計(jì)及靈活性資源的配電網(wǎng)韌性研究評(píng)述

張海春,陳望達(dá),沈浚,陳銘,朱新,郭楊瑾,趙鳳展

(1.國(guó)網(wǎng)浙江海寧市供電有限公司,浙江省嘉興市314400; 2.海寧金能電力實(shí)業(yè)有限公司,浙江省嘉興市 314400;3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院,北京市100083)

0 引 言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出,以風(fēng)、光、生物質(zhì)發(fā)電等新能源為主體、多種能源互補(bǔ)的供能形式將成為新型電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一[1]。電網(wǎng)中以風(fēng)、光為主的分布式電源(distributed generation,DG)占比不斷提升,其出力的天氣強(qiáng)耦合性、隨機(jī)性與不確定性將導(dǎo)致配電網(wǎng)對(duì)DG消納困難、抗擾動(dòng)壓力大,極高滲透率下的DG并網(wǎng)會(huì)改變區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行特性和源網(wǎng)交互機(jī)理,還可能帶來(lái)DG脫網(wǎng)、系統(tǒng)振蕩和電能質(zhì)量惡化等問(wèn)題;另外,有些地區(qū)極端天氣災(zāi)害頻發(fā)和電力負(fù)荷激增,還會(huì)造成供用電設(shè)施損壞。以上這些都為配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行帶來(lái)頗大的風(fēng)險(xiǎn)。

因此,電網(wǎng)需要具備更強(qiáng)的適配性、調(diào)節(jié)和傳輸能力,以應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)、冰雪等極端天氣擾動(dòng)、高比例風(fēng)光波動(dòng)和多元負(fù)荷帶來(lái)的沖擊。于是,有學(xué)者提出“韌性電網(wǎng)”或“彈性電網(wǎng)”的概念,以表征對(duì)擾動(dòng)具有一定應(yīng)對(duì)能力的電網(wǎng)。歷史數(shù)據(jù)表明主要的大停電事故大多都發(fā)生在配電系統(tǒng)中,配電網(wǎng)相對(duì)于輸電網(wǎng)而言承受擾動(dòng)的能力較弱[2],且與用戶負(fù)荷直接相關(guān)。因此著眼于配電網(wǎng)韌性研究,打造多元融合的新型電力系統(tǒng),提升電力系統(tǒng)對(duì)各種擾動(dòng)事件的感知、協(xié)同、抵御以及恢復(fù)能力,將有力支撐電網(wǎng)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展[3],也為用戶用電帶來(lái)更多直接效益。

近幾年,配電網(wǎng)韌性評(píng)估及提升方面的研究已成為熱點(diǎn)課題?，F(xiàn)有韌性評(píng)估研究主要聚焦于極端災(zāi)害下的小概率-高損失事件,強(qiáng)調(diào)極端災(zāi)害下電網(wǎng)對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷的支撐和恢復(fù)能力[4]。對(duì)于DG逐漸高比例接入的新型電力系統(tǒng),由于天氣不確定性導(dǎo)致的DG出力波動(dòng)大而且其出力曲線與負(fù)荷曲線錯(cuò)配、電網(wǎng)穩(wěn)定性差等問(wèn)題,是電力系統(tǒng)韌性評(píng)估研究的一個(gè)新的重要方向。對(duì)于配電網(wǎng)韌性提升方面的研究,由于配電網(wǎng)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各側(cè)都有一定的靈活性資源,能通過(guò)相互協(xié)同減少擾動(dòng)環(huán)境下的配電網(wǎng)負(fù)荷損失,為系統(tǒng)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)提供了有利條件[5]。因此,將優(yōu)化利用靈活性資源作為韌性提升的主要手段,研究其對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃[6]和運(yùn)行[7-8]的調(diào)控作用,是韌性研究的另一重要問(wèn)題。

目前,中國(guó)對(duì)韌性電網(wǎng)或彈性電網(wǎng)的實(shí)踐研究正處于蓬勃發(fā)展階段。其中,浙江省率先實(shí)踐彈性配電網(wǎng)建設(shè),預(yù)計(jì)在2030年高質(zhì)量建成多元融合的高彈性電網(wǎng)和中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)[9]。如浙江省海寧尖山多元融合高彈性電網(wǎng)建設(shè)工程,其負(fù)荷側(cè)通過(guò)光伏、儲(chǔ)能、充電樁等直流組網(wǎng)來(lái)提升配電網(wǎng)對(duì)DG的消納能力,網(wǎng)側(cè)進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)升級(jí)改造,同時(shí)建設(shè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制策略分解及需求側(cè)響應(yīng),實(shí)現(xiàn)與省級(jí)調(diào)度平臺(tái)、系統(tǒng)等進(jìn)行交互,最終構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。同時(shí),國(guó)外對(duì)韌性電網(wǎng)或彈性電網(wǎng)的實(shí)踐探索也在不斷深入。美國(guó)芝加哥彈性電網(wǎng)建設(shè)工程投資和部署大規(guī)模智能電網(wǎng)技術(shù),通過(guò)提高輸電系統(tǒng)輸送容量,整合輸電和配電層面的可再生能源,以靈活應(yīng)對(duì)極端天氣或者其他擾動(dòng)事件、適應(yīng)變化的環(huán)境、維持盡可能高的運(yùn)行功能,并能迅速、高效恢復(fù)電力系統(tǒng)性能。日本通過(guò)加強(qiáng)DG和新能源應(yīng)用比例并建立多層次靈活的供用電結(jié)構(gòu)開(kāi)展彈性電網(wǎng)建設(shè),旨在提高日本國(guó)內(nèi)能源網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)率,構(gòu)建高彈性能源結(jié)構(gòu),最終實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)互補(bǔ)的目標(biāo)。歐盟在《靈活性如何支持電網(wǎng)的韌性?》[10]白皮書中討論了電力系統(tǒng)韌性范疇,并提出建設(shè)電力基礎(chǔ)設(shè)施、部署自動(dòng)化設(shè)備、進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和交換等靈活性方法用于提升電網(wǎng)韌性。

盡管針對(duì)配電網(wǎng)韌性研究的項(xiàng)目愈來(lái)愈多,但目前研究仍更關(guān)注極端災(zāi)害事件對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的影響,缺乏高比例DG不確定性造成配電網(wǎng)運(yùn)行擾動(dòng)的韌性研究,韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)也缺乏普適性。另一方面,廣泛分布于源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各側(cè)的靈活性資源,賦予了配電網(wǎng)更為有效應(yīng)對(duì)擾動(dòng)、快速恢復(fù)的能力。因此,需要全面歸納各類擾動(dòng)事件和現(xiàn)有韌性評(píng)價(jià)指標(biāo),并分析各類靈活性資源對(duì)配電網(wǎng)韌性的提升作用,以對(duì)未來(lái)新型配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和可靠運(yùn)行提供指導(dǎo)。

綜上,本文將探討配電網(wǎng)韌性的基本概念,分析配電網(wǎng)所面臨的各類擾動(dòng)及韌性配電網(wǎng)在擾動(dòng)下所具有的特征,從擾動(dòng)事件對(duì)配電網(wǎng)影響建模和韌性評(píng)估方法2個(gè)方面歸納韌性評(píng)估的研究情況,進(jìn)而探討利用靈活性資源提升配電網(wǎng)韌性的關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)配電網(wǎng)韌性的未來(lái)研究方向進(jìn)行展望。

1 配電網(wǎng)韌性概念

1.1 擾動(dòng)概念及類型

研究配電網(wǎng)韌性,首先需明確配電網(wǎng)所面臨的擾動(dòng)事件。擾動(dòng)事件主要分3類:

1)第1類是發(fā)生頻率低、影響劇烈的極端事件,包括重大自然災(zāi)害、恐怖襲擊、信息系統(tǒng)攻擊等,該類事件會(huì)對(duì)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)行狀態(tài)造成較大沖擊,甚至引發(fā)大停電事故。

2)第2類是發(fā)生頻率高、影響較小的擾動(dòng)事件,包括風(fēng)光DG和電動(dòng)汽車的高比例接入等,其DG出力和負(fù)荷的波動(dòng)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行造成擾動(dòng)。

3)第3類是電網(wǎng)設(shè)施自身故障帶來(lái)的運(yùn)行擾動(dòng)。

表1為配電網(wǎng)各類擾動(dòng)及其影響[11]。其中,針對(duì)設(shè)備自身可靠性引起的配電網(wǎng)故障已有較多研究,不作為本文韌性研究的主要內(nèi)容。

