王守相，劉 琪，趙倩宇，王洪坤

（1. 教育部智能電網(wǎng)重點實驗室（天津大學(xué)），天津市300072；2. 天津市電力系統(tǒng)仿真控制重點實驗室（天津大學(xué)），天津市300072）

0 引言

當前，配電網(wǎng)面臨著越來越多的不確定性擾動和沖擊的影響。國內(nèi)外的一些大停電事故表明，建設(shè)一個能應(yīng)對各種擾動的堅強智能配電網(wǎng)是當前的迫切需求，這里的“堅強”包含了既健壯又具有彈性的含義。除常規(guī)設(shè)備故障等會對配電網(wǎng)產(chǎn)生擾動沖擊之外，另有2 類擾動事件也會對配電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響，甚至造成配電網(wǎng)功能的大規(guī)模破壞或喪失等災(zāi)難性后果：一類是發(fā)生頻率低的極端事件，包括重大自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭、恐怖襲擊等；另一類是發(fā)生頻率高、漸進式加劇的小干擾事件，包括分布式電源和電動汽車的高比例接入等。近年來對上述2 類事件的關(guān)注逐漸增多，已成為配電網(wǎng)研究的重要內(nèi)容。

韌性（resilience）概念近年來被用于生態(tài)系統(tǒng)研究、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及災(zāi)害防治中［1-2］。文獻［3］將基礎(chǔ)設(shè)施的韌性定義為應(yīng)對災(zāi)害的抵抗能力、設(shè)備的可靠性、災(zāi)害發(fā)生時可調(diào)度資源的冗余性，以及災(zāi)害發(fā)生后的快速響應(yīng)和恢復(fù)能力。目前，對韌性電網(wǎng)的研究集中在電網(wǎng)對各類自然災(zāi)害的抵抗能力及災(zāi)害后快速恢復(fù)的能力［4-7］。文獻［6］指出，電網(wǎng)應(yīng)具備抵制各種危害、承受初始故障后果，并快速恢復(fù)到正常狀態(tài)的能力。文獻［7］對彈性電網(wǎng)的恢復(fù)力（也即韌性）進行了研究，認為彈性電網(wǎng)的恢復(fù)力主要是指在發(fā)生冰雪、地震等小概率高損失極端事件后，電網(wǎng)及時消除事件影響并快速恢復(fù)供電的能力。

已有的電網(wǎng)彈性研究主要針對輸電網(wǎng)開展，對彈性配電網(wǎng)的研究較少，且仍集中在極端自然災(zāi)害下電網(wǎng)的應(yīng)對情況，即主要研究電網(wǎng)的恢復(fù)力，也即韌性。相比于輸電網(wǎng)，配電網(wǎng)的運行環(huán)境更為復(fù)雜，除了極端自然災(zāi)害的影響外，高滲透率分布式光伏等可再生能源輸出功率的隨機波動和大量電動汽車的無序充電也會對配電網(wǎng)的安全運行帶來沖擊［8］。另一方面，配電網(wǎng)的靈活性資源更加豐富，各類靈活性資源為系統(tǒng)在各類擾動影響下調(diào)整運行狀態(tài)提供了有利條件，也為彈性配電網(wǎng)研究賦予了新的內(nèi)容［9］。

本文闡述了配電網(wǎng)彈性的基本內(nèi)涵，分析了配電網(wǎng)需要應(yīng)對的擾動類型及在各類擾動下配電網(wǎng)的彈性特征，結(jié)合配電網(wǎng)彈性的基本構(gòu)成要素，探討了配電網(wǎng)彈性提升的關(guān)鍵技術(shù)，并對配電網(wǎng)彈性的研究方向進行了展望。

1 配電網(wǎng)彈性的內(nèi)涵

1.1 配電網(wǎng)中不確定性擾動的類型劃分

配電網(wǎng)在運行過程中，除需要應(yīng)對自然災(zāi)害、蓄意攻擊及設(shè)備故障等不確定性擾動事件以外，還需要考慮負荷及分布式電源出力隨機變化等不確定性擾動事件造成的影響。表1 所示為配電網(wǎng)常見的不確定性擾動的類型及其特點。

