杜詩嘉，郭創(chuàng)新，俞嘯玲，趙福林，邢海青，方赟朋

（1. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310027；2. 國家電網(wǎng)杭州供電公司，浙江 杭州 310009）

0 引言

近年來，自然災(zāi)害的頻發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成了不可忽略的影響，尤其是臺(tái)風(fēng)、冰雪災(zāi)、持續(xù)高溫及雷電對(duì)電網(wǎng)的影響最為嚴(yán)重。以我國常見的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害為例，位于臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑及其影響范圍內(nèi)的地區(qū)，往往會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模倒塔和導(dǎo)線斷線等事故，甚至導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)大面積停電，帶來巨大的損失，這與國家電網(wǎng)保障能源安全、服務(wù)人民美好生活的愿景相違背。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分和直接面向用戶的關(guān)鍵一環(huán)，為滿足用戶日益增長的高供電可靠性和高電能質(zhì)量的需求，依據(jù)國家能源局《關(guān)于電力系統(tǒng)防范應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的指導(dǎo)意見》，要求避免電力設(shè)施大規(guī)模因?yàn)?zāi)損毀事件，最大限度地減少臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損失，并在臺(tái)風(fēng)影響結(jié)束后，盡快恢復(fù)電力供應(yīng)。

臺(tái)風(fēng)作為常見的自然災(zāi)害，其對(duì)各國沿海地區(qū)電網(wǎng)的影響不容小覷，本文所研究的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害具體指登陸時(shí)蒲福風(fēng)級(jí)大于12 級(jí)且中心最大持續(xù)風(fēng)力大于32.7 m／s的臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)?；谥袊鴼庀笈_(tái)的熱帶氣旋資料，我國的臺(tái)風(fēng)登陸地點(diǎn)主要集中于我國東部沿海地帶的省市，近四年來登陸我國的大型臺(tái)風(fēng)平均每年3個(gè)［1］，雖然臺(tái)風(fēng)災(zāi)害屬于小概率事件，但其帶來的損失是巨大的，如：2019 年臺(tái)風(fēng)“利奇馬”造成國家電網(wǎng)共計(jì)35 kV 以上變電站72 座、105 kV 及以上線路4 000 余條停電，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)157 億；2018 年臺(tái)風(fēng)“山竹”影響了南方電網(wǎng)供電區(qū)域用戶150余萬戶，造成廣州電網(wǎng)中291條次的10 kV 線路受到影響，受到暴雨沖刷和積水浸泡影響的線路緊急停運(yùn)120 條次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失52億元。在國外，2017年在佛羅里達(dá)礁群島登陸的颶風(fēng)“艾爾瑪”，造成佛州700 余萬戶用戶停電，礁島群被嚴(yán)重破壞。由此說明，對(duì)于電網(wǎng)而言，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害具有小概率-高損失的特點(diǎn)。

雖然依照國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)程，我國在設(shè)計(jì)配電線路時(shí)已充分考慮到氣象因素，要求將水平高度10 m 處，10 a 中持續(xù)10 min 內(nèi)的平均風(fēng)速最大值設(shè)為最大設(shè)計(jì)風(fēng)速值［2］，但由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)應(yīng)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害事件的能力較弱［3］，不能完全抵抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或是超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的來襲，極端災(zāi)害依然會(huì)破壞電力設(shè)施，造成停電事故和重大經(jīng)濟(jì)損失等嚴(yán)重后果。因而，為提高配電網(wǎng)抵御極端災(zāi)害的能力并降低極端事件帶來的影響與損失，彈性配電網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生，其核心在于當(dāng)發(fā)生極端災(zāi)害事件時(shí)，配電網(wǎng)能夠預(yù)防、抵御極端災(zāi)害并快速恢復(fù)關(guān)鍵負(fù)荷。

本文結(jié)合當(dāng)前氣候變暖導(dǎo)致的極端災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)象，探究極端災(zāi)害下彈性配電網(wǎng)的內(nèi)涵與定義，并聚焦臺(tái)風(fēng)這一極端災(zāi)害，綜述現(xiàn)有的彈性配電網(wǎng)在配電網(wǎng)規(guī)劃、災(zāi)前預(yù)警、災(zāi)后恢復(fù)、彈性評(píng)估與彈性提升等方面的研究成果，并以此為基礎(chǔ)展望未來彈性配電網(wǎng)的發(fā)展方向。

