℃以下的凍結(jié)氣溫、較高的空氣濕度、較低的風(fēng)速(2～7 m/s)。

圖5 中國(guó)1950—2010年暴雨洪澇災(zāi)害災(zāi)情變化

Fig. 5 Changes of rainstorm and flood disasters in China from 1950 to 2010

亞洲的低溫冰凍災(zāi)害主要是因?yàn)閬碜詷O地的強(qiáng)冷空氣及寒潮侵入造成的連續(xù)多日氣溫下降，主要出現(xiàn)在緯度較高的地區(qū)，包括東亞北部、中亞、南亞北部等地區(qū)。

1.3.5 雷暴

雷暴是一種產(chǎn)生于強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)下的常見災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。雷暴在亞洲分布廣泛，通常緯度越低，雷暴越多。東南亞各國(guó)地處低緯度，屬熱帶雨林氣候區(qū)，是雷暴發(fā)生較頻繁的地區(qū)。印度尼西亞是發(fā)生雷暴最多的國(guó)家之一，素有“雷暴王國(guó)”之稱，僅爪哇島的茂物一年就有322個(gè)雷暴日，平均每天打雷30～40次。在亞熱帶和溫帶等中緯度地區(qū)，雷暴則通常發(fā)生在夏季，有時(shí)在冬季也會(huì)受冷鋒影響而有短時(shí)性雷暴。不同地區(qū)的雷暴具有不同的年際變化特征和周期性。

2 極端天氣對(duì)電力系統(tǒng)的影響

極端天氣呈現(xiàn)不斷增多是近年來氣候變化的一個(gè)重要特征，極端天氣是指具有災(zāi)害性和突發(fā)性的惡劣氣候事件。電力系統(tǒng)作為一種跨越遼闊地域的人造系統(tǒng)，總是在一定范圍內(nèi)維持正常運(yùn)行，而氣候條件往往又是決定其安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

由于電力系統(tǒng)的特殊性，大量電力設(shè)施需布置在戶外。極端天氣對(duì)該地域電力系統(tǒng)產(chǎn)生的直接影響將對(duì)戶外電力設(shè)施造成破壞，進(jìn)而引發(fā)大規(guī)模的停電。極端天氣事件對(duì)電力系統(tǒng)最大的影響是造成突然和不可預(yù)見的電力供應(yīng)中斷。

雖然極端天氣是小概率事件，但由其導(dǎo)致的故障占電網(wǎng)故障的比例相當(dāng)大，對(duì)電力系統(tǒng)的危害不容忽視。隨著極端天氣發(fā)生的頻率和強(qiáng)度的加劇，其帶給電力系統(tǒng)的危害還將上升。

2.1 風(fēng)暴災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)的影響

對(duì)于電力生產(chǎn)，風(fēng)暴災(zāi)害可導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因超過極限風(fēng)速而停運(yùn)，沿海發(fā)電廠受風(fēng)暴潮淹沒而停運(yùn)，火電廠因燃料運(yùn)輸受阻而降低機(jī)組出力。

對(duì)于發(fā)電廠、變電站設(shè)施，風(fēng)暴災(zāi)害可導(dǎo)致高壓電氣設(shè)備外部漂浮物短接閃絡(luò)跳閘，風(fēng)荷載過大造成外絕緣套管斷裂、金具附件脫落，以及建筑物門窗損壞，從而危及戶內(nèi)設(shè)備安全運(yùn)行。

對(duì)于輸電線路，風(fēng)暴災(zāi)害影響尤為嚴(yán)重，可導(dǎo)致導(dǎo)線風(fēng)偏閃絡(luò)、外部漂浮物短接閃絡(luò)跳閘，風(fēng)荷載過大造成絕緣子金具脫落、導(dǎo)地線斷股或斷線、桿塔結(jié)構(gòu)損壞等[37-38]，使供電長(zhǎng)期中斷。

2.2 低溫冰凍災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)的影響

對(duì)于電力生產(chǎn)，低溫冰凍災(zāi)害可導(dǎo)致電廠循環(huán)冷卻塔結(jié)冰，使其冷卻能力下降，最終導(dǎo)致發(fā)電能力下降。另外，因燃料運(yùn)輸受阻也會(huì)降低機(jī)組出力。

對(duì)于發(fā)電廠、變電站設(shè)施，低溫冰凍災(zāi)害可導(dǎo)致高壓電氣設(shè)備絕緣部件覆冰閃絡(luò)、設(shè)備傳動(dòng)結(jié)構(gòu)覆冰無法動(dòng)作、建筑物冰雪過載受損等。

對(duì)于輸電線路，低溫冰凍災(zāi)害影響尤為嚴(yán)重，可導(dǎo)致導(dǎo)地線過載斷線、導(dǎo)線對(duì)地或?qū)Ь€相間間距不足閃絡(luò)、絕緣子覆冰閃絡(luò)、絕緣子及金具 脫落、桿塔結(jié)構(gòu)損壞等[39]，使供電長(zhǎng)期中斷。

2.3 雷暴災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)的影響

雷暴災(zāi)害可引起發(fā)電機(jī)組跳閘停運(yùn)、變電站和線路帶電體雷擊閃絡(luò)、絕緣部件受損、導(dǎo)地線斷股或斷線等故障。

2.4 強(qiáng)降雨災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)的影響

強(qiáng)降雨災(zāi)害可導(dǎo)致太陽(yáng)能電站停發(fā)、火電廠因燃料運(yùn)輸受阻而降低機(jī)組出力，所引發(fā)的洪水淹沒低洼地區(qū)的發(fā)電廠、變電站，滑坡、泥石流等次生災(zāi)害損壞線路桿塔等設(shè)施。

2.5 極端高溫天氣對(duì)電力系統(tǒng)的影響

極端高溫天氣導(dǎo)致火電廠冷卻效率下降，致使出力降低，造成輸電設(shè)備過熱受損、輸送容量減小。

3 電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端天氣的總體策略

3.1 應(yīng)對(duì)極端天氣的抗災(zāi)策略概述

應(yīng)對(duì)氣候變化，電力系統(tǒng)需要同時(shí)采取減緩和適應(yīng)2種策略。其中：減緩策略能降低氣候變化的速率和范圍；而適應(yīng)策略則能降低對(duì)氣候變化的敏感性，從而最終降低由氣候變化所帶來的脆弱性。減緩策略是一項(xiàng)相對(duì)長(zhǎng)期、艱巨的任務(wù)，而適應(yīng)策略則更為現(xiàn)實(shí)、緊迫[5]。