1.2 韌性定義與特征

英文“resilience”被譯為“恢復(fù)力、彈力、適應(yīng)力、快速恢復(fù)的能力”,該詞最早出現(xiàn)在1973年,C.S.Holling將其定義為生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)的抵御與吸收[12]。2003年M.Brunean著眼于災(zāi)害研究,將該詞定義為社會(huì)機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)災(zāi)害的能力[13]。接著,韌性一詞陸續(xù)出現(xiàn)在工業(yè)系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域,2009年,美國(guó)能源部發(fā)布《智能電網(wǎng)報(bào)告》[14],首次明確提出智能電網(wǎng)在面對(duì)自然災(zāi)害、蓄意攻擊、設(shè)備故障和人為失誤時(shí)應(yīng)該具有韌性,這是韌性概念首次應(yīng)用于電網(wǎng)。

在電力系統(tǒng)中“resilience”常譯為“韌性”或“彈性”,部分研究認(rèn)為兩者間存在微小區(qū)別,“韌性”更強(qiáng)調(diào)電網(wǎng)遭受沖擊時(shí)的抵御能力,而“彈性”側(cè)重于電網(wǎng)遭受沖擊后的恢復(fù)能力[15];多數(shù)研究并未將“韌性”與“彈性”作明確區(qū)分,二者均表征電網(wǎng)對(duì)擾動(dòng)的預(yù)警、抵御、恢復(fù)能力[16-18]。因此,本文將“彈性”納入“韌性”研究中。

現(xiàn)有研究對(duì)“韌性”的定義主要分為恢復(fù)韌性和運(yùn)行韌性兩方面。恢復(fù)韌性衡量配電網(wǎng)在擾動(dòng)事件中對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷的支撐和恢復(fù)能力,由此,配電網(wǎng)韌性定義為配電網(wǎng)采取主動(dòng)措施保證擾動(dòng)中關(guān)鍵負(fù)荷供電,并迅速恢復(fù)失電負(fù)荷的能力[17]。運(yùn)行韌性衡量配電網(wǎng)在運(yùn)行中受到擾動(dòng)時(shí)保障敏感負(fù)荷持續(xù)供電的能力,定義配電網(wǎng)韌性為發(fā)生頻率高的擾動(dòng),例如雷擊、外力破壞、大負(fù)荷啟動(dòng)等事件造成的電壓暫降時(shí)系統(tǒng)的支撐力[19]。

隨著高比例DG接入,配電網(wǎng)韌性的概念有了更加豐富的內(nèi)涵,即在新型電力系統(tǒng)逐漸接入高比例DG的環(huán)境下,充分調(diào)配源網(wǎng)荷儲(chǔ)各類靈活性資源,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)抵御各種擾動(dòng)和快速恢復(fù),從而保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和高可靠運(yùn)行的能力。

新型電力系統(tǒng)背景下,具有高韌性的配電網(wǎng)應(yīng)具有以下特征:

1)高DG承載力:指通過(guò)綜合調(diào)控電網(wǎng)中的各類靈活性資源,承載更高比例的新能源上網(wǎng)。

2)高擾動(dòng)承受力:指配電網(wǎng)承受擾動(dòng)的能力,具體表現(xiàn)為配電網(wǎng)在擾動(dòng)下的魯棒性和冗余性。魯棒性反映配電網(wǎng)在靈活性資源參與調(diào)配下能夠有效抵御擾動(dòng)的能力;冗余性指通過(guò)增加系統(tǒng)備用元件和備用容量以增強(qiáng)系統(tǒng)在擾動(dòng)下維持高可靠性和高電能質(zhì)量的供電能力。

3)高擾動(dòng)恢復(fù)力:指配電網(wǎng)通過(guò)協(xié)調(diào)各類靈活性資源,能夠快速且經(jīng)濟(jì)地維持供需平衡,同時(shí)抑制由于高比例DG系統(tǒng)慣性不足導(dǎo)致頻率振蕩的問(wèn)題,加快系統(tǒng)受干擾后迅速恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

4)高效能:指配電網(wǎng)能夠挖掘、激勵(lì)、聚合各類靈活性資源并開(kāi)展交易互動(dòng),使得最少容量投資產(chǎn)生最大電量供給,并獲得因多資源協(xié)同而產(chǎn)生的整體效率,提升發(fā)輸配的資源利用率、電網(wǎng)消納新能源能力和能效水平,進(jìn)而支撐電網(wǎng)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展[9]。

5)源網(wǎng)荷儲(chǔ)高互動(dòng)性:通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中各類靈活性資源的充分聯(lián)接,喚醒沉睡的無(wú)序資源,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)資源協(xié)同高效互動(dòng)。

開(kāi)展高比例新能源并網(wǎng)下配電網(wǎng)韌性評(píng)估研究,將有助于提出合理有效的抵御擾動(dòng)對(duì)策,以及提高配電網(wǎng)消納高比例新能源能力,為高比例新能源接入下的配電網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行提供理論依據(jù)。配電網(wǎng)韌性研究具體內(nèi)容框架如圖1所示。配電網(wǎng)韌性評(píng)估主要工作如下:

圖1 配電網(wǎng)韌性研究?jī)?nèi)容框架Fig.1 The framework for the content of distribution network resilience

1)首先構(gòu)建擾動(dòng)模型,量化擾動(dòng)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的不利影響;

2)然后選取表征配電網(wǎng)韌性的各階段狀態(tài)變化指標(biāo);

3)最后計(jì)算韌性評(píng)估指標(biāo)值,采用合理方法評(píng)估配電網(wǎng)韌性。

2 配電網(wǎng)韌性評(píng)估

2.1 配電網(wǎng)受擾動(dòng)影響模型的構(gòu)建

開(kāi)展韌性評(píng)估,首先需要建立合適的擾動(dòng)模型,構(gòu)建方法通常有2種。一種是基于統(tǒng)計(jì)分析方法,通過(guò)收集大量歷史數(shù)據(jù)樣本獲得基于概率統(tǒng)計(jì)的配電網(wǎng)受擾動(dòng)故障模型,該方法的準(zhǔn)確性主要取決于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的充分性。另一種方法是基于擾動(dòng)發(fā)生的物理機(jī)理,構(gòu)建反映擾動(dòng)對(duì)配電網(wǎng)影響的模型,該方法的準(zhǔn)確性主要取決于模型的適當(dāng)性。因?yàn)闅夂蚝推渌匀灰蛩厥菍?dǎo)致配電網(wǎng)異常的重要起因,因此建立擾動(dòng)發(fā)生和系統(tǒng)響應(yīng)的模型是配電網(wǎng)韌性評(píng)估的基礎(chǔ)。極端事件類和波動(dòng)類擾動(dòng)建模過(guò)程如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)擾動(dòng)模型的構(gòu)建過(guò)程Fig.2 The process of modeling distribution network disturbances

2.1.1 極端事件類擾動(dòng)建模研究

許多文獻(xiàn)研究了極端事件下韌性配電網(wǎng)抗災(zāi)及恢復(fù)的能力[2,20-22]。其中,極端事件包含不可預(yù)測(cè)事件和部分可預(yù)測(cè)事件。不可預(yù)測(cè)事件指事件發(fā)生時(shí)間地點(diǎn)和對(duì)電網(wǎng)影響完全不可知(如網(wǎng)絡(luò)攻擊[23]),由于難以表征該類事件的時(shí)空特性和發(fā)生機(jī)理,一般考慮事件發(fā)生最差場(chǎng)景下的配電網(wǎng)防御和恢復(fù)模式。部分可預(yù)測(cè)事件的建模主要分3步實(shí)現(xiàn):

首先,針對(duì)部分可預(yù)測(cè)的極端災(zāi)害事件如臺(tái)風(fēng)[24]、暴雨[25]、冰雪[26]、雷電[27]、地震[28]等,可根據(jù)其事件演化的時(shí)空特性進(jìn)行建模,研究災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)的影響機(jī)理。導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度和電桿抗彎強(qiáng)度均服從正態(tài)分布[18],因此導(dǎo)線與電桿的故障率如式(1)所示:

(1)

式中:pfl、pfp分別表示導(dǎo)線、電桿故障率;σl和Mp分別為導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度和電桿抗彎強(qiáng)度;μl和δl分別為導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度均值和標(biāo)準(zhǔn)差;μp和δp分別為電桿抗彎強(qiáng)度均值和標(biāo)準(zhǔn)差,這些參數(shù)可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行獲得;σg、MT分別為導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度和電桿抗彎強(qiáng)度的最大限值。