1 臺(tái)風(fēng)災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的影響

在研究臺(tái)風(fēng)災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)的影響時(shí)，主要關(guān)注臺(tái)風(fēng)模型（風(fēng)場模型與邊界層模型）構(gòu)建及其致災(zāi)因子（極值風(fēng)速、風(fēng)暴潮和暴雨等）對(duì)配電網(wǎng)承災(zāi)體（桿塔、導(dǎo)線等）的影響機(jī)理［4］，臺(tái)風(fēng)極端災(zāi)害與配電網(wǎng)承災(zāi)體的關(guān)系可用圖1 表示。極端災(zāi)害尤其是氣象災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)的破壞是隨機(jī)且不可控的，因此發(fā)生故障的位置以及故障程度與設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和連接狀況無明顯耦合關(guān)系，故不能通過電氣機(jī)理分析構(gòu)建模型，需要通過構(gòu)建體現(xiàn)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向等關(guān)鍵信息的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場模型來分析其對(duì)配電網(wǎng)的影響。

圖1 臺(tái)風(fēng)極端災(zāi)害與配電網(wǎng)承災(zāi)體的關(guān)系Fig.1 Relationship between typhoon extreme disaster and disaster-bearing body of distribution network

國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了許多有關(guān)構(gòu)建臺(tái)風(fēng)風(fēng)場模型的研究，如Batts［5-7］、Shapiro、Vickery、Thompson和Cardone 模型等［4］，而目前針對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)的危害研究中常見的臺(tái)風(fēng)模型有2 類：一類是使用極值Ⅰ型概率分布模型預(yù)測臺(tái)風(fēng)風(fēng)速［8-9］，該模型計(jì)算簡潔，但只能體現(xiàn)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速而忽略了風(fēng)向影響［10］；另一類是使用Batts 臺(tái)風(fēng)模型模擬臺(tái)風(fēng)風(fēng)速［5-6，11］，該模型同時(shí)考慮了臺(tái)風(fēng)的風(fēng)速與風(fēng)向，但部分參數(shù)依賴于歷史數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，精度較差，不同地區(qū)的參數(shù)可能出現(xiàn)較大區(qū)別。

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害常伴隨著大暴雨，甚至是山洪、滑坡、泥石流等衍生災(zāi)害［12］。因而在分析臺(tái)風(fēng)災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的影響時(shí)，一般主要同時(shí)考慮強(qiáng)風(fēng)和暴雨的危害，下面具體闡述兩者對(duì)電網(wǎng)的危害。

強(qiáng)風(fēng)對(duì)配電網(wǎng)的影響主要包括以下方面［13-16］。

1）桿塔折斷線路斷線。當(dāng)桿塔及線路遭受超過其最大設(shè)計(jì)風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)時(shí)，會(huì)有倒桿、鐵塔折斷以及導(dǎo)線斷線的風(fēng)險(xiǎn)。

2）導(dǎo)線因風(fēng)偏放電。當(dāng)受到垂直風(fēng)壓作用時(shí)，檔距或是弧垂較大的導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生一定距離的風(fēng)偏，導(dǎo)致其與距離較近的物體因電氣距離不足而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

3）強(qiáng)風(fēng)間接導(dǎo)致導(dǎo)線短路或倒桿。例如電力線路附近的樹木或是路燈等物體因強(qiáng)風(fēng)而傾倒，導(dǎo)致線路或桿塔被壓垮。

4）強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致通信光纖斷線或是通信基站受損，使得電網(wǎng)態(tài)勢感知能力下降，影響配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行。

暴雨對(duì)配電網(wǎng)的影響主要包括以下方面［14-15］。

1）侵害變電站電氣設(shè)備絕緣，防雨密封水平較差的電氣設(shè)備有滲漏雨的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而可能導(dǎo)致短路、接地等故障。

2）侵害桿塔基礎(chǔ)導(dǎo)致倒桿，暴雨沖刷桿塔，長時(shí)間暴雨甚至?xí)斐傻孛娣e水嚴(yán)重，尤其是低洼地區(qū)，從而影響桿塔基礎(chǔ)導(dǎo)致其傾倒［13］。