氣候變化中的極端天氣是一種十分特殊的情景，雖然出現(xiàn)的概率低，但是危害性大，與日常情景區(qū)別非常大。從極端天氣對(duì)電力系統(tǒng)的影響來看，為使電力系統(tǒng)具備較強(qiáng)抵御極端天氣的能力，將損失控制在可接受范圍內(nèi)并獲得更好的收益，需重視電網(wǎng)的氣候適應(yīng)勘測(cè)。因此，本文從建立適應(yīng)氣候變化的電力系統(tǒng)發(fā)展體系角度出發(fā)，提出構(gòu)建涵蓋極端氣象因素的電力系統(tǒng)適應(yīng)策略，即PCEA抗災(zāi)體系，其包含4個(gè)流程，如圖6所示。

圖6 電力系統(tǒng)適應(yīng)策略圖

1）規(guī)劃階段：需要識(shí)別極端天氣的風(fēng)險(xiǎn)，研究電網(wǎng)抵御能力，尋找薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)，從系統(tǒng)規(guī)劃和氣象災(zāi)害分布的角度評(píng)估電網(wǎng)的可靠性，識(shí)別區(qū)域內(nèi)重要設(shè)施和負(fù)荷，并采取相應(yīng)的適應(yīng)措施，提出不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)的概念、目標(biāo)和建設(shè)范圍。

2）建設(shè)階段：結(jié)合氣象災(zāi)害的分布、影響以及保底電網(wǎng)建設(shè)，提出應(yīng)對(duì)各種氣象災(zāi)害的電力設(shè)施對(duì)策、保護(hù)措施以及不同的電網(wǎng)加固方法(恢復(fù)或者局部重建)。

3）應(yīng)急階段：根據(jù)氣候變化和氣象部門發(fā)布的預(yù)警信息制定應(yīng)急預(yù)案，利用應(yīng)急指揮平臺(tái)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行情況，極端天氣過程中根據(jù)電力系統(tǒng)狀態(tài)合理調(diào)度，根據(jù)受損情況和用戶重要度安排搶修，盡快恢復(fù)供電。

4）評(píng)估階段：從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估，找出需要改進(jìn)的問題。建立適應(yīng)氣候變化的電力系統(tǒng)彈性指標(biāo)，在項(xiàng)目實(shí)施后收集、計(jì)算和評(píng)估度量的變化，評(píng)估項(xiàng)目的投資收益。根據(jù)歷史極端天氣氣象資料、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況、反應(yīng)過程和破壞情況，驗(yàn)證項(xiàng)目實(shí)施的效果，進(jìn)而總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、提出改進(jìn)措施，提升下一個(gè)周期的實(shí)施效果。

3.2 規(guī)劃階段

PCEA抗災(zāi)體系下的電網(wǎng)規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃最顯著的區(qū)別在于制定了一個(gè)保底電網(wǎng)規(guī)劃。

3.2.1 保底電網(wǎng)規(guī)劃的必要性

為合理地確定電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端天氣的投入，需進(jìn)行保底電網(wǎng)規(guī)劃。由于極端天氣往往作用范圍廣且破壞力巨大，若不加區(qū)別地提高防災(zāi)等級(jí)以保全所有電力設(shè)施，則所導(dǎo)致的工程量和投資往往很大，在實(shí)踐中不具有可操作性。電力系統(tǒng)抗災(zāi)需要在投入和效益之間做好平衡，若投入過多，投資將缺乏經(jīng)濟(jì)效益；若投入不足，將不能產(chǎn)生有效的防災(zāi)效果。實(shí)踐表明，通過保底電網(wǎng)規(guī)劃對(duì)一個(gè)區(qū)域20%～30%的站點(diǎn)和線路進(jìn)行重點(diǎn)加強(qiáng)，可以獲取較好的抗災(zāi)效益[40-41]。

3.2.2 保底電網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容

保底電網(wǎng)是針對(duì)極端天氣情況，以保障城市基本運(yùn)轉(zhuǎn)、盡量降低社會(huì)影響為出發(fā)點(diǎn)，以應(yīng)急機(jī)構(gòu)、核心基礎(chǔ)設(shè)施等重要用戶為保障對(duì)象，選取重要變電站、重要線路和抗災(zāi)保障電源進(jìn)行差異化建設(shè)維護(hù)，保障城市應(yīng)急機(jī)構(gòu)不停電、核心基礎(chǔ)設(shè)施可快速?gòu)?fù)電的最小規(guī)模網(wǎng)架[42]。為實(shí)現(xiàn)這一最小規(guī)模網(wǎng)架而進(jìn)行的規(guī)劃稱為保底電網(wǎng)規(guī)劃。在極端天氣下，區(qū)域電網(wǎng)可能解列為若干個(gè)保底電網(wǎng)，以維持最低限度的運(yùn)行。

3.2.3 保底電網(wǎng)規(guī)劃的步驟

1）獲取重要用戶清單。通過對(duì)供電區(qū)內(nèi)的用戶調(diào)查，梳理出重要客戶清單。重要用戶是對(duì)于保障社會(huì)運(yùn)行有重要意義，電力供應(yīng)中斷會(huì)給社會(huì)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上造成重大損失的用戶。重要用戶通常包括：城市核心區(qū)域和用戶，如政府、醫(yī)院等；連續(xù)生產(chǎn)的工業(yè)，如鋼鐵廠、化工廠等；大量人員活動(dòng)場(chǎng)所，如大型體育場(chǎng)、商業(yè)場(chǎng)所等。

2）確定輻射型基礎(chǔ)供電網(wǎng)架，即針對(duì)重要用戶基礎(chǔ)保障網(wǎng)架。按“向重要用戶供電的低壓到高壓路徑”的方式自下而上梳理向重要用戶的供電路徑，如10kV 線路—110kV站點(diǎn)—110kV 線路—220kV 站點(diǎn)—220kV 線路—500kV 站點(diǎn)，由點(diǎn)到面地形成電網(wǎng)向重要用戶供電的輻射型魚骨網(wǎng)架。

3）整合橫向網(wǎng)架，確定保底電網(wǎng)。在輻射型魚骨網(wǎng)架基礎(chǔ)上，根據(jù)重要用戶、快速恢復(fù)聯(lián)絡(luò)通道、保障電源等不同方面的目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)籌完善，進(jìn)而形成完整的保底電網(wǎng)網(wǎng)架，在地圖上繪制保底電網(wǎng)地理接線圖。