表1 配電網(wǎng)擾動分類Table 1 Classification of disturbances in distribution network

1.2 配電網(wǎng)彈性的定義與特征

配電網(wǎng)在實際運行過程中會遭受各類擾動，影響系統(tǒng)的正常運行，為有效抵御各類擾動的影響，需要在配電網(wǎng)規(guī)劃和運行各個階段，合理配置和調(diào)度資源，提高配電網(wǎng)應(yīng)對不確定性擾動的能力。

一個堅強配電網(wǎng)（strong distribution network）必須是健壯的（healthy）和富有彈性（elastic）的，即堅強=健壯+彈性。健壯主要體現(xiàn)在系統(tǒng)安全性（security）、可靠性（reliability）及設(shè)備健康度（health）上。彈性則包括柔性（flexibility）和韌性（resilience）2 個方面。配電網(wǎng)特性相關(guān)概念關(guān)系如圖1 所示。

圖1 配電網(wǎng)特性相關(guān)概念關(guān)系圖Fig.1 Relationship diagram of property concepts of distribution network

配電網(wǎng)彈性是指配電網(wǎng)應(yīng)對不確定性變化或擾動的能力，它包含2 層含義：一是配電網(wǎng)能夠靈活調(diào)整以適應(yīng)條件變化，即柔性或靈活性；二是配電網(wǎng)在極端條件下，部分功能失效仍能繼續(xù)生存并適應(yīng)新的激勵信號，且能夠從災(zāi)變或故障中快速恢復(fù)，即韌性。彈性反映了配電網(wǎng)面對條件變化和新需求的靈活性、適應(yīng)性和快速恢復(fù)能力。配電網(wǎng)彈性重點評估配電網(wǎng)應(yīng)對2 類不確定性事件的能力：一類是發(fā)生頻率低的極端事件，即所謂的“黑天鵝事件”，包括重大自然災(zāi)害、恐怖襲擊等；另一類是發(fā)生頻率高、漸進式加劇的小干擾事件，即所謂的“灰犀牛事件”，包括分布式電源和電動汽車的高比例接入等。

結(jié)合配電網(wǎng)需要應(yīng)對的各類擾動，配電網(wǎng)彈性應(yīng)具有以下幾個性能特征。

1）感知力：具備對配電網(wǎng)、配電設(shè)備、用戶、外部運行環(huán)境的感知能力，在擾動發(fā)生前，對擾動可能帶來的影響進行分析，并制定相應(yīng)措施對擾動進行防范。

2）適應(yīng)力：具有靈活可控的調(diào)度資源和拓撲結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)擾動造成的系統(tǒng)運行狀態(tài)的波動。

3）抵抗力：對擾動帶來的物理破壞應(yīng)具有一定的抵抗能力。

4）恢復(fù)力：在擾動造成破壞后應(yīng)具有快速恢復(fù)系統(tǒng)性能的能力。

其中，感知力是配電網(wǎng)彈性的基礎(chǔ)支撐能力，在感知力的基礎(chǔ)上能有效提升配電網(wǎng)的靈活性和韌性；適應(yīng)力體現(xiàn)了配電網(wǎng)的靈活性；抵抗力和恢復(fù)力則體現(xiàn)了配電網(wǎng)的韌性。

在研究對象方面，配電網(wǎng)彈性重點評估配電網(wǎng)應(yīng)對重大自然災(zāi)害等發(fā)生頻率低的極端事件和分布式電源高比例接入等漸進式加劇的小干擾事件。通過提高配電網(wǎng)彈性，更具針對性地提高了配電網(wǎng)應(yīng)對上述2 類事件的能力，進一步提高了配電網(wǎng)可靠性、經(jīng)濟性及安全性等系統(tǒng)性能，能產(chǎn)生很好的外部效應(yīng)。在實施方式方面，配電網(wǎng)彈性的提升不僅僅局限于單個設(shè)備性能的提升，而是更關(guān)注于通過系統(tǒng)感知力、適應(yīng)力、抵抗力、恢復(fù)力的協(xié)調(diào)配合，提高配電網(wǎng)整體上應(yīng)對發(fā)生頻率低的極端事件和漸進式加劇的小干擾事件的能力。增強配電網(wǎng)彈性可有效降低自然災(zāi)害等極端事件的影響，減少停電時間，提高配電網(wǎng)的可靠性；同時，配電網(wǎng)彈性提升能有效應(yīng)對高比例分布式電源和電動汽車隨機變化造成系統(tǒng)電壓波動、變壓器過載等問題，進而提高配電系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性和安全性。