為定量體現(xiàn)極端災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)的影響，學(xué)者分析研究了臺(tái)風(fēng)災(zāi)害自身特性及其對(duì)配電網(wǎng)承災(zāi)體的影響機(jī)理。文獻(xiàn)［17］采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)電網(wǎng)線路受臺(tái)風(fēng)影響的如臺(tái)風(fēng)登陸等級(jí)、風(fēng)向夾角等17個(gè)影響因子進(jìn)行災(zāi)損關(guān)聯(lián)度分析，以此得到臺(tái)風(fēng)破壞電網(wǎng)的關(guān)鍵參考因素。文獻(xiàn)［18］構(gòu)建了基于臺(tái)風(fēng)歷史數(shù)據(jù)與臺(tái)風(fēng)對(duì)配電網(wǎng)影響機(jī)理的數(shù)據(jù)-機(jī)理聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的配電網(wǎng)故障率模型，其中數(shù)據(jù)模型可得到臺(tái)風(fēng)持續(xù)時(shí)間，機(jī)理模型綜合考慮臺(tái)風(fēng)風(fēng)速對(duì)斷線、倒桿的影響以及暴雨對(duì)絕緣子、變壓器的影響。文獻(xiàn)［19］中通過構(gòu)建臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈模型，以臺(tái)風(fēng)風(fēng)速與臺(tái)風(fēng)路徑關(guān)聯(lián)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害與電網(wǎng)設(shè)備，并以導(dǎo)線、桿塔與懸垂絕緣子串的最大可承受風(fēng)速模型作為參考，分析電力設(shè)備綜合故障率并識(shí)別電力系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步地，針對(duì)不同配電網(wǎng)區(qū)域的微地形特征差異，一些學(xué)者改進(jìn)基礎(chǔ)臺(tái)風(fēng)風(fēng)場模型，使得模型更貼合實(shí)際配電網(wǎng)情況。文獻(xiàn)［20］基于配電網(wǎng)的歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)，采用指數(shù)型曲線擬合桿塔故障率與臺(tái)風(fēng)風(fēng)速，并構(gòu)建了綜合考慮臺(tái)風(fēng)風(fēng)速風(fēng)向與配電網(wǎng)微地形的風(fēng)場模型，在此基礎(chǔ)上與架空配電線路地理位置進(jìn)行匹配后得到臺(tái)風(fēng)下配電線路的災(zāi)損情況。文獻(xiàn)［21］考慮線路及桿塔所處地形（山坡、盆地等）對(duì)風(fēng)速的影響，引入修正系數(shù)對(duì)臺(tái)風(fēng)模型進(jìn)行修正。此外，目前電網(wǎng)運(yùn)行信息仍未與電力設(shè)備所處的微地形、微氣象信息融合，因而在調(diào)配電網(wǎng)運(yùn)行信息、恢復(fù)資源（搶險(xiǎn)隊(duì)伍、物資等）時(shí)需要綜合考慮受災(zāi)區(qū)域的氣象、地形、地質(zhì)的差異化信息［22］。

由于配電網(wǎng)通常呈現(xiàn)輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步考慮到強(qiáng)風(fēng)及暴雨對(duì)配電網(wǎng)的影響覆蓋范圍較廣、持續(xù)時(shí)間較長，會(huì)使電網(wǎng)故障不能得到及時(shí)有效的控制，導(dǎo)致故障蔓延造成電網(wǎng)設(shè)備連鎖故障，因而需要考慮電網(wǎng)連鎖故障情況［23］。文獻(xiàn)［24］具體分析了臺(tái)風(fēng)下線路的連鎖故障情況，為體現(xiàn)臺(tái)風(fēng)的持續(xù)影響引入天氣指標(biāo)P，表征臺(tái)風(fēng)影響下的同一地區(qū)不同時(shí)段內(nèi)的線路實(shí)時(shí)故障概率，并與負(fù)載率指標(biāo)、耦合指標(biāo)以及潮流波動(dòng)指標(biāo)共同構(gòu)成線路的關(guān)聯(lián)性指標(biāo)，采用加權(quán)模糊C 均值聚類算法求解出關(guān)聯(lián)性指標(biāo)最大時(shí)對(duì)應(yīng)的下級(jí)開斷線路。

