面向防灾减灾的电网韧性评估及其恢复力提升

唐文虎教授华南理工大学电力学院2024年9月5日4韧性电网的提出背景冰灾台风地震恶意攻击击，致使3000万人失去电力供应洪灾韧性电网5针对电力系统韧性研究，大规模可再生能源接入电力系统将带来一系列新挑战：6在1973年首次提出，已广泛应用于许多且还有专门的技术委员会——ISO/TC>CIGRE专门成立了工作组：8■电力系统是重要基础设施，电力系统的安全稳定运行直接影响着国民经济■随着全球自然灾害逐渐增多以及反恐意识的增强，构建对极端扰动事件具RR₀Rpr事件过程totetpetr9■电力系统韧性概念：灾前灾时灾害损失最小化能力灾前灾时灾害损失最小化能力对外部干扰的抵抗能力高概率-小风险事件内容评估电力系统状态评估电力系统状态和不同状态之间的变化关注点关注用户侧停电概率、频率、持续时间、故障引起的期望电力损失及期望电能量损失等描述不仅关注对用户侧造成的影响，而且韧性评估不仅包含了可靠性的特点，而且还包含了对象系统的预警、吸收、适应以及快速恢复能力的评估评估体系评估体系韧性较好描述了台风风场中力的关系，并给出了梯度风降雨量、空气中含水量及风速等气象数据获得覆冰是SouthChinaUniversityo■输电线-杆塔故障模型水平位移界限(即刚度破坏界限):输电塔顶点水平位移不能超过输电塔高度H的1/100,若输电塔结构强度计算取输电塔底部单元截面应若输电塔底部单元界面应力最大值超过抗压强>与可靠性评估不同，自然灾害下会发生大量设备停运，远远大于‘M-1’、‘N-2’的情况，天气恶劣程度天气恶劣程度检修部门位置检修部门位置,为检修时间，kw为天气影响因乙系统负荷MW系统负荷MW0591011121315161718192■关注对象：物理电网的韧性提升电网韧性主要的三个方面：1)损害预防：应用工程设计和部分系统加固技术，加强电力系统抵抗力2)系统恢复：设计多资源协调频率控制技术和恢复策略来尽快恢复供电3)生存性：利用分布式电源和源荷互动技术，在不能完全恢复供电下，帮助消费者、社区和机构继续正常运转总体上，从灾前系统加固、灾中应急响应和灾后快速恢复三个方面来体现灾中灾后灾前：连续扰动下电网韧性评估方法2200■该脆弱性评估方法的优势：根据历史灾害数据对维修站的定位选址进行规划根据灾害预测信息对应急资源进行分配，以提升电力系统灾后恢复效率不同的应急资源分配场景下的维修策略现存问题目标函数：最小化①移动储能预布点成本；②每个节点的研究思路·配电网灵活性供给能力量化研究思路·配电网灵活性供给能力量化韧性目标灾前韧性提升不确定性刻画韧性目标灾前韧性提升不确定性刻画关键问题实时灾害信息调度控制中心电网响应侧■兼顾前瞻性的韧性提升措施180被动响应机组出力600.20.40.60.811.2180预先调度机组出力灾中：多资源时空协同的频率控制■多资源时空协同的频率控制协调直流、储能、风电、负荷、抽蓄等不同时间尺度及空间范围内的各类调频资源，实现主动、有序的紧急控制，以更小的控制代价实现更优的控制效果，确保电网频率安全，提升应对扰动的防御能力送端电网受端电网多直流协调控制储能电站度柔性负荷负荷同步机组fo多储能紧急控制fq多储能紧急控制fq广度范围内协调不同地理位置的控制资源抽蓄切泵紧急切负荷风机一次调频风机退出调频fb储能辅助控制fb同步机组一次调频频率恢复阶段频率恢复阶段频率下降阶段惯性SouthChinaUniver分布式电源、移动储能资源和维修资源协同优化，提升系统灾后的快速恢复力基于分布式资源的故障恢复和综合考虑交通网络影响获得最优恢复和维修策略ElectricVehicle(灾后：增强应急资源快速反应能力极端事件引起的大范围停电给社会带来了灾难性的后果。负荷恢复在韧性系统中发挥重要作用基于信息调度和资源调度的移动储能系统，可为配电网提供移动性和灵活性代理移动储能系统代理奖励信号1.状态转换概率符合Markov过程2.遵循策略配电网优化调度动作空间动作空间3.2能源系统的韧性提升措施极端灾害下省域能源系统安全评估和风险管理广东省历年受灾影响情况广东省历年受灾影响情况年份灾种冰灾级别14级17级15级14级14级珠海282万户215万户281万户282万户459万户国家战略建设安全高效的能源体系能源系统建模、安全性分析、韧性提升极端灾害频发、多能系统耦合故障传播省域能源系统安全评估和风险管理技术研究提升省域能源系统面对极端灾害的安全性和抗风险能力能源系统风险管控省域能源系统的一体化仿真模型研究关键技术1:省域电-气-热能源系统耦合建模研究分挖掘利用解决思路热热气电力系统模型天然气系统模型热力系统模型耦合元件统模型关键技术2:省域电-气-热能源系统多能流计算基于能源集站的多能流统一求解算法稳定性步骤2·提高了多能源系统迭代计算效率和收敛稳定负荷的综合扰动的综合灵敏度指标针对压缩机支路对气网部分进行分块保留Taylor展开一次项的微小扰动影响获得节点电压变化量与功率扰动关系获得节点气压变化量与功率扰动关系气压综合灵敏度指标在不同GT1接入位置的变化量气压综合灵敏度指标在不同GT1接入位置的变化量GT容量占比的变化量关键技术1:省域能源系统预想事故集构建关键技术1:省域能源系统预想事故集构建评估和薄弱环节识别?构建适用于安全最小负荷割集法预想事故集1基态e36火电机组故障2电负荷增大到1.1倍e38火电机组故障3气负荷增大到1.1倍e39火电机组故障4热负荷增大到1.1倍g1气源故障5e30CHP机组故障g2气源故障6e33燃气轮机故障g5气源故障7e37燃气轮机故障g8气源故障8e31火电机组故障9e32火电机组故障e34火电机组故障电锅炉故障e35火电机组故障关键技术2:省域能源系统安全性指标构建与多种影响因素评估体系，实现了省域多能互补系统的安全评估安全评估指标负荷削减概率关键技术1:基于数据-模型混合驱动的致灾因子破坏特征研究关键技术1:基于数据-模型混合驱动的致灾因子破坏特征研究度不一致，如何精确刻画台风和冰灾对省域能源系统的影响数值半经验风场模型和线路覆冰预测模型获得每个网格内叠加擦风速擦风速故障模型一致地理坐标一致能源系统栅格化示意图能源系统栅格化示意图解决思路解决思路核心挑战核心挑战于不同灾害情况的数值响应模型?则认为所有节点负荷削减应模型统中24h电力负荷削减量系统电负荷能减量(MW)权重系数系统电负荷能减量(MW)◆构建了韧性电力系统/能源系统评估技术体系，目前可以实现对输配电系统的韧性评估。通过提高鲁棒性、优化应急抢修资源，可以从多方