線路等效為導(dǎo)線和電桿的串聯(lián)模型,以臺(tái)風(fēng)災(zāi)害為例,計(jì)算架空配電線路故障率[18]:

(2)

式中:pl,i為架空線路i的故障率;m1為線路i的電桿數(shù);m2為線路i的導(dǎo)線檔數(shù);pfp,k,i為線路i上的第k個(gè)電桿的故障率;pfl,k,i為線路i上的第k檔導(dǎo)線的故障率;pfp,k,i、pfl,k,i均為該導(dǎo)線上時(shí)變風(fēng)速V的函數(shù)。

然后,基于配電系統(tǒng)總故障率,構(gòu)建災(zāi)害作用下的配電網(wǎng)故障場(chǎng)景模型。現(xiàn)有研究中常用蒙特卡洛法構(gòu)建故障場(chǎng)景集[2,20],以體現(xiàn)電網(wǎng)故障和負(fù)荷變化的隨機(jī)性。此外,還有文獻(xiàn)用信息熵法[26,29]、故障遍歷法[30]等方法構(gòu)建故障場(chǎng)景集。

最后,計(jì)算故障場(chǎng)景概率、元件故障情況、電網(wǎng)故障下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電網(wǎng)失負(fù)荷數(shù)據(jù),確定配電網(wǎng)擾動(dòng)狀態(tài)。

2.1.2 波動(dòng)類擾動(dòng)模型研究

配電網(wǎng)源荷波動(dòng)具有隨機(jī)性和不確定性。源荷大幅波動(dòng)會(huì)造成配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),如陰天或云的遮擋可能造成光照強(qiáng)度的突降,導(dǎo)致DG出力迅速大幅降低,進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法滿足負(fù)荷需求,引發(fā)系統(tǒng)供需失配的下行風(fēng)險(xiǎn),出現(xiàn)切負(fù)荷,而當(dāng)DG出力較大導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)消納或存儲(chǔ)過(guò)量電能時(shí),還會(huì)出現(xiàn)棄風(fēng)棄光的情形,引發(fā)系統(tǒng)供需失配的上行風(fēng)險(xiǎn)[31]。同時(shí)源荷波動(dòng)程度大時(shí)還可能引發(fā)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題,嚴(yán)重時(shí)將觸發(fā)保護(hù)元件動(dòng)作,最終造成電網(wǎng)部分區(qū)域失電。

1)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

高滲透率DG接入下的源荷波動(dòng)主要會(huì)造成電壓越限[32]、潮流倒送或潮流過(guò)載的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),引發(fā)線路、變壓器設(shè)備過(guò)載等問(wèn)題。

研究配電網(wǎng)受高比例DG擾動(dòng)的電壓越限和潮流過(guò)載問(wèn)題,一般分為2步:首先,構(gòu)建DG出力較大波動(dòng)的擾動(dòng)模型,并通過(guò)隨機(jī)潮流法、最大功率法、連續(xù)潮流法、靈敏度法和奇異值分解法等方法[33]進(jìn)行潮流分析,獲得系統(tǒng)穩(wěn)定的臨界狀態(tài),以此構(gòu)建電壓、潮流越限下的多種配電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景。然后,通過(guò)聚類方法抽取配電網(wǎng)運(yùn)行的典型場(chǎng)景[19],獲得各場(chǎng)景發(fā)生概率,并計(jì)算各場(chǎng)景下電網(wǎng)越限概率、失負(fù)荷情況等,最終獲得配電網(wǎng)受擾動(dòng)狀態(tài)。

2)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。

新能源在大規(guī)模接入后將擠占常規(guī)機(jī)組的開(kāi)機(jī)空間,使得系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低、調(diào)頻能力下降,導(dǎo)致系統(tǒng)頻率、電壓失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)增加[34]。源荷波動(dòng)造成的暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題,一般考慮電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、功角穩(wěn)定問(wèn)題。

研究配電網(wǎng)受高比例DG擾動(dòng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題,一般基于微分代數(shù)方程,以小干擾分析法、仿真分析方法和能量函數(shù)法為代表[31],其中仿真分析法[35]是源荷波動(dòng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究的最主要方法之一。仿真分析過(guò)程中首先研究暫態(tài)失穩(wěn)機(jī)理、穩(wěn)定性影響因素和穩(wěn)定性判據(jù),進(jìn)而對(duì)DG控制系統(tǒng)及其接入的配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模與分析,常用的建模軟件有PSASP、DigSILENT、OpenDSS、Matlab/Simulink等。在模型中設(shè)計(jì)DG出力和負(fù)荷波動(dòng)構(gòu)建暫態(tài)失穩(wěn)場(chǎng)景,模擬暫態(tài)失穩(wěn)下的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),將其作為配電網(wǎng)受擾動(dòng)場(chǎng)景,再計(jì)算失穩(wěn)場(chǎng)景概率、元件故障情況、電網(wǎng)失負(fù)荷情況等,確定配電網(wǎng)擾動(dòng)狀態(tài)。

2.2 韌性評(píng)估方法研究

配電網(wǎng)韌性評(píng)估主要從靜態(tài)抵抗能力和動(dòng)態(tài)特性2個(gè)方面進(jìn)行?；陟o態(tài)抵抗能力的韌性評(píng)估反映配電網(wǎng)遭受擾動(dòng)時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施的魯棒性,用以衡量配電網(wǎng)元件抗擾能力?；趧?dòng)態(tài)特性的配電網(wǎng)韌性評(píng)估方法是通過(guò)模擬擾動(dòng),生成不同階段的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)狀態(tài),分析在預(yù)防、抵御、恢復(fù)3個(gè)階段下的配電網(wǎng)運(yùn)行情況,衡量配電網(wǎng)在擾動(dòng)作用下維持運(yùn)行和故障后快速恢復(fù)供電的能力。

2.2.1 基于配電網(wǎng)靜態(tài)抵抗能力的韌性評(píng)估

基于配電網(wǎng)靜態(tài)抵抗能力的韌性評(píng)估從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯嗳跣匀胧?發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)和脆弱線路,以識(shí)別電網(wǎng)中的關(guān)鍵和薄弱環(huán)節(jié),進(jìn)而預(yù)估電網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)在擾動(dòng)事件下的響應(yīng)與擾動(dòng)后的故障狀態(tài),為配電網(wǎng)應(yīng)急決策提供方向,配電網(wǎng)靜態(tài)韌性評(píng)估指標(biāo)如圖3所示。

圖3 配電網(wǎng)靜態(tài)抵抗力層面韌性評(píng)估指標(biāo)Fig.3 Resilience assessment indexes at the static resistance level of distribution network

節(jié)點(diǎn)重要性是評(píng)估配電網(wǎng)韌性靜態(tài)抵抗能力的一個(gè)重要方面,系統(tǒng)元件所處網(wǎng)架位置連通性越好、組件重要程度越高,擾動(dòng)影響越大,如果重要節(jié)點(diǎn)故障,配電網(wǎng)絡(luò)會(huì)呈現(xiàn)出較大的脆弱性。節(jié)點(diǎn)度、節(jié)點(diǎn)介數(shù)、核數(shù)、中心性等韌性指標(biāo)[21]可以衡量節(jié)點(diǎn)重要程度。通過(guò)連鎖故障理論[36]、圖論理論[37]、基于可靠性理論的馬爾科夫決策[38]等重要元件辨識(shí)方法可以對(duì)擾動(dòng)狀態(tài)下的配電網(wǎng)的元件重要度進(jìn)行分析。

此外,配電網(wǎng)架越堅(jiān)強(qiáng),對(duì)擾動(dòng)的抵抗能力越強(qiáng)。通過(guò)擬合線路脆弱性曲線[29,39-40],獲取網(wǎng)絡(luò)脆弱性指標(biāo),如網(wǎng)絡(luò)連通性[41]、失負(fù)荷支撐重要度[42]、邊韌度[43]等,表征線路脆弱程度,以進(jìn)行韌性評(píng)估。在此基礎(chǔ)上,考慮到“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”靈活性資源的大量運(yùn)用,配電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型呈現(xiàn)高維、非凸非線性特點(diǎn)[44],常采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論[22,26]分析電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電氣特性、辨識(shí)電網(wǎng)脆弱線路、故障傳播的過(guò)程,以便于合理規(guī)劃新型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),預(yù)防和預(yù)測(cè)連鎖故障傳播所帶來(lái)的惡劣結(jié)果,表征配電系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)脆弱性。