4）識(shí)別面臨極端天氣的風(fēng)險(xiǎn)。不同類型的極端天氣發(fā)生的時(shí)間和空間可能相同，也可能不同，比如嚴(yán)寒和熱浪就必然作用在不同時(shí)間，而臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)降水則往往相伴而生。根據(jù)歷史資料和氣象分析，預(yù)測(cè)這一區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生的極端天氣、發(fā)生時(shí)間以及發(fā)生區(qū)域，繪制極端天氣分布地圖。如臺(tái)風(fēng)登陸后將迅速衰減，故臺(tái)風(fēng)侵襲的強(qiáng)風(fēng)區(qū)主要位于沿海地區(qū)，發(fā)生時(shí)間為夏季，通過將極端天氣分布地圖與保底電網(wǎng)地理接線圖相疊加，識(shí)別保底電網(wǎng)面臨的極端天氣風(fēng)險(xiǎn)。

5）提出建設(shè)方案，估算投資，制定實(shí)施計(jì)劃。按照面臨的不同風(fēng)險(xiǎn)，分析保底電網(wǎng)中電力設(shè)施抵御極端天氣風(fēng)險(xiǎn)的能力。對(duì)于不能抵御極端天氣風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)施，提出替代或改造方案(新設(shè)施的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)在PCEA的建設(shè)階段研究)，并估算投資。以優(yōu)先解決緊迫問題為導(dǎo)向(如在臺(tái)風(fēng)季來臨修復(fù)受損線路、加固關(guān)鍵線路等)安排資金，制定逐步實(shí)施計(jì)劃。

6）效益評(píng)估、資金籌措。保底電網(wǎng)所產(chǎn)生的投資可視為抗災(zāi)的前期投入，僅從投資收益方面無法準(zhǔn)確地反映保底電網(wǎng)的效益，需從社會(huì)效益和投資收益2個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。社會(huì)效益包括重要用戶抗災(zāi)能力、電網(wǎng)快速恢復(fù)供電能力、黑啟動(dòng)能力等。保底電網(wǎng)的直接投資回報(bào)比較低，如電力部門自有資本不足，應(yīng)設(shè)法獲得低息貸款。

3.2.4 保底電網(wǎng)規(guī)劃與傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃的關(guān)系

保底電網(wǎng)規(guī)劃是在傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃基礎(chǔ)上進(jìn)行的，保底電網(wǎng)針對(duì)的是重要用戶，在傳統(tǒng)電網(wǎng)局部地區(qū)進(jìn)行差異化的建設(shè)。通常先開展傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃，再進(jìn)行保底電網(wǎng)規(guī)劃。保底電網(wǎng)規(guī)劃提出的新建、替代、改造項(xiàng)目需要結(jié)合傳統(tǒng)規(guī)劃，盡量利用傳統(tǒng)規(guī)劃項(xiàng)目，以獲得較好的投入產(chǎn)出比。在傳統(tǒng)規(guī)劃階段需要充分考慮氣象因素，從整體上提升電網(wǎng)供電可靠性和安全性，避免保底電網(wǎng)規(guī)劃新增大量建設(shè)項(xiàng)目。

3.2.5 保底電網(wǎng)規(guī)劃案例

1）臺(tái)風(fēng)經(jīng)常侵襲的沿海城市

某沿海城市人口約800萬，臺(tái)風(fēng)頻繁，面積超過13萬km2，2018年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product，GDP)約為440億美元，中心城區(qū)和近郊地區(qū)GDP占比達(dá)70%。該城市保底電網(wǎng)規(guī)劃如圖7所示，計(jì)劃構(gòu)建不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)，以覆蓋90%的主要客戶和83%的大型住宅區(qū)。不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)包括了該城市電網(wǎng)62%的220kV站點(diǎn)、49%的220kV線路、19%的110kV站點(diǎn)和18%的110 kV線路。由于該城市電網(wǎng)規(guī)模相對(duì)較小，且核心區(qū)域大部分處于強(qiáng)風(fēng)區(qū)，因此不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)中220kV電網(wǎng)占比相對(duì)較高。如果總的220kV系統(tǒng)停電，將至少有一個(gè)110kV快速備用電路。

未來5年將投入約3.5億美元，占該區(qū)域電網(wǎng)總投資額的37.5%，包括新建和改造37條 220kV、110kV輸電線路。

該城市中心地區(qū)與近郊地區(qū)的平均停電時(shí)間為24h，若因強(qiáng)臺(tái)風(fēng)而導(dǎo)致中心城區(qū)及郊區(qū)50%區(qū)域停電，經(jīng)濟(jì)損失采用產(chǎn)電比方法(以單位電能在不同地區(qū)所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為基礎(chǔ)，對(duì)電能價(jià)值進(jìn)行度量)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，則將損失約8500萬美元。

2）臺(tái)風(fēng)較少的城市

某城市位于河流出海口附近，距離海岸線約50km，受臺(tái)風(fēng)影響較小，但經(jīng)濟(jì)地位重要。該城市人口約850萬，面積約2500km2，2018年GDP約1 175億美元。該城市保底電網(wǎng)規(guī)劃如圖8所示，計(jì)劃構(gòu)建不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)，以覆蓋70%的重要客戶和80%中心城區(qū)的大型住宅區(qū)。不停電最小電網(wǎng)主干網(wǎng)包括了該城市電網(wǎng)10%的220kV站點(diǎn)、9%的220kV線路、4%的110kV站點(diǎn)和3%的110kV線路。如果每個(gè)220kV供電片區(qū)停電，將至少有一個(gè)110kV快速備用電路。

圖8 某臺(tái)風(fēng)較少的城市保底電網(wǎng)規(guī)劃

未來5年將投入約1.4億美元，占該區(qū)域電網(wǎng)總投資額的8.7%，包括新建和改造8條220kV、110kV輸電線路。

該城市若因臺(tái)風(fēng)而導(dǎo)致中心城區(qū)局部(10%)停電，平均恢復(fù)供電時(shí)間24h，經(jīng)濟(jì)損失用產(chǎn)電比方法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，則將損失約0.32億美元。

3.3 建設(shè)階段

3.3.1 應(yīng)對(duì)極端天氣的建設(shè)措施

1）風(fēng)暴天氣應(yīng)對(duì)措施

應(yīng)對(duì)風(fēng)暴天氣時(shí)，對(duì)于發(fā)電廠、變電站，在電氣設(shè)備領(lǐng)域的建設(shè)措施有：強(qiáng)風(fēng)區(qū)電氣設(shè)備盡量采用戶內(nèi)布置；提高電氣設(shè)備本體和附件的抗風(fēng)能力；提高廠站用電源的可靠性。在建構(gòu)筑物領(lǐng)域的建設(shè)措施有：充分收集并分析氣象資料，合理確定設(shè)計(jì)風(fēng)壓，提高建構(gòu)筑物的抗風(fēng)能力；沿海廠站選址充分考慮風(fēng)暴潮影響。