1.3 配電網(wǎng)彈性運行狀態(tài)分類及實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的彈性控制手段

借鑒T. E. Dy Liacco 的電力系統(tǒng)安全性構(gòu)想圖，構(gòu)建如圖2 所示的彈性配電網(wǎng)應(yīng)對不確定性擾動的過程示意圖，圖中虛線表示不確定性擾動發(fā)生過程，實線表示配電網(wǎng)彈性控制過程。無擾動時，配電網(wǎng)正常運行，處于彈性裕度充足的靈活適應(yīng)態(tài)；擾動發(fā)生后，配電網(wǎng)抵抗擾動影響，彈性裕度減小，處于彈性不足態(tài)，通過儲能充放電調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化等適應(yīng)控制手段，系統(tǒng)能從彈性不足態(tài)回歸到靈活適應(yīng)態(tài)。隨著擾動的持續(xù)或增強，配電網(wǎng)運行狀態(tài)將可能進一步惡化，造成系統(tǒng)運行約束破壞，導(dǎo)致部分設(shè)備停運，但未發(fā)生大范圍停電，此時配電網(wǎng)處于緊急抵抗態(tài)。在緊急抵抗態(tài)下，通過緊急投入備用電源或緊急切除柔性負荷等彈性緊急控制手段，對運行狀態(tài)進行校正則能重新進入彈性不足的正常運行狀態(tài)。若擾動繼續(xù)增強，且配電網(wǎng)無法抵抗和適應(yīng)擾動的影響，則會造成系統(tǒng)大規(guī)模失負荷。隨著擾動消失，通過應(yīng)急搶修、移動電源或移動儲能供電等彈性恢復(fù)控制手段，使配電網(wǎng)重新進入正常運行狀態(tài)。

圖2 配電網(wǎng)應(yīng)對擾動的過程示意圖Fig.2 Schematic diagram of distribution network responding to disturbances

2 配電網(wǎng)彈性提升關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)配電網(wǎng)應(yīng)對各類擾動的過程與表現(xiàn)出的性能，將配電網(wǎng)彈性提升關(guān)鍵技術(shù)分為實現(xiàn)擾動預(yù)判分析的態(tài)勢感知技術(shù)、實現(xiàn)運行狀態(tài)校正的靈活適應(yīng)技術(shù)、實現(xiàn)設(shè)備與系統(tǒng)安全的抵抗力提升技術(shù)，以及實現(xiàn)災(zāi)變應(yīng)對的恢復(fù)控制技術(shù)。

2.1 實現(xiàn)擾動預(yù)判分析的態(tài)勢感知技術(shù)

配電系統(tǒng)態(tài)勢感知是指通過對負荷預(yù)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及各類量測數(shù)據(jù)等配電系統(tǒng)運行相關(guān)數(shù)據(jù)的挖掘和分析，對系統(tǒng)及各類電氣設(shè)備當前的運行狀態(tài)進行評估，并對系統(tǒng)未來的運行狀態(tài)進行預(yù)測。通過態(tài)勢感知能對各類擾動事件可能造成的影響進行準確預(yù)警以提前做出部署，因此，態(tài)勢感知技術(shù)是提高配電系統(tǒng)彈性的信息支撐手段。

在配電網(wǎng)彈性研究中，實現(xiàn)各類擾動預(yù)判分析的態(tài)勢感知系統(tǒng)需要在傳統(tǒng)的態(tài)勢感知技術(shù)基礎(chǔ)上準確預(yù)測各類擾動對配電網(wǎng)的影響［10-11］。針對冰災(zāi)、山火、臺風(fēng)等自然災(zāi)害，已有相關(guān)的模型研究各類自然災(zāi)害對電網(wǎng)的影響［12-16］。在狀態(tài)感知過程中，傳統(tǒng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計量測不足，需要充分利用各類數(shù)據(jù)資源。文獻［17］利用歷史數(shù)據(jù)對配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)建模，并將建模結(jié)果輸入作為虛擬量測，豐富了狀態(tài)感知的可用信息。文獻［18］針對配電網(wǎng)低壓遙測覆蓋率較低的問題，根據(jù)已有的潮流數(shù)據(jù)，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來擬合節(jié)點注入功率與關(guān)鍵節(jié)點電壓之間的關(guān)系，據(jù)此進行配電網(wǎng)電壓控制。