2.2.2 基于配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的韌性評(píng)估

基于配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的韌性評(píng)估主要從電網(wǎng)承受擾動(dòng)后的響應(yīng)過(guò)程角度出發(fā),對(duì)擾動(dòng)下配電網(wǎng)不同階段的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

首先需獲取電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息?？刹扇B(tài)勢(shì)感知技術(shù)[45]對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及各類量測(cè)數(shù)據(jù)等配電系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析[11],從而獲取系統(tǒng)及各類電氣設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備信息,選取定量計(jì)算電網(wǎng)抵御沖擊、承載擾動(dòng)、快速恢復(fù)的指標(biāo)。其中,分析配電網(wǎng)在擾動(dòng)前后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線變化,用擾動(dòng)造成的狀態(tài)曲線缺失面積表征配電網(wǎng)韌性是一種主流的評(píng)估方法,主要有“韌性三角形”[46]和“韌性梯形”[47]兩種,見(jiàn)圖4(a)和圖4(b)。

圖4 配電網(wǎng)“韌性三角形”和“韌性梯形”Fig.4 “Resilient triangle” and “resilient trapezoid” of distribution network

圖中,R0表示配電網(wǎng)正常運(yùn)行的狀態(tài);Rt(t)表示在擾動(dòng)影響下配電網(wǎng)帶故障運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)曲線。Rt(t)可從不同層次表征,負(fù)荷層Rt(t)可表示隨時(shí)間變化的系統(tǒng)負(fù)荷量,設(shè)備層Rt(t)可表示隨時(shí)間變化的可正常工作設(shè)備數(shù)目,電源層Rt(t)可表示發(fā)電系統(tǒng)輸出功率變化;用戶層Rt(t)可表示可供電用戶數(shù)目和可供電量等。

因此,定量計(jì)算配電網(wǎng)韌性水平的配電網(wǎng)狀態(tài)曲線缺失面積計(jì)算公式如式(3):

(3)

式中:RL為擾動(dòng)下的配電網(wǎng)韌性;tf為擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻;T0為配電網(wǎng)受擾動(dòng)影響的時(shí)間,包括擾動(dòng)發(fā)生時(shí)間、配電網(wǎng)抵御和供電恢復(fù)時(shí)間,即圖4(b)中tf—T階段;SL表示正常運(yùn)行狀態(tài)曲線和擾動(dòng)發(fā)生下實(shí)際運(yùn)行曲線之間的區(qū)域,即配電網(wǎng)狀態(tài)曲線的缺失面積。

“韌性三角形”忽略了擾動(dòng)發(fā)生過(guò)程和電網(wǎng)故障過(guò)程,只考慮事故發(fā)生后電網(wǎng)恢復(fù)過(guò)程,具有一定的局限性。而“韌性梯形”將事件過(guò)程細(xì)化為不同階段以進(jìn)行動(dòng)態(tài)、多階段的韌性評(píng)估。

圖4(b)所示的“韌性梯形”動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線將系統(tǒng)在擾動(dòng)前后劃分為5個(gè)階段:

第1階段,擾動(dòng)前正常運(yùn)行階段:t∈[t0,tf),擾動(dòng)還未發(fā)生,配電網(wǎng)正常運(yùn)行階段。

第2階段,擾動(dòng)發(fā)生階段:t∈[tf,ts),tf時(shí)刻擾動(dòng)出現(xiàn),高魯棒性的系統(tǒng)可憑借其抵御力維持一段時(shí)間運(yùn)行,但在擾動(dòng)的嚴(yán)重沖擊下,系統(tǒng)無(wú)法維持?jǐn)_動(dòng)前正常運(yùn)行狀態(tài),逐漸削減負(fù)荷,表現(xiàn)為降額運(yùn)行狀態(tài),Rf表示為系統(tǒng)運(yùn)行的最低狀態(tài)。

第3階段,電網(wǎng)故障階段:t∈[ts,tr),系統(tǒng)承受沖擊造成的不利影響,保持在最低運(yùn)行狀態(tài)。

第4階段,電網(wǎng)恢復(fù)階段:t∈[tr,ti),系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)急響應(yīng)措施優(yōu)先恢復(fù)重要負(fù)荷;t∈[ti,T],采取儲(chǔ)能優(yōu)化調(diào)控、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等自愈措施和檢修資源調(diào)度等檢修措施,使配電網(wǎng)逐步恢復(fù)全部負(fù)荷、修復(fù)故障設(shè)備。

第5階段,擾動(dòng)后正常運(yùn)行階段:t∈(T,∞],系統(tǒng)恢復(fù)到新的正常運(yùn)行狀態(tài)。

在“韌性梯形”基礎(chǔ)上,韌性評(píng)估指標(biāo)根據(jù)擾動(dòng)的不同階段分為擾動(dòng)前、中、后指標(biāo)[48],選取負(fù)荷層面、時(shí)間層面、應(yīng)急響應(yīng)層面、網(wǎng)架層面和設(shè)備層面等不同層面的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)表征配電網(wǎng)的韌性,如圖5所示。負(fù)荷層面指標(biāo)有抵御率[26]、適應(yīng)率[26]、失負(fù)荷率[15,26,41]、失負(fù)荷速度[26]、重要負(fù)荷恢復(fù)率[26]、重要負(fù)荷恢復(fù)速度[26]、負(fù)荷恢復(fù)率[26,49]、平均負(fù)荷恢復(fù)速度[26]等;時(shí)間層面有配電網(wǎng)防御時(shí)間[50]、重要負(fù)荷中斷時(shí)間[39-40]、配電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)間[15,26]等指標(biāo);應(yīng)急響應(yīng)層面指標(biāo)有應(yīng)急電源供電能力[49,51]、搶修資源分布合理性[49]、檢修資源完整性[29]、應(yīng)急發(fā)電資源儲(chǔ)備率[49,51]等;網(wǎng)架層面指標(biāo)主要有自然連通度[15]、網(wǎng)架抗毀性[50]、線路冗余度[24];設(shè)備層面有設(shè)備健康度[48]、控制操作復(fù)雜度[39]等。

圖5 配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性層面韌性評(píng)估指標(biāo)Fig.5 Resilience assessment indexes at the level of dynamic characteristics of distribution network

2.2.3 韌性評(píng)估方法

現(xiàn)有研究中衡量配電網(wǎng)韌性評(píng)估的方法主要有兩種。一些文獻(xiàn)用單個(gè)或少數(shù)指標(biāo)衡量配電網(wǎng)韌性,通過(guò)直接計(jì)算指標(biāo)值,對(duì)比不同擾動(dòng)場(chǎng)景、不同恢復(fù)措施下各指標(biāo)值大小,表征配電網(wǎng)韌性。還有一些文獻(xiàn)選用一系列指標(biāo),從不同層面對(duì)配電網(wǎng)韌性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這種綜合評(píng)價(jià)一般包含3個(gè)步驟:首先,計(jì)算各指標(biāo)值。之后,對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán),獲取指標(biāo)權(quán)重的主要方法為主客觀賦權(quán)法,主觀賦權(quán)法主要有層次分析法[47]、專家咨詢法等,客觀賦權(quán)法有熵權(quán)法[20]、反熵權(quán)法[47]、CRITIC賦權(quán)法[39]、主成分分析法等。最后,結(jié)合指標(biāo)權(quán)重對(duì)配電網(wǎng)韌性進(jìn)行打分或劃分等級(jí),得到韌性評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)方法主要有TOPSIS法[50]、VIKOR法、灰色關(guān)聯(lián)分析法[28]、模糊綜合評(píng)判法、木桶理論等。

3 靈活性資源提升配電網(wǎng)韌性關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)擾動(dòng)的前、中、后3個(gè)階段,可將配電網(wǎng)韌性提升關(guān)鍵技術(shù)分為擾動(dòng)前預(yù)防、擾動(dòng)中抵御、擾動(dòng)后恢復(fù)技術(shù),各階段韌性提升技術(shù)如圖6所示。其中,靈活性資源參與配電網(wǎng)調(diào)控可以優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布,減少擾動(dòng)事件對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成的不利影響,提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、可靠性及安全性,進(jìn)而提升配電網(wǎng)韌性。源側(cè)、儲(chǔ)側(cè)靈活性資源從擾動(dòng)中、后階段實(shí)現(xiàn)失電負(fù)荷恢復(fù),網(wǎng)側(cè)、荷側(cè)靈活性資源在擾動(dòng)中抵御事件造成的影響以盡可能維持高水平供電。此外,以微電網(wǎng)為配電單元,整合各類源網(wǎng)荷儲(chǔ)靈活性資源實(shí)現(xiàn)分區(qū)重組,在預(yù)防擾動(dòng)、抵御擾動(dòng)、恢復(fù)供電中也起著重要作用,是提升韌性的主要手段之一[52]。