在臺(tái)風(fēng)對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備影響機(jī)理的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合配電網(wǎng)的地理信息，可以構(gòu)建配電網(wǎng)設(shè)備故障概率模型，有助于進(jìn)一步開展災(zāi)前評(píng)估與預(yù)警工作。

2 彈性配電網(wǎng)及其特征

2.1 配電網(wǎng)現(xiàn)狀

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分和直接面向用戶的關(guān)鍵一環(huán)，為滿足用戶日益增長的高供電可靠性和高電能質(zhì)量的需求，要求配電網(wǎng)在各類突發(fā)事件中能保證可靠供電與靈活調(diào)度。一方面，相較于輸電網(wǎng)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)及其調(diào)度對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)能力較弱［3，25］，體現(xiàn)在：①配電網(wǎng)終端設(shè)備覆蓋率不足，且采用光纖或無線數(shù)據(jù)傳輸，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害可能導(dǎo)致電網(wǎng)信息系統(tǒng)失效，無法支撐災(zāi)害中的調(diào)度運(yùn)行監(jiān)視控制；②由于臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響范圍較大，會(huì)引起配電網(wǎng)多設(shè)備故障甚至連鎖故障，而配電網(wǎng)冗余性較低，較難滿足N-k檢驗(yàn)；③部分區(qū)域網(wǎng)架相對(duì)薄弱，源、荷分布不均，存在設(shè)備重過載現(xiàn)象，制約臺(tái)風(fēng)等極端災(zāi)害影響下的配電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力；④考慮到臺(tái)風(fēng)對(duì)分布式電源設(shè)備的不良影響，現(xiàn)有利用風(fēng)電、光伏等分布式電源實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的故障恢復(fù)手段不完全適用于極端災(zāi)害。另一方面，為響應(yīng)建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，電力系統(tǒng)需要消納大規(guī)模可再生能源，而配電網(wǎng)中高比例分布式可再生能源及儲(chǔ)能設(shè)施的接入在一定程度上影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［26］，在配電網(wǎng)常態(tài)運(yùn)行下，需要考慮分布式電源和儲(chǔ)能裝置的經(jīng)濟(jì)性和可靠性；而在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下，需要發(fā)揮其在災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)中的作用以提升配電網(wǎng)彈性。

2.2 彈性配電網(wǎng)概念

在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，目前對(duì)電網(wǎng)彈性沒有統(tǒng)一明確的定義，學(xué)術(shù)界、各國政府、電力企業(yè)等都提出了各自對(duì)能源和電網(wǎng)“彈性”的定義［27-30］，雖然在概念上有不同的表述，但其表達(dá)內(nèi)涵基本一致，即具有“resilience”的電網(wǎng)是指具有預(yù)防、抵御小概率-高損失極端事件（如自然災(zāi)害、人為襲擊事件等）的能力并能夠?qū)崿F(xiàn)災(zāi)后快速恢復(fù)的電網(wǎng)，其涵蓋了電網(wǎng)魯棒性、冗余性、快速性、智能性、靈活性等多個(gè)維度。結(jié)合中文表述習(xí)慣，國內(nèi)部分學(xué)者將“resilience”翻譯為“彈性”［31］或“韌性”［32-33］。從詞義上區(qū)分，“彈性”強(qiáng)調(diào)形變后的恢復(fù)程度，“韌性”強(qiáng)調(diào)事物遭受沖擊時(shí)抵御沖擊的能力，因而有學(xué)者指出翻譯為“彈性”更合適，而“韌性”則更適合描述持續(xù)的隨機(jī)擾動(dòng)事件［34］。筆者認(rèn)同“彈性”這一表述更能全面體現(xiàn)電網(wǎng)在極端災(zāi)害事件中時(shí)從受災(zāi)到恢復(fù)的全過程，因而本文采用“彈性”這一表述方法。