相比于輸電網(wǎng)，配電網(wǎng)故障率高，因此配電網(wǎng)的故障定位與識別成為配電網(wǎng)態(tài)勢感知的重要內(nèi)容。借助氣象數(shù)據(jù)、電氣設(shè)備運行參數(shù)能進一步提高系統(tǒng)對各類故障的感知能力。文獻［19］結(jié)合情景分析和電網(wǎng)風(fēng)險評估的理論，建立了一套多因素影響下的配電網(wǎng)運行風(fēng)險預(yù)警方法。文獻［20］則針對典型故障，通過環(huán)境場景關(guān)聯(lián)識別對配電網(wǎng)運行風(fēng)險進行預(yù)警。文獻［21］提出一種計及天氣因素的配電網(wǎng)故障特征選擇和故障停電風(fēng)險等級的預(yù)測方法。

2.2 實現(xiàn)運行狀態(tài)校正的靈活適應(yīng)技術(shù)

借助于配電網(wǎng)靈活的拓撲結(jié)構(gòu)和安裝在用戶側(cè)的分布式電源、儲能等設(shè)備，依靠配電自動化技術(shù)［22］、微網(wǎng)能量管理技術(shù)［23］等智能配電技術(shù)，可實現(xiàn)配電網(wǎng)在適應(yīng)運行環(huán)境變化下的系統(tǒng)安全性及經(jīng)濟性校正［24］。配電網(wǎng)靈活適應(yīng)性要素可以分為提供功率支撐的靈活適應(yīng)性要素和提供可變拓撲的靈活適應(yīng)性要素。

配電網(wǎng)提供功率支撐的靈活適應(yīng)性要素是指能為配電網(wǎng)提供靈活可控功率的各類設(shè)備，包括提供有功功率的設(shè)備，如儲能、微型燃氣輪機、光伏等，以及提供無功功率的設(shè)備，如并聯(lián)電容器、靜止無功補償器、分布式電源逆變器等。故障狀態(tài)下，配電網(wǎng)提供功率支撐的靈活適應(yīng)性要素主要用來為處于孤島狀態(tài)的負荷供電。運行狀態(tài)下，配電網(wǎng)提供功率支撐的靈活適應(yīng)性要素通過優(yōu)化潮流分布以提高運行的經(jīng)濟性、可靠性及安全性，從而避免負荷及可再生能源出力的不確定性對系統(tǒng)運行造成的不利影響。

配電網(wǎng)提供可變拓撲的靈活適應(yīng)性要素是指可進行開閉調(diào)度的聯(lián)絡(luò)開關(guān)及可控制傳輸功率的智能軟開關(guān)（soft open point，SOP）［25］。其中，基于電力電子裝置的智能軟開關(guān)相比于聯(lián)絡(luò)開關(guān)不僅能實現(xiàn)線路的斷開和閉合，還能精確控制線路的傳輸功率，但其成本較高，一定程度上限制了其實際應(yīng)用。只有通過靈活可控的網(wǎng)絡(luò)拓撲，配電網(wǎng)中的可控功率要素才能有效實現(xiàn)為故障區(qū)域提供功率支撐及提高配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、可靠性及安全性的功能。

在配電網(wǎng)的靈活適應(yīng)控制中，基于可控的功率設(shè)備和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲，借助微網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、自愈恢復(fù)等多種智能配電網(wǎng)技術(shù)，可實現(xiàn)配電網(wǎng)的運行校正、接納能力提升及供電恢復(fù)等。文獻［26］考慮微網(wǎng)中可再生能源發(fā)電和負荷的不確定性，提出了一種考慮最壞場景的魯棒能量管理方法，通過正交測試法進行場景抽樣，保證所提出的調(diào)度策略在各類不確定場景下都能保證微網(wǎng)的運行經(jīng)濟性。文獻［27］考慮配電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電和負荷的隨機性對系統(tǒng)電壓、網(wǎng)絡(luò)損耗和線路傳輸功率等參數(shù)的影響，提出了混合整數(shù)兩階段魯棒重構(gòu)優(yōu)化算法，對高比例分布式電源接入下配電網(wǎng)的經(jīng)濟安全運行具有重要意義。文獻［28］提出了智能軟開關(guān)魯棒控制策略，有效解決了高比例光伏出力隨機波動造成配電網(wǎng)電壓越限的問題。文獻［29］提出了利用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)提升配電網(wǎng)接納分布式電源的靈活性提升方法，考慮開關(guān)動作次數(shù)限制，將動態(tài)重構(gòu)問題描述為非線性不可微整數(shù)優(yōu)化問題，通過分層求解獲得最終的重構(gòu)方案。