圖6 各階段韌性提升技術(shù)Fig.6 Resilience improvement techniques at each stage

3.1 擾動(dòng)前預(yù)防技術(shù)

擾動(dòng)前配電網(wǎng)通過(guò)預(yù)防技術(shù)可主動(dòng)防范擾動(dòng)造成的風(fēng)險(xiǎn),以提升配電網(wǎng)韌性。各項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)如表2所示。

表2 擾動(dòng)前預(yù)防階段韌性提升技術(shù)Table 2 Resilience improvement techniques in the pre-disturbance prevention phase

3.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施加固和強(qiáng)化

基礎(chǔ)設(shè)施加固和強(qiáng)化是提升配電網(wǎng)韌性的基礎(chǔ)措施。首先,擾動(dòng)前需預(yù)先評(píng)估配電網(wǎng)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施(包含變電站、桿塔、線路等)的抗擾動(dòng)能力,通過(guò)構(gòu)建各設(shè)施和元件的脆弱性模型或評(píng)估設(shè)備的健康狀態(tài),找出配電網(wǎng)中極易受損的設(shè)施和元件。然后,針對(duì)此提出預(yù)加固[51]、線路短時(shí)增容[53]、設(shè)備自動(dòng)化改造的修繕?lè)桨?或計(jì)及建設(shè)成本提出選用防災(zāi)配電元件、增加備用元件[54]、增加地下設(shè)備(電纜、光纖)投入的優(yōu)化配置方案[29,55]。最后,通過(guò)潮流分析和安全校核驗(yàn)證基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加固強(qiáng)化的有效性,提高電網(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃魯棒性,進(jìn)而提升配電網(wǎng)韌性[54]。

3.1.2 態(tài)勢(shì)感知與預(yù)測(cè)

電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知預(yù)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)覺(jué)察配電網(wǎng)受到擾動(dòng)下的運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備狀況,分析引起態(tài)勢(shì)感知變化因素,并預(yù)測(cè)未來(lái)電網(wǎng)的變化趨勢(shì),為提高配電網(wǎng)韌性提供信息支撐手段[40]。態(tài)勢(shì)感知與預(yù)測(cè)流程如圖7所示,主要包含5個(gè)步驟。

圖7 態(tài)勢(shì)感知與預(yù)測(cè)流程Fig.7 The process of situational awareness and forecasting

步驟1：挖掘歷史數(shù)據(jù)信息。挖掘分析氣象地理數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)架數(shù)據(jù)及系統(tǒng)歷史故障數(shù)據(jù),提取各類數(shù)據(jù)特征。

步驟2：數(shù)據(jù)處理。對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn),采取數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)壓縮和提取等方式處理歷史數(shù)據(jù)和無(wú)效或缺失的數(shù)據(jù)[56]。

步驟3：構(gòu)建訓(xùn)練樣本模型。通常采用隨機(jī)森林算法、決策樹回歸算法、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法、集成學(xué)習(xí)算法等機(jī)器學(xué)習(xí)方法,依據(jù)處理后的歷史數(shù)據(jù)特征構(gòu)建訓(xùn)練樣本模型。

步驟4：獲取擾動(dòng)下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。物理層面運(yùn)行控制策略的有效實(shí)施(如緊急控制、負(fù)荷恢復(fù))與信息層面獲取的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)[57],已有相關(guān)學(xué)者在電力網(wǎng)建?；A(chǔ)上研究通信網(wǎng)建模,進(jìn)而探究信息-物理系統(tǒng)耦合下的配電網(wǎng)韌性[58]。

步驟5：生成故障研判模型。將當(dāng)前基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)放入機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練模型中,生成具有預(yù)測(cè)和告警功能的故障研判模型,獲取配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)和相關(guān)原因,為擾動(dòng)后配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

新型電力系統(tǒng)中,源荷不確定性造成的各類擾動(dòng)將可能導(dǎo)致一定的故障或風(fēng)險(xiǎn)[31]。應(yīng)用于配電網(wǎng)韌性評(píng)估和提升研究中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù),能夠在擾動(dòng)發(fā)生前量化可能造成配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的不確定因素,辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié),定量評(píng)估擾動(dòng)下短期內(nèi)電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平,為配電網(wǎng)抵御擾動(dòng)、快速恢復(fù)提供預(yù)警支持,從而提高配電網(wǎng)韌性。配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程如圖8所示,主要包含4個(gè)步驟。

圖8 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程Fig.8 The process of risk assessment

步驟1：多元不確定性因素的量化。構(gòu)建元件隨機(jī)故障模型,主要從設(shè)備自身故障率、過(guò)負(fù)荷故障率、工作人員誤操作故障率和施工因素下故障率等層面考慮[44]。

步驟2：獲得系統(tǒng)狀態(tài)?；诓淮_定因素的量化,可構(gòu)建擾動(dòng)作用下的配電網(wǎng)場(chǎng)景模型[59],其構(gòu)建方法與韌性評(píng)估場(chǎng)景構(gòu)建方法類似。

步驟3：進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就是綜合度量系統(tǒng)面臨的不確定性因素的可能性與嚴(yán)重性,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為[60]:

(4)

式中:Xf為系統(tǒng)運(yùn)行方式;Ei為第i個(gè)故障;pr(Ei)為故障Ei發(fā)生的概率;Sev(Ei,Xf)為在Xf的運(yùn)行方式下發(fā)生第i個(gè)故障后系統(tǒng)的損失嚴(yán)重程度;R(Xf)為系統(tǒng)在Xf運(yùn)行方式下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

系統(tǒng)損失嚴(yán)重程度一般分為設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)層面。設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)多考慮設(shè)備抗災(zāi)強(qiáng)度和設(shè)備所在節(jié)點(diǎn)和支路在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度,主要指標(biāo)有設(shè)備老化率[59]、網(wǎng)絡(luò)平均連通度[61]、加權(quán)平均最短路徑[61]、設(shè)備負(fù)載率[62]等;運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)多將失電量作為量化系統(tǒng)損失的指標(biāo),主要指標(biāo)有失負(fù)荷量[62]、停電用戶數(shù)[30]等。

步驟4：薄弱環(huán)節(jié)辨識(shí)。依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算結(jié)果,獲得配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié),為后續(xù)承災(zāi)減災(zāi)措施提供指引。

3.2 擾動(dòng)中抵御技術(shù)

擾動(dòng)中配電網(wǎng)通過(guò)抵御技術(shù)盡可能維持重要負(fù)荷供電、減少停電時(shí)間和停電量,同時(shí)盡量維持較高電能質(zhì)量指標(biāo),以提升配電網(wǎng)韌性。各技術(shù)特點(diǎn)如表3所示。

表3 擾動(dòng)中抵御階段韌性提升技術(shù)Table 3 Resilience improvement technologies in the resistance phase of disturbances

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)

饋線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)是網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)的一種靈活性資源。通過(guò)調(diào)控聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)改變系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功率的流向[63],實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的電力均衡和重要負(fù)荷供電,是提升配電網(wǎng)韌性的一種有效途徑,該方法調(diào)節(jié)功率的能力受線路負(fù)載率、線路傳輸容量和開(kāi)關(guān)開(kāi)斷能力約束。

開(kāi)關(guān)類型主要有手動(dòng)和自動(dòng)2種,自動(dòng)開(kāi)關(guān)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障自愈的主要設(shè)備。在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),依靠配電自動(dòng)化終端和自動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)備之間的邏輯配合快速地實(shí)現(xiàn)故障定位與隔離,以及非故障區(qū)域供電恢復(fù),目的是減少停電損失[64]。文獻(xiàn)[65]以自動(dòng)開(kāi)關(guān)投資運(yùn)維費(fèi)用和配電系統(tǒng)韌性總成本最小為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開(kāi)關(guān)的最優(yōu)配置。