綜合國內(nèi)外學(xué)者對(duì)彈性概念的理解（如附錄A表A1 所示）［31，33，35-38］，為更好地體現(xiàn)配電網(wǎng)在災(zāi)害發(fā)展全過程中的彈性水平，本文將彈性配電網(wǎng)定義為：在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)約束與運(yùn)行約束下，針對(duì)小概率-高損失極端事件，配電網(wǎng)具有實(shí)現(xiàn)精確事故預(yù)警、堅(jiān)韌抵御吸收、快速恢復(fù)關(guān)鍵負(fù)荷的能力。

2.3 彈性配電網(wǎng)特點(diǎn)

彈性配電網(wǎng)具有智能性、魯棒性、冗余性、靈活性、快速性這5 個(gè)主要特點(diǎn)，分別在極端事件發(fā)展的不同階段得以體現(xiàn)，圖2表征了配電網(wǎng)系統(tǒng)在極端災(zāi)害下的實(shí)時(shí)彈性水平。圖中，F(xiàn)s(t)為單一災(zāi)害下的系統(tǒng)實(shí)時(shí)彈性水平；F0(t)為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的彈性水平。國內(nèi)外的部分學(xué)者常用系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)曲線來表征單一災(zāi)害下的彈性水平［37-40］，其中根據(jù)不同的研究側(cè)重點(diǎn)，系統(tǒng)性能可用維持供電的負(fù)荷容量、系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施水平等進(jìn)行描述。

圖2 臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下配電網(wǎng)系統(tǒng)彈性曲線Fig.2 Resilience curve of distribution network system under typhoon disaster

將配電網(wǎng)對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)響應(yīng)功能曲線按照災(zāi)害的進(jìn)程進(jìn)行時(shí)間尺度上的劃分，總體可分為四部分［23，29］。

1）災(zāi)前預(yù)警階段（［t0，t1））。該階段主要體現(xiàn)配電網(wǎng)的智能性，電網(wǎng)需要根據(jù)氣象臺(tái)預(yù)報(bào)信息計(jì)算臺(tái)風(fēng)的行進(jìn)路徑及影響范圍，進(jìn)行臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的預(yù)測模型構(gòu)建及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并結(jié)合地區(qū)配電網(wǎng)設(shè)備歷史、環(huán)境、當(dāng)前狀態(tài)信息，制定應(yīng)急響應(yīng)措施，以保證區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)損失及失負(fù)荷量最小。

2）抵御與吸收階段（［t1，t2））。該階段主要體現(xiàn)配電網(wǎng)的魯棒性，即在極端事件下配電網(wǎng)系統(tǒng)的生存能力。在該階段需要充分利用分布式能源（分布式電源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷等）保證災(zāi)中重要負(fù)荷的供電并降低負(fù)荷損失。

3）適應(yīng)階段（［t2，t3））。該階段電網(wǎng)適應(yīng)并響應(yīng)災(zāi)害，體現(xiàn)了配電網(wǎng)的冗余性。在該階段需要通過獲取配電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷損失情況和當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)信息，制定災(zāi)后配電網(wǎng)恢復(fù)響應(yīng)措施，如重要負(fù)荷搶修方法、負(fù)荷恢復(fù)和網(wǎng)架重構(gòu)策略、維修人員安排計(jì)劃等。

4）災(zāi)后恢復(fù)階段（［t3，t5］）。該階段主要體現(xiàn)配電網(wǎng)的快速性與靈活性，即系統(tǒng)利用靈活性資源快速恢復(fù)關(guān)鍵功能、減小停電損失的能力?？紤]到靈活性資源的響應(yīng)速度，該階段具體可細(xì)分為應(yīng)急恢復(fù)階段（［t3，t4））以及基礎(chǔ)設(shè)施平緩恢復(fù)階段（［t4，t5］）2 個(gè)小階段，如圖2中的點(diǎn)劃線所示。在應(yīng)急恢復(fù)階段，需要喚醒區(qū)域內(nèi)靈活負(fù)荷資源及應(yīng)急資源，搶先恢復(fù)重要線路及負(fù)荷；在平緩恢復(fù)階段，可通過需求側(cè)管理、合理安排維修人員等措施恢復(fù)正常供電。

單次極端事件對(duì)配電網(wǎng)的影響可通過圖2 所示的實(shí)時(shí)彈性曲線較為直觀簡單地展現(xiàn)，然而，由于不同地區(qū)受到極端災(zāi)害，尤其是極端天氣影響的強(qiáng)度和頻率有較大的區(qū)別，因此對(duì)于不同區(qū)域的配電網(wǎng)還需進(jìn)一步考慮極端災(zāi)害下的整體彈性。