輸電線路應(yīng)對(duì)措施有：充分收集并分析氣象資料，設(shè)立風(fēng)速觀測(cè)裝置，修正區(qū)域設(shè)計(jì)風(fēng)壓，合理確定設(shè)計(jì)風(fēng)壓；路徑選擇避開極大風(fēng)速區(qū)域；減少導(dǎo)線分裂根數(shù)，采用低風(fēng)阻導(dǎo)線；耐張塔跳線采用硬跳線或固定型跳線串；直線塔采用V型懸垂串；提高桿塔在不均勻風(fēng)作用下的承載能力，降低風(fēng)振響應(yīng)影響；補(bǔ)強(qiáng)加固現(xiàn)有桿塔及基礎(chǔ)；重要線路電纜化。

2）低溫冰凍天氣應(yīng)對(duì)措施

應(yīng)對(duì)低溫冰凍天氣時(shí)，對(duì)于發(fā)電廠、變電站，在電氣設(shè)備領(lǐng)域的建設(shè)措施有：提高開關(guān)設(shè)備的破冰能力；優(yōu)化絕緣元件設(shè)計(jì)，防止冰閃；加裝直流融冰裝置。在建構(gòu)筑物領(lǐng)域的建設(shè)措施有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮冰雪荷載及其不均勻性。

輸電線路應(yīng)對(duì)措施有：充分收集并分析氣象資料，設(shè)立觀冰站，積累覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)，合理確定設(shè)計(jì)冰厚；路徑選擇盡量避開重覆冰區(qū)域；改善絕緣子串型，防止冰閃；減少導(dǎo)線分裂根數(shù)，降低桿塔荷載；減小耐張段長(zhǎng)度，控制串倒事故的破壞范圍；加強(qiáng)桿塔承受覆冰縱向荷載能力；建設(shè)覆冰預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配置線路融冰裝置。

3）雷暴天氣應(yīng)對(duì)措施

應(yīng)對(duì)雷暴天氣時(shí)，對(duì)于發(fā)電廠、變電站，在電氣設(shè)備領(lǐng)域的建設(shè)措施有：在斷路器的線路側(cè)安裝避雷器。在建構(gòu)筑物領(lǐng)域的建設(shè)措施有：建筑物屋頂敷設(shè)置閉合避雷帶，構(gòu)筑物頂部設(shè)置避雷針或避雷線。

輸電線路應(yīng)對(duì)措施有：提高線路絕緣水平，包括加大絕緣子串長(zhǎng)和塔頭尺寸；同塔多回線路采用差絕緣配置；合理布置導(dǎo)線相序；降低桿塔接地電阻和桿塔呼高；應(yīng)用線路避雷器；架設(shè)耦合地線；減小地線保護(hù)角。

4）極端高溫天氣應(yīng)對(duì)措施

應(yīng)對(duì)極端高溫天氣時(shí)，對(duì)于發(fā)電廠、變電站，在電氣設(shè)備領(lǐng)域的建設(shè)措施有：通過改進(jìn)制造工藝提高設(shè)備耐受高溫能力；通過加裝散熱器對(duì)設(shè)備降溫。在建構(gòu)筑物領(lǐng)域的建設(shè)措施有：外圍護(hù)結(jié)構(gòu)具備良好隔熱性能，適應(yīng)高溫氣候。

輸電線路應(yīng)對(duì)措施有：采用耐熱導(dǎo)線；對(duì)老舊線路進(jìn)行增容改造。

5）強(qiáng)降水天氣應(yīng)對(duì)措施

應(yīng)對(duì)強(qiáng)降水天氣時(shí)，發(fā)電廠、變電站在電氣設(shè)備及建構(gòu)筑物領(lǐng)域的建設(shè)措施有：廠站址選擇避免滑坡、泥石流影響；廠站場(chǎng)地的設(shè)計(jì)標(biāo)高充分考慮洪澇的影響；站區(qū)做好完善的排水設(shè)施。

輸電線路應(yīng)對(duì)措施有：塔位選擇避免滑坡、泥石流影響；選用巖石嵌固、挖孔樁等原狀土基礎(chǔ)，以降低滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)；合理處置施工棄土，防止棄土誘發(fā)牽引式滑坡；合理設(shè)置排水溝，防止排水不良誘發(fā)滑坡；采用護(hù)面墻及抗滑樁穩(wěn)定邊坡。

3.3.2 建設(shè)案例分析

以中國(guó)南部沿海輸電線路提高抗風(fēng)能力改造為例，該地區(qū)處于易受臺(tái)風(fēng)侵襲地帶，為加強(qiáng)某220kV輸電線路抗風(fēng)能力，需進(jìn)行防風(fēng)評(píng)估及加固改造。首先對(duì)線路的防風(fēng)能力進(jìn)行全面評(píng)估，找出鐵塔構(gòu)造和基礎(chǔ)方面的薄弱環(huán)節(jié)，并提出針對(duì)性的改造措施，具體如下：

1）采用鋼芯耐熱鋁金型線替換舊導(dǎo)線。如 圖9所示，采用單根JNRLH1X1/LB14-500/55型鋁包鋼芯耐熱鋁合金型線替代2mm×300mm規(guī)格導(dǎo)線，導(dǎo)線外徑減小41%，導(dǎo)線風(fēng)荷載相應(yīng)也減小41%。

2）對(duì)鐵塔進(jìn)行加固，包括對(duì)鐵塔主材、斜材、橫材進(jìn)行加固等。加固主要通過采用更大規(guī)格或更高強(qiáng)度的材料，或者在原材料背面附加一個(gè)相同規(guī)格材料，組成T形組合角鋼構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)。

圖9 單導(dǎo)線技術(shù)應(yīng)用方案

3）對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固，主要手段包括在原基礎(chǔ)主柱邊上澆筑一圈鋼筋混凝土連梁，或者在原基礎(chǔ)周邊擴(kuò)寬以提高原基礎(chǔ)承載力。

通過改造，線路設(shè)計(jì)基本風(fēng)速(離地10m高10min平均風(fēng)速)從32.8m/s提升至37m/s，工程投資僅為新建工程投資的20%。根據(jù)保底電網(wǎng)規(guī)劃的要求，類似的輸電線路防風(fēng)改造工程已經(jīng)在多條線路上開展。根據(jù)某城市的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，保底電網(wǎng)規(guī)劃防風(fēng)改造工程完成前，平均每年因臺(tái)風(fēng)災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6 669.6萬元，按表1、2中推薦方案進(jìn)行改造，增加投資約23 905萬元，在改造后的4年內(nèi)減少損失共計(jì)26678.4萬元，投資回報(bào)率(投資后節(jié)約的資金總額/增加投資額)為111.6%。