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,智能軟開(kāi)關(guān)(soft open point, SOP)得到了一定關(guān)注,SOP以可控電力電子變換器代替基于斷路器的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān),可以實(shí)現(xiàn)線路間柔性互聯(lián),靈活調(diào)節(jié)饋線有功功率[66]。智能儲(chǔ)能軟開(kāi)關(guān)在SOP的基礎(chǔ)上增加儲(chǔ)能設(shè)備,儲(chǔ)能通過(guò)DC/DC變換器向SOP輸入或輸出功率,這種開(kāi)關(guān)包含了SOP的網(wǎng)架靈活性資源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率增減能力,在配電網(wǎng)韌性提升上效果更優(yōu)[67]。

3.2.2 需求側(cè)管理

需求側(cè)管理是負(fù)荷層面提升韌性的一種重要手段,主要包括負(fù)荷響應(yīng)和負(fù)荷直控管理[68]:

1)負(fù)荷響應(yīng)。

負(fù)荷響應(yīng)是指在一定時(shí)間內(nèi),通過(guò)價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制,需求側(cè)主動(dòng)改變?cè)械挠秒娪?jì)劃或模式,支撐電力系統(tǒng)源荷短期平衡[68],一般分為價(jià)格型需求響應(yīng)和激勵(lì)型需求響應(yīng)2類,具體如下:

a.價(jià)格型需求響應(yīng):通過(guò)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)客戶調(diào)整用電時(shí)段,達(dá)到削峰填谷的目的。

b.激勵(lì)型需求響應(yīng):通過(guò)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償或優(yōu)惠政策激勵(lì)用戶參與電力系統(tǒng)所需的負(fù)荷調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)遭受擾動(dòng)產(chǎn)生過(guò)負(fù)荷或發(fā)生故障切負(fù)荷時(shí),激勵(lì)型需求響應(yīng)可以通過(guò)用戶用電行為的調(diào)整減小影響范圍,改善電網(wǎng)的電壓降落以及功率分配,提升配電網(wǎng)韌性[69]。

2)負(fù)荷直控管理。

負(fù)荷直控管理是在用戶與供電公司簽訂的用電合同基礎(chǔ)上,在緊急情況或負(fù)荷高峰時(shí)為保障供電安全對(duì)約定的負(fù)荷進(jìn)行削減[61]。這種措施具有響應(yīng)速度快、量化性好的特點(diǎn),但其供給能力受合同簽訂容量和最大中斷比例的影響[70]。

3.2.3 電壓無(wú)功調(diào)控技術(shù)

接入電網(wǎng)的DG一般要求具有一定的低電壓穿越能力。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),DG在短時(shí)間內(nèi)可以保持供電[71]。同時(shí)DG應(yīng)具有一定的快速無(wú)功調(diào)節(jié)能力,對(duì)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)的電壓暫降有一定補(bǔ)償作用,充分挖掘DG調(diào)節(jié)潛力,可以為電網(wǎng)提供更多電壓支撐[72]。

源荷不確定性常導(dǎo)致母線電壓波動(dòng)。母線電壓波動(dòng)較慢時(shí),可以通過(guò)調(diào)節(jié)主變壓器分接頭或改變并聯(lián)電容器投切狀態(tài),使電壓維持在合格范圍內(nèi);波動(dòng)較快時(shí),通過(guò)優(yōu)化配置與控制基于電力電子技術(shù)的電壓治理裝置,如靜止無(wú)功發(fā)生器(static var generator, SVG)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(dynamic voltage restorer, DVR)、儲(chǔ)能設(shè)備或固態(tài)切換開(kāi)關(guān)等,維持?jǐn)_動(dòng)下的電壓穩(wěn)定,必要時(shí)還能兼顧諧波和三相不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題的綜合治理[73]。

3.3 擾動(dòng)后恢復(fù)技術(shù)

配電網(wǎng)受擾動(dòng)后可以通過(guò)一定的技術(shù)實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù),以提升配電網(wǎng)韌性,主要技術(shù)及其特點(diǎn)如表4所示。

表4 擾動(dòng)后恢復(fù)階段韌性提升技術(shù)Table 4 Resilience improvement technologies in the recovery phase after disturbance

3.3.1 應(yīng)急搶修

配電網(wǎng)通過(guò)應(yīng)急搶修手段,能有效實(shí)現(xiàn)重要負(fù)荷的優(yōu)先供給及故障后的快速供電恢復(fù),以提高配電網(wǎng)韌性。

系統(tǒng)故障后,首先應(yīng)保證重要負(fù)荷供電,主要采取應(yīng)急搶修行動(dòng)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)擾動(dòng)發(fā)生情況、配電網(wǎng)損壞程度、失負(fù)荷量和負(fù)荷重要度、搶修資源配置等因素,考慮時(shí)-空調(diào)度協(xié)同優(yōu)化,制定應(yīng)急搶修策略[74]。應(yīng)急搶修資源主要有移動(dòng)儲(chǔ)能、應(yīng)急發(fā)電車、電動(dòng)車輛、維修人員[75]等,計(jì)及搶修資源容量、搶修時(shí)間、搶修路徑等約束[76],進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度資源的優(yōu)化配置,可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)負(fù)荷削減和重要負(fù)荷的快速?gòu)?fù)電?？紤]到未來(lái)配電網(wǎng)將有交直流混合配電網(wǎng)模式,考慮交直流柔性互聯(lián)的應(yīng)急供電恢復(fù)策略,將是未來(lái)韌性研究的重要方向[77]。

3.3.2 分布式電源供電

源側(cè)DG主要分為輸出功率可控型和輸出功率半可控型2種[63],分別如下:

1)輸出功率可控型DG。

輸出功率可控型DG主要為柴油機(jī)、小水電機(jī)組、微型燃?xì)廨啓C(jī)等常規(guī)發(fā)電機(jī)組,具有快速調(diào)節(jié)能力,響應(yīng)時(shí)間尺度在秒級(jí)到分鐘級(jí),能為系統(tǒng)提供一定的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓能力。該類分布式電源常采用調(diào)度優(yōu)化[78]或運(yùn)行優(yōu)化[39,79]的方法,其電能供給潛力主要受限于自身爬坡速率與其出力范圍。

2)輸出功率半可控DG。

輸出功率半可控DG主要包含風(fēng)電和光伏,具有污染小、分布廣、接入位置靈活等優(yōu)點(diǎn),在良好天氣下能供給一定功率,但這類DG轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低,且輸出功率具有不確定性和波動(dòng)性,受天氣影響較大。隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè),含高比例DG系統(tǒng)的供能靈活性的需求將越來(lái)越大,需要準(zhǔn)確感知DG出力的動(dòng)態(tài)特性,采取多階段規(guī)劃與控制策略,并與其他靈活性資源協(xié)調(diào)控制,以提高源側(cè)的供電穩(wěn)定程度和配電網(wǎng)韌性[51]。

3.3.3 儲(chǔ)能優(yōu)化控制

儲(chǔ)能設(shè)備靈活性高、響應(yīng)速度快,能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)故障恢復(fù)提供電力支撐,同時(shí)具有功率和能量的正負(fù)雙向調(diào)節(jié)能力。現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)主要包括功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能,不同儲(chǔ)能設(shè)備的性能差異較大,可滿足不同時(shí)間尺度下的配電網(wǎng)供能需求。

在擾動(dòng)過(guò)程中,儲(chǔ)能具有平抑?jǐn)_動(dòng)波動(dòng)、加強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性的作用。儲(chǔ)能變流器控制模式可分為跟網(wǎng)型和構(gòu)網(wǎng)型2種,跟網(wǎng)型變流器利用鎖相環(huán)測(cè)量并網(wǎng)點(diǎn)的相位信息,以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)同步,在新型電力系統(tǒng)中存在穩(wěn)定性問(wèn)題。構(gòu)網(wǎng)型變流器可提供同步電壓電流,為電網(wǎng)提供虛擬慣性,在極端擾動(dòng)情況下,可以實(shí)現(xiàn)故障穿越、黑啟動(dòng)及有功和無(wú)功穩(wěn)定功能,同時(shí)減少備用線路的改造需求,最終實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供電[71]。因此,構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能對(duì)提升新型配電網(wǎng)韌性發(fā)揮著關(guān)鍵作用,將越來(lái)越受到青睞。

在擾動(dòng)后恢復(fù)階段,現(xiàn)有研究主要從儲(chǔ)能裝置規(guī)劃[80]和調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化[81]2個(gè)方面研究?jī)?chǔ)能對(duì)韌性的提升作用。