3 彈性配電網(wǎng)研究內(nèi)容

分布式可再生能源的滲透、信息通信技術(shù)的發(fā)展、電力電子技術(shù)的應(yīng)用以及需求響應(yīng)的優(yōu)化［35］等因素的影響推動(dòng)了配電網(wǎng)向主動(dòng)配電網(wǎng)新形態(tài)過渡，同時(shí)也使得配電網(wǎng)彈性研究取得了新的進(jìn)展。

3.1 彈性配電網(wǎng)規(guī)劃

能源轉(zhuǎn)型背景下，要求配電網(wǎng)提高消納可再生能源的能力，加速能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整優(yōu)化；充分利用海量分布式能源提高配電網(wǎng)的靈活性和彈性，在規(guī)劃設(shè)計(jì)層面充分挖掘系統(tǒng)彈性的提升潛力。在進(jìn)行彈性配電網(wǎng)規(guī)劃前，首先要進(jìn)行資源整合以及模型構(gòu)建：

1）基于現(xiàn)有的主動(dòng)配電網(wǎng)［37］的配置，將海量分布式電源、儲(chǔ)能、需求響應(yīng)等資源進(jìn)行整合并依照響應(yīng)時(shí)長進(jìn)行分類［41］，構(gòu)建區(qū)域配電網(wǎng)災(zāi)害應(yīng)急資源儲(chǔ)備庫；

2）利用互聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)，通過對(duì)線路以及自動(dòng)化終端設(shè)備的智能感知和管控，并格式化整理配電網(wǎng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建精細(xì)化配電網(wǎng)仿真和調(diào)度模型。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃，依據(jù)配電網(wǎng)資源類型進(jìn)行分類，可將臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下彈性配電網(wǎng)規(guī)劃分為基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與靈活性資源規(guī)劃2 類?；A(chǔ)設(shè)施規(guī)劃方面：文獻(xiàn)［42］研究了基于荷載可靠性的配電系統(tǒng)電桿選型與檔距選擇規(guī)劃，為充分考慮臺(tái)風(fēng)造成的配電網(wǎng)倒桿、斷線等故障，在進(jìn)行配電線路荷載可靠性計(jì)算時(shí)引入了臺(tái)風(fēng)頻率、最大風(fēng)速等變量；文獻(xiàn)［43］通過構(gòu)建兩階段混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，將總成本最小與臺(tái)風(fēng)災(zāi)害期間配電系統(tǒng)韌性指標(biāo)最小作為兩階段的優(yōu)化目標(biāo)，以自動(dòng)開關(guān)配置方案與配電網(wǎng)供電狀況作為決策變量，針對(duì)配電網(wǎng)的自動(dòng)開關(guān)進(jìn)行配置規(guī)劃以提升配電網(wǎng)在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下的彈性。靈活性資源規(guī)劃方面：文獻(xiàn)［44］通過構(gòu)建臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下配電網(wǎng)多區(qū)域線路故障的不確定集，量化配電網(wǎng)在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下的損失，并在此基礎(chǔ)上建立計(jì)及儲(chǔ)能的應(yīng)急響應(yīng)規(guī)劃模型；文獻(xiàn)［18］研究了移動(dòng)儲(chǔ)能在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下減小停電損失、提高彈性以及在配電網(wǎng)常態(tài)運(yùn)行時(shí)削峰填谷提高經(jīng)濟(jì)性的配置策略，以最大限度地減少臺(tái)風(fēng)災(zāi)害中負(fù)荷停電損失為優(yōu)化目標(biāo)，將投入移動(dòng)儲(chǔ)能裝置容量作為決策變量，采用納什談判模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性與恢復(fù)力的博弈。

此外，在電網(wǎng)規(guī)劃階段，考慮到大量分布式能源設(shè)備及儲(chǔ)能裝置的接入增加了電網(wǎng)調(diào)度的復(fù)雜和困難程度，調(diào)度模式需要從少量集中調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ａ糠稚㈨憫?yīng)。為更好地應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害事故，亟需研究智能電網(wǎng)分散調(diào)度和協(xié)調(diào)控制技術(shù)以及災(zāi)害防御及快速恢復(fù)輔助決策系統(tǒng)。