2.3 實現(xiàn)設(shè)備及系統(tǒng)安全的抵抗力提升技術(shù)

配電網(wǎng)中的各類電氣設(shè)備及系統(tǒng)本身抵御自然災(zāi)害及人為攻擊造成的各類物理性破壞的能力，是彈性配電網(wǎng)抵御擾動的基礎(chǔ)。

桿塔和架空線路等電力設(shè)備由于暴露在外界環(huán)境中，容易遭受臺風(fēng)、冰雪等自然災(zāi)害沖擊。災(zāi)害后的大面積停電，也主要是由于桿塔倒塌、線路斷線引起的，且桿塔及架空線的恢復(fù)過程往往需要耗費較多的人力和時間。因此，增強電力設(shè)施對臺風(fēng)、冰雪等自然災(zāi)害及人為破壞的抵抗力對提高配電網(wǎng)彈性具有重要意義，具體可從設(shè)備規(guī)劃建設(shè)和運行維護兩方面入手。一方面，在電氣設(shè)備的規(guī)劃階段，考慮可能發(fā)生的自然災(zāi)害，建立電氣設(shè)備的脆弱性模型，對電氣設(shè)備進行優(yōu)化選型與合理配置。文獻［30］根據(jù)N-K 校驗原則，以增強配電系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害的能力為目標，對架空線和分布式電源進行了優(yōu)化配置。文獻［31］通過建立臺風(fēng)風(fēng)速與故障率的物理模型，利用系統(tǒng)信息熵篩選故障場景，從而確定災(zāi)害造成的故障規(guī)模，并分析了加固元件與接入分布式電源對系統(tǒng)韌性的提升效果。另一方面，針對易受沖擊的電氣設(shè)備，可以采取相應(yīng)的加固措施，提高抵御自然災(zāi)害的能力。文獻［32］以線路加固成本最低為目標函數(shù)，提出了加固線路選擇的魯棒優(yōu)化策略，在保證系統(tǒng)經(jīng)濟性的條件下有效提高了災(zāi)害后系統(tǒng)的故障恢復(fù)能力。

不同區(qū)域的電氣設(shè)備故障對配電系統(tǒng)停電規(guī)模和程度的影響不同。通過對配電系統(tǒng)進行脆弱性分析，找出系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)和易造成連鎖故障的區(qū)域進行完善，可有效提高整個配電系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害的彈性。文獻［33］通過將電網(wǎng)主動劃分成可抵御自然災(zāi)害的穩(wěn)定區(qū)域及可實現(xiàn)離網(wǎng)運行的區(qū)域，提高了抵御自然災(zāi)害的能力。文獻［34］考慮災(zāi)害場景下城市配電網(wǎng)供電的可靠性與經(jīng)濟性，建立了基于微網(wǎng)的抗災(zāi)型城市配電網(wǎng)規(guī)劃模型。

通信設(shè)備在配電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用在提高系統(tǒng)感知能力的同時，也使得配電系統(tǒng)面臨著信息攻擊的威脅。抵御信息攻擊是配電網(wǎng)抵抗力研究的重要內(nèi)容［35］。