儲(chǔ)能規(guī)劃研究中,一般考慮計(jì)及經(jīng)濟(jì)性的配電網(wǎng)最大供電能力下儲(chǔ)能位置和容量配置。在韌性提升研究中,以電池為主要儲(chǔ)能方式的移動(dòng)式儲(chǔ)能,在時(shí)空維度上利用道路網(wǎng)絡(luò)傳遞電能,保障關(guān)鍵負(fù)荷電力供應(yīng)[75,82],同時(shí)移動(dòng)儲(chǔ)能還可提供電壓調(diào)節(jié)[83]等服務(wù),以維持配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。

儲(chǔ)能運(yùn)行優(yōu)化研究中,常以運(yùn)行成本最小和負(fù)荷恢復(fù)量最大為目標(biāo)提出儲(chǔ)能調(diào)控策略[84]。此外,儲(chǔ)能的規(guī)劃需要與調(diào)度運(yùn)行結(jié)合構(gòu)建多層次規(guī)劃模型,上、下層分別考慮儲(chǔ)能選址定容和配電網(wǎng)最優(yōu)調(diào)度[85],通過(guò)上層的投資決策層將規(guī)劃方案?jìng)鬟f給下層,下層的運(yùn)行調(diào)度將優(yōu)化結(jié)果反饋給上層;也有研究考慮擾動(dòng)影響,將最惡劣情況下復(fù)合擾動(dòng)場(chǎng)景模型置于中間層,從而考慮最壞場(chǎng)景下儲(chǔ)能對(duì)配電網(wǎng)的韌性提升作用[80]。不同儲(chǔ)能設(shè)備的功率或能量補(bǔ)給能力不同,未來(lái)還可以計(jì)及不同時(shí)間尺度,挖掘不同儲(chǔ)能設(shè)備的組合在配電網(wǎng)韌性提升中的潛力,因地制宜推動(dòng)各類型、多元化儲(chǔ)能科學(xué)配置,形成多時(shí)間尺度、多擾動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景的電力調(diào)節(jié)能力,提升擾動(dòng)各階段下配電網(wǎng)韌性,保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3.4 微電網(wǎng)

擾動(dòng)事件發(fā)生前通過(guò)提前對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)進(jìn)行預(yù)防性調(diào)控,利用儲(chǔ)備充足的備用容量確保離網(wǎng)后負(fù)荷的供電需求[86],減少連鎖故障對(duì)配電網(wǎng)的影響[87-88]。此外,較大的擾動(dòng)事件會(huì)造成線路功率躍變,在微電網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生階躍型功率沖擊,所造成的頻率失穩(wěn)可能會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)內(nèi)無(wú)法正常運(yùn)行。針對(duì)這類問(wèn)題,有研究通過(guò)在擾動(dòng)前進(jìn)行機(jī)組組合、網(wǎng)架重構(gòu)、限制線路上流通功率大小的方式,減少斷線故障發(fā)生時(shí)微電網(wǎng)內(nèi)的功率沖擊,保證擾動(dòng)后微電網(wǎng)內(nèi)部的安全可靠供電[89]。

擾動(dòng)發(fā)生過(guò)程中,微電網(wǎng)可優(yōu)先為重要負(fù)荷供電,這是縮小停電范圍、提升配電網(wǎng)韌性的重要手段。通過(guò)微電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度策略及各微電網(wǎng)間的功率互濟(jì),可有效抵御擾動(dòng),使負(fù)荷損失最小[52]。

基于固定結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)在發(fā)生多點(diǎn)故障時(shí)靈活調(diào)控能力有限,變結(jié)構(gòu)微電網(wǎng)更適合多DG的新型電力系統(tǒng)[90]。系統(tǒng)部分區(qū)域故障后,可利用配電網(wǎng)中具有黑啟動(dòng)能力的DG、儲(chǔ)能和未故障線路構(gòu)建孤島微電網(wǎng)。孤島微電網(wǎng)形成前,針對(duì)DG和儲(chǔ)能機(jī)組啟動(dòng)順序[91]與恢復(fù)路徑[92]提出黑啟動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)度策略,建立關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與重要負(fù)荷協(xié)同恢復(fù)的優(yōu)化模型[93]。構(gòu)建孤島微電網(wǎng)過(guò)程中,提出擾動(dòng)下孤島劃分的恢復(fù)策略[90],通過(guò)微電網(wǎng)內(nèi)的DG和儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)分區(qū)供電,并結(jié)合聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和重要負(fù)荷恢復(fù)[94]、非重構(gòu)孤島/并網(wǎng)的差異化恢復(fù)運(yùn)行[21]。在孤島構(gòu)建中還有研究針對(duì)孤島融合提出了改進(jìn)輻射狀拓?fù)浼s束,實(shí)現(xiàn)孤島數(shù)目的在線優(yōu)化[95];此外,也有文獻(xiàn)構(gòu)建了計(jì)及恢復(fù)過(guò)程多階段變化的分時(shí)段動(dòng)態(tài)重構(gòu)模型[96],以提升配電網(wǎng)的負(fù)荷恢復(fù)能力。

3.3.5 綜合能源系統(tǒng)

綜合能源系統(tǒng)作為一種源側(cè)靈活性資源,能夠調(diào)動(dòng)電、熱和天然氣等多種能源子系統(tǒng),在抵御擾動(dòng)階段能為配電網(wǎng)提供替代能源[15]。相較于單一子系統(tǒng),綜合能源系統(tǒng)具有更好的清潔性和韌性,有利于配電網(wǎng)加強(qiáng)應(yīng)對(duì)負(fù)荷波動(dòng)的能力[97],抵御擾動(dòng)并快速恢復(fù)到正常供能狀態(tài)[55],對(duì)于綜合能源系統(tǒng)還需要考慮如何協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)間的設(shè)備及能流,實(shí)現(xiàn)多源系統(tǒng)性能的維持與恢復(fù)[98]。

4 待研究的關(guān)鍵問(wèn)題

隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè),開(kāi)展靈活性資源參與下的配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃與運(yùn)行研究,對(duì)確保能源安全尤其是供電安全,提升擾動(dòng)事件下配電網(wǎng)韌性具有重要意義。本文總結(jié)了配電網(wǎng)韌性評(píng)估和提升方面迫切需要開(kāi)展的一些研究工作,如圖9所示。

圖9 配電網(wǎng)韌性研究展望Fig.9 Research prospects of distribution network resilience

4.1 配電網(wǎng)韌性評(píng)估方面

配電網(wǎng)韌性評(píng)估方面,擾動(dòng)模型精確量化、分階段多維度韌性指標(biāo)體系的構(gòu)建和各基礎(chǔ)設(shè)施深度融合對(duì)配電網(wǎng)韌性影響的分析將是未來(lái)亟需深入研究的重要方向。

1)擾動(dòng)模型精確量化。

擾動(dòng)模型量化研究能夠提高配電網(wǎng)韌性評(píng)估精確性?，F(xiàn)有配電網(wǎng)韌性研究中大多針對(duì)極端事件類擾動(dòng)進(jìn)行建模,且一般僅考慮配電線路故障機(jī)理,對(duì)災(zāi)害造成配電網(wǎng)連鎖故障的研究較少。另外,隨著高比例DG接入,風(fēng)/光出力不確定性將導(dǎo)致失負(fù)荷和風(fēng)/光棄電風(fēng)險(xiǎn)加劇[99],如何刻畫這種不確定性是高比例新能源配電網(wǎng)擾動(dòng)模型量化研究的重點(diǎn),有文獻(xiàn)提出構(gòu)建風(fēng)電不確定性多面體集來(lái)刻畫風(fēng)電出力波動(dòng)[100]。未來(lái)研究中,如何追蹤持續(xù)變化的擾動(dòng)過(guò)程和配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),擬合時(shí)空相關(guān)性下源荷失配規(guī)律,準(zhǔn)確刻畫非線性的擾動(dòng)模型將是一個(gè)重點(diǎn)研究方向。