表1 某城市500kV輸電線路防風(fēng)改造方案對(duì)比

表2 某城市110～220kV輸電線路防風(fēng)改造方案對(duì)比

3.4 應(yīng)急階段

電力系統(tǒng)應(yīng)急管理體系是指電力系統(tǒng)處理緊急事務(wù)或突發(fā)事件的職能及其載體系統(tǒng)，是應(yīng)急管理的組織、預(yù)案與保障系統(tǒng)之和。加強(qiáng)應(yīng)急管理體系建設(shè)，就要根據(jù)突發(fā)事件或危機(jī)事務(wù)，把握并設(shè)定應(yīng)急職能和機(jī)構(gòu)，進(jìn)而形成科學(xué)、完整的應(yīng)急管理體制。

電力系統(tǒng)應(yīng)急管理體系主要包括應(yīng)急組織、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急保障三大部分。其中：應(yīng)急組織涵蓋了人員架構(gòu)設(shè)置及相應(yīng)的管理制度；應(yīng)急預(yù)案涵蓋了針對(duì)各種自然災(zāi)害、突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)方法及流程；應(yīng)急保障涵蓋了應(yīng)急信息通信技術(shù)(information communication technology，ICT)、應(yīng)急物資等相關(guān)支撐措施。

3.5 評(píng)估階段

3.5.1 評(píng)估目的及評(píng)估方法

評(píng)估是指在抗災(zāi)體系項(xiàng)目實(shí)施一段時(shí)間后，對(duì)項(xiàng)目的前期工作、實(shí)施情況及應(yīng)用效果進(jìn)行的再評(píng)估。其目的是：通過對(duì)項(xiàng)目研究及應(yīng)用全過程的綜合研究，衡量和分析項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際情況及其與預(yù)計(jì)情況的差距，確定有關(guān)預(yù)測(cè)和判斷是否正確并分析其原因，從而總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為今后改進(jìn)項(xiàng)目的決策、投資、研究、管理等工作創(chuàng)造條件，并為提高項(xiàng)目投資效益和改善應(yīng)用效果提出切實(shí)可行的對(duì)策與措施。因此，對(duì)抗災(zāi)體系進(jìn)行評(píng)估具有重大的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

評(píng)估的基本方法涉及因果分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法、對(duì)比分析法等，其中，對(duì)比分析法又根據(jù)具體評(píng)估對(duì)象和評(píng)估目的，分前后對(duì)比、有無對(duì)比和橫向?qū)Ρ?。通過對(duì)比的方法，可找出投資預(yù)期目標(biāo)和實(shí)際目標(biāo)的差異。

因果分析法主要是用于對(duì)指標(biāo)差異的分析，從而找出差異的本質(zhì)原因。模糊綜合評(píng)價(jià)法及層次分析法則是針對(duì)抗災(zāi)體系這類特殊的多目標(biāo)決策問題進(jìn)行綜合分析和歸納，從決策者的角度分析多個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況，以及多個(gè)目標(biāo)之間的相互關(guān)系，從而有針對(duì)性地提出相關(guān)對(duì)策，反饋電網(wǎng)投資。具體評(píng)估思路和方法如圖10所示。

3.5.2 評(píng)估的維度

評(píng)估工作既是上一個(gè)階段工作的最后一個(gè)步驟，也是下一個(gè)階段工作的開始。開展抗災(zāi)體系評(píng)估工作時(shí)，需要充分考慮利益相關(guān)方的訴求，結(jié)合當(dāng)?shù)匾装l(fā)的極端天氣，匹配當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)3個(gè)維度進(jìn)行評(píng)估。

圖10 抗災(zāi)體系評(píng)估和思路

3.5.3 評(píng)估的步驟

1）建立評(píng)估指標(biāo)體系。構(gòu)建電力系統(tǒng)彈性指標(biāo)體系，確立經(jīng)濟(jì)收益指標(biāo)。環(huán)境指標(biāo)包括噪聲、水環(huán)境保護(hù)、污染物排放、溫室氣體排放、土地占用等；社會(huì)影響包括供電可靠性提升、勞工安全、貧困人群保障、非自愿移民、就業(yè)崗位創(chuàng)造等因素。

2）記錄數(shù)據(jù)。在規(guī)劃、建設(shè)、應(yīng)急階段開展記錄工作，包括規(guī)劃完成率、應(yīng)急階段的災(zāi)情、救災(zāi)處置以及其他記錄。

3）定量與定性分析相結(jié)合。評(píng)估以定量分析為主，分析指標(biāo)完成率，對(duì)難以定量分析的指標(biāo)(如社會(huì)影響等方面)需補(bǔ)充定性分析。

4）預(yù)測(cè)氣象。預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)未來災(zāi)害可能達(dá)到的強(qiáng)度與頻度，結(jié)合災(zāi)區(qū)的人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度，分析現(xiàn)有防災(zāi)抗災(zāi)能力(包括規(guī)劃、建設(shè)、應(yīng)急)是否仍然適應(yīng)，對(duì)下一階段規(guī)劃工作提供支持。

5）制定標(biāo)準(zhǔn)和改進(jìn)措施。對(duì)于已被證明的有成效的措施，要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，制定成工作標(biāo)準(zhǔn)，以便以后的執(zhí)行和推廣。對(duì)于存在的不足，要分析出現(xiàn)的原因，提出改進(jìn)措施。

3.5.4 評(píng)估案例分析

以中國(guó)南部沿海某城市2014—2016年防風(fēng)加固項(xiàng)目后評(píng)估為例，該城市防風(fēng)加固項(xiàng)目建設(shè)目的主要是提高電網(wǎng)抗擊臺(tái)風(fēng)的能力，以及沿海地區(qū)的供電質(zhì)量、供電可靠性。本項(xiàng)目通過對(duì)比防風(fēng)加固項(xiàng)目建設(shè)周期內(nèi)(2014—2016年)的主要供電可靠性指標(biāo)以及項(xiàng)目建設(shè)前后的2次臺(tái)風(fēng)(威馬遜與莎莉嘉)對(duì)供電設(shè)備的影響，評(píng)估防風(fēng)加固項(xiàng)目建設(shè)的投資效果。