電力市場作為優(yōu)化配電網(wǎng)資源配置的手段，在規(guī)劃階段需要制定面向?yàn)?zāi)害應(yīng)急響應(yīng)的市場規(guī)則，明確臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害影響下能參與市場的電源主體、儲(chǔ)能服務(wù)、可控負(fù)荷等資源類型特征，確定現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場規(guī)則。臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下，微電網(wǎng)、虛擬電廠等多類型電源可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)緊急電力支撐，其運(yùn)行模式與市場規(guī)則也需要進(jìn)行區(qū)別研究制定［45-47］。有很多學(xué)者在進(jìn)行災(zāi)害下配電網(wǎng)規(guī)劃研究時(shí)將“源-荷-儲(chǔ)”三側(cè)的靈活性資源作為研究變量，構(gòu)建了貼合能源轉(zhuǎn)型特征的規(guī)劃優(yōu)化模型，但仍有以下不完善之處。

1）相關(guān)文獻(xiàn)中構(gòu)造的模型較少考慮到配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的魯棒性以及信息系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)配電網(wǎng)遭受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害時(shí)，配電網(wǎng)線路和自動(dòng)化終端設(shè)備以及數(shù)據(jù)傳輸通道和數(shù)據(jù)樞紐站的魯棒性會(huì)影響到配電網(wǎng)的彈性水平，特別是對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)［48］形態(tài)下的多元融合電網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為重要支撐手段，電網(wǎng)信息系統(tǒng)的重要程度不言而喻。

2）分布式可再生能源的高滲透使得配電網(wǎng)系統(tǒng)能源供給更為多元化，現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)合理規(guī)劃新能源發(fā)電裝置的投資成本、選址定容，使其滿足配電網(wǎng)的常態(tài)運(yùn)行需求及災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)的研究仍較少。

3.2 災(zāi)前評(píng)估與預(yù)警

在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害預(yù)防階段，根據(jù)氣象臺(tái)預(yù)測的臺(tái)風(fēng)登陸地點(diǎn)及其移動(dòng)路徑，位于臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑上及在其影響范圍內(nèi)的地區(qū)需要結(jié)合當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并完成災(zāi)前預(yù)警工作。研究表明，極端災(zāi)害下的事故預(yù)警是配電網(wǎng)制定應(yīng)急調(diào)度措施與輔助決策的基礎(chǔ)［49］。

要實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害預(yù)警，首先需要獲取臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)信息與預(yù)計(jì)災(zāi)害時(shí)刻下的配電網(wǎng)設(shè)備信息。其中臺(tái)風(fēng)信息包括臺(tái)風(fēng)中心信息（位置、氣壓）、路徑（方向、移動(dòng)速度）、強(qiáng)度（最大風(fēng)力、風(fēng)圈半徑）、雨量（降水、區(qū)域）；配電網(wǎng)設(shè)備信息包括線路（位置、電壓、工作時(shí)間）、桿塔（型號(hào)、位置）、變電站（位置、等級(jí)）、設(shè)計(jì)參數(shù)（最大設(shè)計(jì)速度、安全系數(shù)）等［14］。對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害進(jìn)行合理評(píng)估的關(guān)鍵在于將配電網(wǎng)設(shè)備故障率與臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)信息相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而評(píng)定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