2)分階段多維度韌性指標(biāo)體系的構(gòu)建。

現(xiàn)有配電網(wǎng)韌性評(píng)估指標(biāo)大多是單一場(chǎng)景下的確定性指標(biāo)或基于均值的面積類指標(biāo)。對(duì)韌性電網(wǎng)而言,單一場(chǎng)景指標(biāo)缺乏普遍性,基于擾動(dòng)全過(guò)程的均值類指標(biāo),不能區(qū)分?jǐn)_動(dòng)不同階段的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)變化。在未來(lái)電網(wǎng)韌性研究中,還需要開(kāi)展覆蓋擾動(dòng)前、中、后多階段全面的評(píng)估指標(biāo)體系研究,進(jìn)而開(kāi)展分階段和多階段協(xié)調(diào)的韌性提升措施研究,在傳統(tǒng)的系統(tǒng)防災(zāi)、減災(zāi)措施基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)對(duì)各類擾動(dòng)事件的多階段主動(dòng)防范意識(shí),制定精準(zhǔn)高效的系統(tǒng)治理方案,為應(yīng)對(duì)短期擾動(dòng)或長(zhǎng)期配電網(wǎng)規(guī)劃提供支持。

3)各類基礎(chǔ)設(shè)施深度融合對(duì)配電網(wǎng)韌性影響研究。

配電網(wǎng)與城市交通、供水、通信、天然氣等基礎(chǔ)設(shè)施一起構(gòu)建了相互協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)[101],保障社會(huì)生產(chǎn)和人民生活。各類基礎(chǔ)設(shè)施深度融合下,配電網(wǎng)韌性將受其他基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)影響,各基礎(chǔ)設(shè)施子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)呈現(xiàn)出時(shí)空交疊特性及復(fù)雜耦合關(guān)系[102],負(fù)荷恢復(fù)決策時(shí)需要考慮關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)荷的用電需求[103],這對(duì)評(píng)估配電系統(tǒng)韌性提出了新的要求。因此研究電力系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的協(xié)同仿真框架有助于評(píng)估它們之間的相關(guān)性[104],如何通過(guò)學(xué)科交叉理論和技術(shù)融合創(chuàng)新,針對(duì)各基礎(chǔ)設(shè)施深度融合系統(tǒng)建立統(tǒng)一的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲莼Ｐ?實(shí)現(xiàn)各基礎(chǔ)設(shè)施在多維時(shí)空交疊下協(xié)調(diào)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)資源互補(bǔ),也將是未來(lái)配電網(wǎng)韌性研究方向之一。

4.2 配電網(wǎng)韌性提升方面

基于數(shù)字孿生的配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)研判技術(shù)、信息-物理系統(tǒng)融合技術(shù)、新型網(wǎng)架拓?fù)湟约办`活性資源規(guī)劃與源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)技術(shù)都將有助于配電網(wǎng)韌性提升,應(yīng)在未來(lái)研究中被給予高度重視。

1)基于數(shù)字孿生的配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)研判技術(shù)。

基于數(shù)字孿生的配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)研判技術(shù),是加強(qiáng)擾動(dòng)前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的重要手段?；跀?shù)字孿生的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析與故障預(yù)判,通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知和超實(shí)時(shí)虛擬模擬,對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和整體分析與研判,并確定當(dāng)前或近日由天氣等因素引起的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)或系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié),有助于健全應(yīng)對(duì)擾動(dòng)的電力預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制,加強(qiáng)擾動(dòng)預(yù)警預(yù)判和各方協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng),提前安排部署搶修的人力物資。這將是配電網(wǎng)韌性評(píng)估和提升的重要抓手。

2)信息-物理系統(tǒng)融合技術(shù)。

信息-物理系統(tǒng)融合技術(shù),為擾動(dòng)前配電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估和預(yù)警提供信息支撐?，F(xiàn)代配電系統(tǒng)逐漸發(fā)展為信息-物理高度融合的系統(tǒng),信息系統(tǒng)通過(guò)智能電子設(shè)備讀取電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)信息,通過(guò)通信鏈路傳輸?shù)椒?wù)器,服務(wù)器對(duì)信息處理后生成控制指令下發(fā)到智能設(shè)備,控制物理設(shè)備改變狀態(tài)[44],實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)后應(yīng)急資源快速調(diào)配,并能夠快速抑制系統(tǒng)擾動(dòng)引發(fā)的頻率波動(dòng)[23]。

此外,信息網(wǎng)可能受到虛假數(shù)據(jù)注入、拓?fù)渚S持及拒絕服務(wù)攻擊等網(wǎng)絡(luò)攻擊,出現(xiàn)通信故障,導(dǎo)致系統(tǒng)控制失效[102]。因此,提升網(wǎng)絡(luò)安全措施,充分利用信息-物理系統(tǒng)融合技術(shù)的優(yōu)勢(shì)抵御和排除相關(guān)擾動(dòng),協(xié)同恢復(fù)故障,將對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)的韌性提升起到重要作用[104]。

3)新型網(wǎng)架拓?fù)溲芯俊?/p>

堅(jiān)強(qiáng)的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對(duì)配電網(wǎng)應(yīng)對(duì)擾動(dòng)具有更強(qiáng)支撐能力。構(gòu)建分層分區(qū)、安全可控、靈活高效的柔性電網(wǎng)網(wǎng)架,積極推動(dòng)交直流柔性供電技術(shù)應(yīng)用,可以增強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,保持必要的靈活性和冗余度,同時(shí)具備與特高壓直流、新能源規(guī)模相適應(yīng)的抗擾動(dòng)能力。

蜂巢結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)是一種配電網(wǎng)新型拓?fù)?相較于環(huán)間接入結(jié)構(gòu),蜂巢配電網(wǎng)的網(wǎng)孔型結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)多條饋線的互聯(lián)并進(jìn)行實(shí)時(shí)功率互濟(jì),潮流可控性更強(qiáng),發(fā)生故障時(shí)功率轉(zhuǎn)供靈活性更強(qiáng),同時(shí)還可以促進(jìn)新能源的高比例消納[105],類似的新型配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究在配電網(wǎng)韌性提升方面將是一個(gè)重要的研究方向。

此外,微電網(wǎng)將成為提升配電網(wǎng)韌性的重要支撐。在大電網(wǎng)故障時(shí),依靠分散的微電網(wǎng)連接和重組解決就近負(fù)荷或重要負(fù)荷供電,待大電網(wǎng)維修完成后,微電網(wǎng)再重新連接入電網(wǎng),提升系統(tǒng)的供電可靠性。因此,如何實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的連接和優(yōu)化重組是提高新型配電系統(tǒng)供電可靠性和韌性的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

4)靈活性資源規(guī)劃與源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)技術(shù)。

多種靈活性資源規(guī)劃與源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)中抵御和擾動(dòng)后恢復(fù)的重要途徑。

隨著新型電力系統(tǒng)中高比例DG的接入,配電網(wǎng)由“源隨荷動(dòng)”的形式逐步向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)調(diào)互動(dòng)形式轉(zhuǎn)變。通過(guò)科學(xué)規(guī)劃新能源布局、統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲(chǔ)整體規(guī)劃,利用動(dòng)態(tài)增容、柔性互動(dòng)等技術(shù)“喚醒”閑置的系統(tǒng)資源,整合多種類靈活性資源,挖掘“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”互動(dòng)潛力、保證內(nèi)外部擾動(dòng)下配電網(wǎng)電力供應(yīng)和系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力充裕,實(shí)現(xiàn)供電動(dòng)態(tài)調(diào)整和各區(qū)域間功率互濟(jì)。因此,研究不同時(shí)間尺度下的多元協(xié)同靈活性資源規(guī)劃和協(xié)調(diào)互動(dòng)技術(shù),也是未來(lái)配電網(wǎng)韌性研究的重點(diǎn)工作。

此外,旨在提升配電網(wǎng)韌性、促進(jìn)配電網(wǎng)各類靈活性資源開(kāi)發(fā)和利用的新型電力市場(chǎng)和電力交易機(jī)制也有待深入研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

新型電力系統(tǒng)大量源荷不確定性使得城鄉(xiāng)配電網(wǎng)韌性研究逐漸成為新的熱點(diǎn)課題。本文在已有配電網(wǎng)韌性研究的基礎(chǔ)上,探討了配電網(wǎng)韌性的基本概念,分析了配電網(wǎng)所面臨的各類擾動(dòng)及在擾動(dòng)下的特征?？偨Y(jié)了配電網(wǎng)韌性評(píng)估的研究現(xiàn)狀,主要包括極端事件類擾動(dòng)和波動(dòng)類擾動(dòng)模型構(gòu)建以及韌性評(píng)估方法。從擾動(dòng)前、中、后三個(gè)層面歸納了基于靈活性資源提升配電網(wǎng)韌性的關(guān)鍵技術(shù)。最后從韌性評(píng)估和韌性提升兩方面對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)韌性的主要研究方向進(jìn)行了展望。