1）投資概況

該電網(wǎng)防風(fēng)加固工程從2014—2016年連續(xù)開展3年，項(xiàng)目改造范圍涵蓋110 kV、35 kV、10 kV及以下，重點(diǎn)針對(duì)易受臺(tái)風(fēng)影響的線路進(jìn)行改造和升級(jí)，穩(wěn)固桿塔基礎(chǔ)、新建鐵塔，修復(fù)或更換舊損電桿。共投資110 kV項(xiàng)目9個(gè)、35 kV項(xiàng)目20個(gè)、10 kV項(xiàng)目78個(gè)，合計(jì)立項(xiàng)107個(gè)，立項(xiàng)投資11581萬元。

2）投資效果

①防風(fēng)加固項(xiàng)目投資對(duì)用戶平均停電時(shí)間下降有積極影響，有效減少故障停電時(shí)間。

經(jīng)過2014—2016年防風(fēng)加固項(xiàng)目建設(shè)，該城市用戶平均停電時(shí)間下降比較明顯，每戶平均停電時(shí)間由2014年的25h下降至2016年的10h，如圖11所示。

圖11 2014—2016年用戶平均停電時(shí)間

經(jīng)2014—2016年防風(fēng)加固項(xiàng)目建設(shè)，該城市恢復(fù)供電平均時(shí)間下降較明顯，城區(qū)恢復(fù)供電平均時(shí)間由2014年的4 h下降至2016年的1.77h，農(nóng)村恢復(fù)供電平均時(shí)間由2014年的5h下降至2016年的2.49h，如表3所示。

表3 2014—2016年恢復(fù)供電時(shí)間

②經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益效果顯著，有效加強(qiáng)了電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)抵抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)能力明顯提升。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，項(xiàng)目投資后，2016年比2014年設(shè)備受損情況減少，其中：35kV及以上輸電線路停運(yùn)數(shù)量同比減少79.41%；10kV受損線路數(shù)量同比減少74.81%，斷桿數(shù)量同比減少100%，倒桿/傾斜桿數(shù)量同比減少97.91%，倒塌鐵塔數(shù)量同比減少100%；10kV公變損壞臺(tái)數(shù)同比減少91.67%；0.4kV斷桿數(shù)量同比減少98.44%，倒桿/傾斜桿數(shù)量同比減少96.13%，受損線路長(zhǎng)度同比減少93.14%。由此可知，項(xiàng)目投資后，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)得到了有效加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)損失減少，如圖12所示。

在社會(huì)效益方面，項(xiàng)目投資后，輸配電線路抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的能力和電網(wǎng)抗自然災(zāi)害能力得到了提高，自然災(zāi)害資產(chǎn)損失減少，保障了居民用電；并初步實(shí)現(xiàn)了避免超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的大面積停電事件重演，項(xiàng)目建設(shè)提高了10kV網(wǎng)絡(luò)的供電能力和供電可靠性，為城市發(fā)展提供了有力保障。

4 結(jié)論

總結(jié)了亞洲地區(qū)氣候變化和極端氣象災(zāi)害，分析了極端天氣對(duì)電力系統(tǒng)的影響，提出在減緩和適應(yīng)這2種應(yīng)對(duì)策略中，應(yīng)對(duì)氣候問題將首先采取適應(yīng)策略。重點(diǎn)研究了電力系統(tǒng)適應(yīng)極端氣象災(zāi)害的策略，并將其應(yīng)用于實(shí)際案例中，主要結(jié)論如下：

1）氣候變化對(duì)電力系統(tǒng)的影響越來越大，電力系統(tǒng)設(shè)施和電力供應(yīng)會(huì)承受各種氣象災(zāi)害影響，電力系統(tǒng)發(fā)展策略必須考慮氣候變化的因素。

2）經(jīng)過實(shí)際案例分析，應(yīng)用提出的PCEA抗災(zāi)體系及保底電網(wǎng)規(guī)劃，能夠降低極端氣候帶來的損失，提高供電可靠性，產(chǎn)生良好的效益。

本文著重研究電力系統(tǒng)適應(yīng)極端天氣總體策略下的規(guī)劃與評(píng)估階段，忽略了各階段的協(xié)調(diào)及實(shí)施情況反饋，后續(xù)可在計(jì)及各階段反饋結(jié)果的情況下進(jìn)一步優(yōu)化總體策略，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求。

[1] KAMIA H，TATIANA F，YORANM K，et al．Seeking for a climate change mitigation and adaptation nexus： analysis of a long-term power system expansion [J]．Applied Energy，2020，262：114485．

[2] CRAIG M T，CARRE?O L L，ROSSOL M，et al．Effects on power system operations of potential changes in wind and solar generation potential under climate change[J]．Environmental Research Letters，2019，14(3)：034014．

[3] MOSER C，BURRI P，GNANSOUNOU E，et al．

Climate change and its influence on the planning and operation of electric power systems[J]．Water and Energy Abstracts，2008，18(4)：64-65．

[4] WEBER J，WOHLAND J，REYERS M，et al．Impact of climate change on backup energy and storage needs in wind-dominated power systems in Europe[J]．PLos ONE，2018，13(8)：0201457．

[5] 吳昌華．能源變革，應(yīng)對(duì)氣候變化的唯一選項(xiàng)[J]．風(fēng)能，2016(2)：20-22．

WU C H．Energy change，the only option to deal with climate change[J]．Wind Energy，2016(2)：20-22．

[6] 吳克河，王繼業(yè)，李為，等．面向能源互聯(lián)網(wǎng)的新一代電力系統(tǒng)運(yùn)行模式研究[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，39(4)：966-979．

WU K H，WANG J Y，LI W，et al．Research on the operation mode of new generation electric power system for the future energy internet[J]．Proceedings of the CSEE，2019，39(4)：966-979．

[7] 許鑒，高靖，劉一濤，等．基于魯棒DEA的新能源電力系統(tǒng)投入產(chǎn)出效率評(píng)價(jià)研究[J]．可再生能源，2019，37(4)：558-563．

XU J，GAO J，LIU Y T，et al．Research on input- output efficiency evaluation of new energy power system based on robust DEA[J]．Renewable Energy Resources，2019，37(4)：558-563．

[8] 范坤樂，楊承，王平，等．高比例新能源滲透下天然氣發(fā)電裝機(jī)容量分配研究[J]．廣東電力，2020，33(1)：1-8．

FAN K L，YANG C，WANG P，et al．Study on capacity allocation for gas-fired power generation units based on high penetration of renewable energy [J]．Guangdong Electric Power，2020，33(1)：1-8．

[9] 李整，秦金磊，譚文，等．基于目標(biāo)權(quán)重導(dǎo)向多目標(biāo)粒子群的節(jié)能減排電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35(S1)：67-74．