虛假數(shù)據(jù)注入是一種常見的信息攻擊形式。對電力系統(tǒng)虛假數(shù)據(jù)通常根據(jù)特征值進行檢測，包括根據(jù)相關(guān)變量偏離正常范圍的大小判斷是否為虛假數(shù)據(jù)攻擊和根據(jù)人工智能等方法提取系統(tǒng)受攻擊時的特征判斷是否出現(xiàn)攻擊［36］。文獻［37］建立了變電站互感器采樣序列虛假數(shù)據(jù)注入攻擊模型，并分析了其對變電站狀態(tài)估計結(jié)果的影響，分析了互感器的配置冗余度及合理性在防御攻擊方面的重要性。文獻［38］根據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)和電氣網(wǎng)絡(luò)動態(tài)過程二者事件鏈之間的相關(guān)性對應(yīng)關(guān)系，判斷是否存在信息異常，以數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式檢測異常事件。除虛假數(shù)據(jù)注入攻擊外，拒絕服務(wù)攻擊通過占用通信資源來禁止傳輸測量或控制信號并導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化，也是電力系統(tǒng)信息攻擊的重要手段。文獻［39］分析了拒絕服務(wù)攻擊對電-熱綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的影響，仿真結(jié)果表明拒絕服務(wù)攻擊會影響經(jīng)濟調(diào)度的有效性。

相比于針對單一設(shè)備的信息攻擊，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同攻擊同時對多個設(shè)備進行攻擊，影響范圍大。文獻［40］對烏克蘭停電事故中網(wǎng)絡(luò)協(xié)同攻擊的作用過程進行了推演，并分析了國內(nèi)應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)協(xié)同攻擊的不足。電力信息物理協(xié)同攻擊通過修改相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，掩蓋遭受物理攻擊的電力設(shè)備的故障狀態(tài)，其隱蔽性強，可引發(fā)連鎖故障，易造成大規(guī)模停電事故［41］。文獻［42］分析了通過篡改同步相量測量裝置的量測數(shù)據(jù)掩蓋物理攻擊的攻擊方式，并提出了通過提高同步相量測量裝置安全等級和在線檢測線路導(dǎo)納進行防御的方法。文獻［43］基于動態(tài)攻防博弈理論，提出電力物理網(wǎng)絡(luò)和電力信息網(wǎng)絡(luò)同時遭受人為攻擊場景下的電網(wǎng)攻防動態(tài)博弈3 層規(guī)劃模型，通過模型求解給出了最優(yōu)的防御資源分配策略。

2.4 實現(xiàn)災(zāi)變應(yīng)對的恢復(fù)控制技術(shù)

臺風(fēng)、地震等自然災(zāi)害對配電系統(tǒng)造成的損害波及范圍廣、影響程度大，其恢復(fù)過程也更加復(fù)雜。

通過微網(wǎng)供電、配電網(wǎng)重構(gòu)恢復(fù)等手段，能有效實現(xiàn)關(guān)鍵負荷的不間斷供電及線路故障后的快速在線供電恢復(fù)，提高災(zāi)害后系統(tǒng)的恢復(fù)能力。微網(wǎng)孤島運行是實現(xiàn)配電網(wǎng)故障后區(qū)域供電的有效形式。文獻［44］提出了微能源網(wǎng)與配電網(wǎng)在災(zāi)害事故處置過程中協(xié)同配合的彈性提升策略：在配電網(wǎng)抵御與適應(yīng)災(zāi)害階段，提出了微能源網(wǎng)處于孤島狀態(tài)下的滾動停電管理方案；在故障恢復(fù)階段，制定包含孤島劃分、負荷控制及微源出力的故障搶修方案。文獻［45］根據(jù)災(zāi)害或極端擾動后配電系統(tǒng)故障區(qū)域的不同，提出基于重構(gòu)及非重構(gòu)孤島/并網(wǎng)的微網(wǎng)差異化恢復(fù)運行方法，提高了故障恢復(fù)的有效性。相比于單個微網(wǎng)，多微網(wǎng)系統(tǒng)可在故障后實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的故障恢復(fù)，能有效增強配電網(wǎng)應(yīng)對自然災(zāi)害造成的彈性［46-47］。文獻［48］針對未配備負荷及分布式電源出力預(yù)測的微電網(wǎng)，提出了一種利用量測數(shù)據(jù)規(guī)避分布式電源出力不確定所造成風(fēng)險的故障恢復(fù)策略，通過利用最新的量測數(shù)據(jù)分析分布式電源出力的概率分布，減小分布式電源出力不確定性對故障恢復(fù)策略的影響，利用混合整數(shù)線性規(guī)劃求解各個微網(wǎng)的故障恢復(fù)策略。