LI Z，QIN J L，TAN W，et al．Optimizing schedule for electric power system of energy-saving and emission-reducing based upon objective-weight oriented multi-objective particle swarm optimization [J]．Proceedings of the CSEE，2015，35(S1)：67-74．

[10] 文旭，郭琳，王俊梅．面向節(jié)能減排的電力系統(tǒng)發(fā)購(gòu)電計(jì)劃研究述評(píng)[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43(9)：136-144．

WEN X，GUO L，WANG J M．Overview of power dispatch and purchasing plan in power system from energy-saving and emission-reducing[J]．Power System Protection and Control，2015，43(9)：136-144．

[11] 洪流，冉碧蓮，劉漢英．電力節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用[J]．資源節(jié)約與環(huán)保，2019(12)：3-4．

HONG L，RAN B L，LIU H Y．Research and application of power saving technology[J]．Resource conservation and environmental protection，2019(12)：3-4．

[12] 程耀華，杜爾順，田旭，等．電力系統(tǒng)中的碳捕集電廠：研究綜述及發(fā)展新動(dòng)向[J]．全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2020，3(4)：339-350．

CHENG Y H，DU E S，TIAN X，et al．Carbon capture power plants in power systems： review and latest research trends[J]．Journal of Global Energy Interconnection，2020，3(4)：339-350．

[13] 王楊．中國(guó)電力低碳轉(zhuǎn)型路徑及其優(yōu)化決策研究[D]．北京：華北電力大學(xué)，2018．

WANG Y．Research on low carbon transition path and optimization strategy of China’s power sector [D]．Beijing：North China Electric Power University，2018．

[14] 盧斯煜，婁素華，吳耀武．低碳經(jīng)濟(jì)下基于排放軌跡約束的電力系統(tǒng)電源擴(kuò)展規(guī)劃模型[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26(11)：175-181．

LU S Y，LOU S H，WU Y W．A model for generation expansion planning of power system based on carbon emission trajectory model under low-carbon economy[J]．Transactions of China Electrotechnical Society，2011，26(11)：175-181．

[15] 夏炎，范英．基于減排成本曲線演化的碳減排策略研究[J]．中國(guó)軟科學(xué)，2012(3)：12-22．

XIA Y，F(xiàn)AN Y．Study on emission reduction strategy based on evolutive CO2abatement cost curve [J]．China Soft Science，2012(3)：12-22．

[16] 陳國(guó)平，董昱，梁志峰．能源轉(zhuǎn)型中的中國(guó)特色新能源高質(zhì)量發(fā)展分析與思考[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2020，40(7)：5493-5505．

CHEN G P，DONG Y，LIANG Z F．Analysis and reflection on high-quality development of new energy with Chinese characteristics in energy transition [J]．Proceedings of the CSEE，2020，40(7)：5493-5505．

[17] 李立浧，張勇軍，徐敏．我國(guó)能源系統(tǒng)形態(tài)演變及分布式能源發(fā)展[J]．分布式能源，2017，2(1)：1-9．

LI L C，ZHANG Y J，XU M．Morphological evolution of energy system and development of distributed energy in China[J]．Distributed Energy，2017，2(1)：1-9．

[18] 薛禹勝，吳勇軍，謝云云，等．停電防御框架向自然災(zāi)害預(yù)警的拓展[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37(16)：18-26．

XUE Y S，WU Y J，XIE Y Y，et al．Extension of blackout defense scheme to natural disasters early- warning[J]．Automation of Electric Power Systems，2013，37(16)：18-26．

[19] 熊小伏，翁世杰，王建，等．電網(wǎng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，37(7)：27-32．

XIONG X F，WENG S J，WANG J，et al．Research and application of typhoon risk early warning system of power grid[J]．Journal of Chongqing University，2014，37(7)：27-32．

[20] 張恒旭，劉玉田，張鵬飛．極端冰雪災(zāi)害下電網(wǎng)安全評(píng)估需求分析與框架設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29(16)：8-14．

ZHANG H X，LIU Y T，ZHANG P F．Requirements analysis and framework design for power system security assessment considering extreme ice disasters [J]．Proceedings of the CSEE，2009，29(16)：8-14．

[21] 吳勇軍，薛禹勝，謝云云，等．臺(tái)風(fēng)及暴雨對(duì)電網(wǎng)故障率的時(shí)空影響[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016，40(2)：20-29．

WU Y J，XUE Y S，XIE Y Y，et al．Space-time impact of typhoon and rainstorm on power grid fault probability[J]．Automation of Electric Power Systems，2016，40(2)：20-29．

[22] 賀海磊，郭劍波．考慮共因失效的電力系統(tǒng)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(28)：44-54．

HE H L，GUO J B．Seismic disaster risk evaluation for power systems considering common cause failure [J]．Proceedings of the CSEE，2012，32(28)：44-54．

[23] 唐斯慶，張彌，李建設(shè)，等．海南電網(wǎng)“9·26”大面積停電事故的分析與總結(jié)[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30(1)：1-7．

TANG S Q，ZHANG M，LI J S，et al．Review of blackout in Hainan on September 26th：causes and recommendations[J]．Automation of Electric Power Systems，2006，30(1)：1-7．

[24] 曾輝，孫峰，李鐵，等．澳大利亞“9·28”大停電事故分析及對(duì)中國(guó)啟示[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017，41(13)：1-6．

ZENG H，SUN F，LI T，et al．Analysis of "9·28" blackout in South Australia and its enlightenment to China[J]．Automation of Electric Power Systems，2017，41(13)：1-6．

[25] 周博文，陳麒宇，楊東升．巴西大停電的思考[J]．發(fā)電技術(shù)，2018，39(2)：97-105．

ZHOU B W，CHEN Q Y，YANG D S．On the power system large-scale blackout in Brazil[J]．Power Generation Technology，2018，39(2)：97-105．

[26] 楊雯哲．電網(wǎng)大面積停電應(yīng)急管理問題與對(duì)策研究[D]．廣州：華南理工大學(xué)，2018．

YANG W Z．Research on emergency management of large area blackout and countermeasures [D]．Guangzhou：South China University of Technology，2018．

[27] 趙靜波，張思聰，廖詩(shī)武．美國(guó)加州2020年8月中旬停電事故分析及思考[J]．電力工程技術(shù)，2020，39(6)：52-57．

ZHAO J B，ZHANG S C，LIAO S W．Analysis and reflection for the rotating outages in mid-August 2020 in California[J]．Electric Power Engineering Technology，2020，39(6)：52-57．

[28] 劉澤揚(yáng)，荊朝霞．美國(guó)得州2·15停電初步分析及其對(duì)我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)的啟示[J]．發(fā)電技術(shù)，2021，42(1)：131-139．