智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)能及時檢測并快速處理系統(tǒng)發(fā)生的故障，并通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等手段進行供電恢復(fù)，降低故障對用戶的影響。文獻［49］基于層次分析法和滲透理論提出了一種量化各類彈性提升方法有效性的評價指標，據(jù)此分析網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)對配電網(wǎng)彈性提升的有效性。文獻［50］提出了一種災(zāi)害后利用分布式能源和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)恢復(fù)關(guān)鍵負荷供電的故障恢復(fù)方法，并利用混合整數(shù)線性規(guī)劃進行求解，保證了算法的計算效率。已有的故障恢復(fù)控制往往考慮系統(tǒng)整體的恢復(fù)方案，隨著各類就地控制式設(shè)備的使用，基于分布式控制的故障恢復(fù)成為重要的研究方向。

當自然災(zāi)害等擾動造成電力設(shè)施損壞時，需要電網(wǎng)維護人員進行現(xiàn)場搶修。為了提高災(zāi)害后供電恢復(fù)的效果，需對設(shè)備和人員等各類恢復(fù)資源進行有效配置，制定合理的恢復(fù)策略。移動式儲能具有靈活性高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，適用于自然災(zāi)害后關(guān)鍵負荷的緊急供電。文獻［51］提出了災(zāi)害后移動式儲能的兩階段魯棒優(yōu)化調(diào)度策略：在災(zāi)害發(fā)生前，合理配置移動儲能的位置以提高關(guān)鍵負荷應(yīng)對災(zāi)害的生存能力；在災(zāi)害發(fā)生后，考慮與故障重構(gòu)的配合，重新配置移動儲能的位置以提高系統(tǒng)故障恢復(fù)速度。文獻［52］考慮災(zāi)害后交通網(wǎng)絡(luò)故障對移動儲能調(diào)度的影響，結(jié)合實時信息對包含移動儲能、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等多種恢復(fù)手段進行滾動優(yōu)化，以提高故障恢復(fù)速度。

在電力設(shè)備搶修策略上，文獻［53］建立了配電網(wǎng)分階段搶修模型，在緊急搶修階段，以負荷恢復(fù)價值最大和綜合經(jīng)濟損失最小為目標；在網(wǎng)架恢復(fù)階段，以網(wǎng)損最小和搶修時間最短為目標。文獻［54］在配電網(wǎng)發(fā)生多故障后，對配電網(wǎng)進行子區(qū)域劃分，利用分布式電源或移動應(yīng)急電源車對失電負荷進行恢復(fù)，以提高供電恢復(fù)的有效性。文獻［55］根據(jù)冰災(zāi)不同時期對配電網(wǎng)不同區(qū)域造成的影響不同，建立冰雪災(zāi)害后含分布式電源的配電網(wǎng)分階段融冰搶修模型。

結(jié)合彈性配電網(wǎng)的組成要素和關(guān)鍵技術(shù)，配電網(wǎng)彈性提升技術(shù)如圖3 所示。

圖3 配電網(wǎng)彈性提升示意圖Fig.3 Schematic diagram of elasticity enhancement of distribution network

3 配電網(wǎng)彈性提升研究展望

3.1 電力電子化配電系統(tǒng)的彈性提升

各類電力電子裝置在配電系統(tǒng)的應(yīng)用為配電系統(tǒng)提供了更多的控制手段，但電力電子器件的脆弱性也使得電力電子化條件下的配電網(wǎng)彈性提升與傳統(tǒng)配電網(wǎng)有所不同。

智能軟開關(guān)能夠靈活、快速地控制兩側(cè)交換的功率，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的柔性互聯(lián)，并能在故障后提供電壓和頻率支撐，提高故障恢復(fù)效果。文獻［56］采用二階錐規(guī)劃方法求解含有軟開關(guān)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)問題，并分析了影響軟開關(guān)供電恢復(fù)能力的因素。文獻［57］通過系統(tǒng)中多個軟開關(guān)的協(xié)同配合，提高了系統(tǒng)的故障恢復(fù)能力?？紤]到智能軟開關(guān)的潮流控制效果與自身控制策略密切相關(guān)，為提高含軟開關(guān)配電系統(tǒng)的故障恢復(fù)能力，應(yīng)充分考慮軟開關(guān)的控制方式與系統(tǒng)故障恢復(fù)控制策略的協(xié)調(diào)配合。