LIU Z Y，JING Z X．Preliminary analysis of the 2·15 power outage in Texas，U.S. and its enlightenment to the construction of China's electricity market [J]．Power Generation Technology，2021，42(1)：131-139．

[29] 冷喜武．美國(guó)得州2021輪停事故分析及其對(duì)中國(guó)電網(wǎng)改革的啟示[J]．發(fā)電技術(shù)，2021，42(2)：151-159．

LENG X W．The analysis of 2021 Texas’ rotating blackout incident and its enlightenment to the reform of China power grid[J]．Power Generation Technology，2021，42(2)：151-159．

[30] 蘇盛，陳金富，段獻(xiàn)忠．全球暖化與電力系統(tǒng)的相互影響綜述[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2010，34(2)：33-40．

SU S，CHEN J F，DUAN X Z．Interaction between global warming and electric power systems[J]．Power System Technology，2010，34(2)：33-40．

[31] BADAL F R，DAS P，SARKER SK，et al．A survey on control issues in renewable energy integration and microgrid[J]．Protection and Control of Modern Power Systems，2019，4(1)：1-27．

[32] 席雅雯，吳俊勇，石琛，等．融合歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)影響因素的精細(xì)化負(fù)荷預(yù)測(cè)[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2019，47(1)：80-87．

XI Y W，WU J Y，SHI C，et al．A refined load forecasting based on historical data and real-time influencing factors[J]．Power System Protection and Control，2019，47(1)：80-87．

[33] 高鑫，唐飛，張童彥，等．配電網(wǎng)防風(fēng)抗災(zāi)加固措施優(yōu)化決策方法[J]．發(fā)電技術(shù)，2021，42(1)：78-85．

GAO X，TANG F，ZHANG T Y，et al．Optimal decision-making method of wind-proof and disaster-resistant reinforcement[J]．Power Generation Technology，2021，42(1)：78-85．

[34] 趙曉龍，方恒福，王罡，等．面向彈性配電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)的組件重要度評(píng)估方法[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2020，48(16)：28-36．

ZHAO X L，F(xiàn)ANG H F，WANG G，et al．Component importance indices evaluation considering disaster prevention and mitigation in resilient distribution systems[J]．Power System Protection and Control，2020，48(16)：28-36．

[35] 楊濤，郭琦，肖天貴，“一帶一路”沿線自然災(zāi)害分布特征研究[J]．中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2016，12(10)：165-171．

YANG T，GUO Q，XIAO T G．Research on distribution characteristics of natural disasters along “the Belt and Road”[J]．Journal of Safety Science and Technology，2016，12(10)：165-171．

[36] YING M，ZHANG W，YU H，et al．An overview of the china meteorological administration tropical cyclone database[J]．Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2014，31(2)：287-301．

[37] 楊思全．“一帶一路”區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)戰(zhàn)略思路研究[J]．中國(guó)保險(xiǎn)，2017(3)：7-11．

YANG S Q．Study on the strategic thought of regional disaster prevention and reduction along “the Belt and Road”[J]．China Insurance，2017：7-11．

[38] 毛星竹，劉建紅，李同昇，等．“一帶一路”沿線國(guó)家自然災(zāi)害時(shí)空分布特征分析[J]．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2018，27(1)：1-8．

MAO X Z，LIU J H，LI T S，et al．Spatio-temporal patterns of natural disasters in countries along the Belt and Road[J]．Journal of Natural Disasters，2018，27(1)：1-8．

[39] 任國(guó)玉，封國(guó)林，嚴(yán)中偉．中國(guó)極端氣候變化觀測(cè)研究回顧與展望[J]．氣候與環(huán)境研究，2010，15(4)：337-353．

REN G Y，F(xiàn)ENG G L，YAN Z W．Progresses in observation studies of climate extremes and changes in mainland China[J]．Climatic and Environmental Research，2010，15(4)：337-353．

[40] 徐國(guó)新，夏清，康重慶．電網(wǎng)抗災(zāi)投資決策方法研究[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，30(2)：22-27．

XU G X，XIA Q，KANG C Q．Research on investment decision-making method of disaster-proof power grid[J]．Electric Power Automation Equipment，2010，30(2)：22-27．

[41] 夏清，徐國(guó)新，康重慶．抗災(zāi)型電力系統(tǒng)的規(guī)劃[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(3)：1-7．

XIA Q，XU G X，KANG C Q．Planning of anti-disaster power system[J]．Power System Technology，2009，33(3)：1-7．

[42] 龔賢夫，覃蕓，段瑤，等．廣東沿海城市防風(fēng)保底電網(wǎng)規(guī)劃方法[J]．廣東電力，2017，30(7)：7-11．

GONG X F，QIN Y，DUAN Y，et al．Different power grid planning method of typhoon protection in Guangdong coastal cities[J]．Guangdong Electric Power，2017，30(7)：7-11．

Analysis of Power System Affected by Extreme Weather and Its Adaptive Strategy

LU Geng1, DENG Jing2*, WANG Yuhong3, CAO Jing1, YUE Yunfeng1

(1. China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co., Ltd., Guangzhou 510663, Guangdong Province, China; 2. School of Electrical Engineering, Guangzhou City Institute of Technology, Guangzhou 510800, Guangdong Province, China; 3. School of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan Province, China)

The impact of climate change on human society has attracted more and more attention, and the risk of power outage caused by a series of extreme weather is becoming more and more significant.In order to deal with climate change, especially extreme weather, human society needs to adopt two coping strategies of mitigation and adaptation. For the developing countries and small island countries, since climate change has already taken place, the climate problem will first be adaptation. In order to solve the problem of how the power system can fully adapt to climate change from all aspects, a power system development system adapted to climate change was established, and a construction method of power system development path covering extreme meteorological factors was proposed. On the basis of summarizing the impacts of various extreme weather on the power system, the vulnerability of power grid was evaluated. The overall strategy of adapting to extreme weather was studied, and the scheme of power system adapting to extreme weather events was proposed, namely planning-construction-emergency management-assessment (PCEA) disaster resistance system.In the planning stage, the study focused on the minimum power grid planning and built the minimum power grid backbone network without power outage. Based on the application examples in different stages of the scheme, it was verified that the PCEA system can make the power system better adapt to the extreme weather.

power system;climate change; extreme weather; minimum power grid planning; minimum power grid backbone network without power outage

10.12096/j.2096-4528.pgt.21059

TM 71

2021-05-19。

四川省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2021YFG0026)。

Project Supported by Science and Technology Program of Sichuan Province (2021YFG0026).

(責(zé)任編輯 尚彩娟)