交直流混合配電網(wǎng)是配電系統(tǒng)高效接納可再生能源和直流負荷的重要發(fā)展形式。在設(shè)備級的恢復(fù)控制方面，換流器等電力電子裝置耐受故障電流沖擊能力弱，實現(xiàn)換流器線路故障下的故障穿越對提高系統(tǒng)故障恢復(fù)能力具有重要意義。文獻［58］提出了混合型多電平換流器在直流線路故障下的故障穿越控制策略，發(fā)生極間短路故障后，換流閥以靜止同步補償器方式運行。在系統(tǒng)級的恢復(fù)控制方面，文獻［59］考慮到故障后交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的配合關(guān)系，提出了基于二進制粒子群算法的交直流混合配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法。

目前，針對柔性互聯(lián)配電系統(tǒng)和交直流混合配電系統(tǒng)的故障恢復(fù)僅考慮一般線路故障，對自然災(zāi)害造成的故障連鎖反應(yīng)尚未開展詳細研究。同時，在電力電子化的配電系統(tǒng)中，電力電子設(shè)備控制方式與系統(tǒng)故障恢復(fù)策略的協(xié)調(diào)配合對提升系統(tǒng)的恢復(fù)能力至關(guān)重要，也是下一步的研究重點。

3.2 綜合能源系統(tǒng)的彈性提升

電力與燃氣、熱力等其他形式能源的耦合日益密切，綜合能源系統(tǒng)逐漸成為能源供應(yīng)的重要形式；同時，自然災(zāi)害對供電、供氣和供熱均會造成影響。開展與彈性配電網(wǎng)相結(jié)合的綜合能源系統(tǒng)的彈性提升有利于提高災(zāi)害恢復(fù)的有效性［60］。

在綜合能源系統(tǒng)故障預(yù)防方面，文獻［61］考慮電-氣綜合能源系統(tǒng)的互補特性，通過混合控制迭代方法有效篩選出了電-氣綜合能源系統(tǒng)預(yù)想故障集中的關(guān)鍵故障，減少校正過程中的切負荷，協(xié)調(diào)了預(yù)防控制和校正控制的安全性及經(jīng)濟性。文獻［62］通過識別電-氣綜合能源系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，提出了電-氣綜合能源系統(tǒng)在惡意攻擊下的魯棒防御策略。在綜合能源系統(tǒng)故障恢復(fù)方面，文獻［63］考慮燃氣輪機等設(shè)備的時序特性，建立了多時序故障恢復(fù)模型進行求解，得到了故障恢復(fù)過程中的開關(guān)操作序列。文獻［64］針對電-氣綜合能源系統(tǒng)，提出了搶修人員災(zāi)后調(diào)度、重構(gòu)及分布式電源孤島運行等多種資源協(xié)同配合的災(zāi)后恢復(fù)方法，提高了多能源系統(tǒng)故障恢復(fù)的有效性。

目前，針對綜合能源系統(tǒng)的彈性恢復(fù)研究主要集中在系統(tǒng)側(cè)的故障恢復(fù)。由于燃氣、電能等不同形式的能源在用戶側(cè)具有互補耦合的關(guān)系，考慮用戶用能需求的綜合能源系統(tǒng)彈性恢復(fù)應(yīng)該成為下一步的研究重點。

4 結(jié)語

本文分析了配電網(wǎng)彈性的基本內(nèi)涵，歸納了配電網(wǎng)需要應(yīng)對的擾動類型及配電網(wǎng)彈性的基本特征，總結(jié)了配電網(wǎng)彈性提升的關(guān)鍵技術(shù)，并對配電網(wǎng)彈性提升的研究方向進行了展望。

配電網(wǎng)彈性提升需要從感知、抵抗、適應(yīng)、恢復(fù)等方面的協(xié)調(diào)配合展開，是系統(tǒng)性的研究工作。從哪些方面提升配電網(wǎng)彈性取決于配電網(wǎng)面臨著哪種類型的擾動，配電網(wǎng)彈性提升建設(shè)應(yīng)當結(jié)合系統(tǒng)實際運行環(huán)境有針對性地開展，以保證其經(jīng)濟性和有效性。