國內(nèi)外部分學(xué)者通過量化臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)因子，并將其與配電網(wǎng)設(shè)備原有故障率相結(jié)合得到時(shí)變的災(zāi)害相關(guān)的設(shè)備故障率。文獻(xiàn)［38］根據(jù)故障停運(yùn)設(shè)備的空間分布特征，將臺(tái)風(fēng)受災(zāi)場景分為集中型、分散型和集中分散型，并對(duì)原有設(shè)備故障率和臺(tái)風(fēng)概率進(jìn)行加權(quán)綜合，生成綜合停運(yùn)率函數(shù)；文獻(xiàn)［50］提出了一種可以實(shí)時(shí)更新的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害預(yù)警方法，通過將預(yù)測的臺(tái)風(fēng)路徑內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，基于有效決策界的思想分析含有線路的網(wǎng)格集合，進(jìn)而確定線路的故障率，得到相應(yīng)的事故預(yù)警等級(jí)；文獻(xiàn)［51］通過綜合考慮臺(tái)風(fēng)影響區(qū)域內(nèi)線路斷線、倒塔、異物掛線和風(fēng)偏閃絡(luò)這4 種故障情況并分別定量計(jì)算其故障率，評(píng)估臺(tái)風(fēng)單一災(zāi)害下輸電線路的故障率，從而生成風(fēng)險(xiǎn)集進(jìn)行臺(tái)風(fēng)災(zāi)害停電預(yù)警；文獻(xiàn)［7］提出了同時(shí)考慮電桿荷載和抗彎強(qiáng)度的電桿故障率修正模型，并結(jié)合臺(tái)風(fēng)風(fēng)速模型，評(píng)估配電網(wǎng)在臺(tái)風(fēng)影響下的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；文獻(xiàn)［40］將電網(wǎng)元件故障率建模為臺(tái)風(fēng)天氣下雷暴次數(shù)和最大風(fēng)速相關(guān)的指數(shù)函數(shù)，從而將臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)因子考慮在設(shè)備故障率內(nèi)；文獻(xiàn)［8］將臺(tái)風(fēng)過境時(shí)10 min風(fēng)速平均值計(jì)算框定的區(qū)域劃分為網(wǎng)格，通過概率干涉計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)配電網(wǎng)的風(fēng)載荷與設(shè)計(jì)承載力，得出配電網(wǎng)各類桿塔在臺(tái)風(fēng)下的斷桿概率，并給出網(wǎng)格區(qū)域的預(yù)警等級(jí)以直觀呈現(xiàn)災(zāi)損情況。除此之外，也有部分學(xué)者應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘的方法尋找氣象信息與配電網(wǎng)設(shè)備故障之間的關(guān)系，如文獻(xiàn)［52］利用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析尋找環(huán)境場景與設(shè)備故障之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將當(dāng)前氣象環(huán)境與場景模式庫進(jìn)行匹配識(shí)別，得到高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備信息并確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

對(duì)于臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下設(shè)備故障率建模，現(xiàn)有的多數(shù)研究考慮與臺(tái)風(fēng)有關(guān)的參數(shù)，如風(fēng)速、雷暴次數(shù)、降雨量，但是在災(zāi)害因子的量化函數(shù)生成上仍依賴專家經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［49］，對(duì)于模型的可靠性、準(zhǔn)確性以及在不同程度臺(tái)風(fēng)影響下的普適性并未進(jìn)行有效證明或?qū)Ρ葍?yōu)化，因此后續(xù)可以在如何提高模型的準(zhǔn)確性及適應(yīng)性方面進(jìn)行進(jìn)一步研究。其次，目前針對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害相關(guān)的數(shù)據(jù)獲取與識(shí)別相關(guān)內(nèi)容的研究較少，如何充分利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取、識(shí)別和分析氣象狀況、線路與電力設(shè)備狀態(tài)以及分布式能源容量等信息可作為災(zāi)前預(yù)警未來的研究方向。

3.3 災(zāi)中抵御與吸收

在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害持續(xù)期間，隨著臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)，配電網(wǎng)會(huì)有新的故障產(chǎn)生，而臺(tái)風(fēng)的巨大破壞力也使得發(fā)生連鎖故障的概率大幅提升，所以配電網(wǎng)故障發(fā)生的時(shí)間及地點(diǎn)難以準(zhǔn)確預(yù)測，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)災(zāi)中配電網(wǎng)拓?fù)渲貥?gòu)及重要負(fù)荷轉(zhuǎn)供變得更為復(fù)雜和困難。

部分學(xué)者通過預(yù)測臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下一階段的線路和桿塔停運(yùn)概率，結(jié)合實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)災(zāi)中的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及重要負(fù)荷轉(zhuǎn)供。文獻(xiàn)［25］基于電網(wǎng)在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出的配電網(wǎng)線路停運(yùn)與桿塔停運(yùn)的經(jīng)驗(yàn)公式，得到實(shí)時(shí)線路受損情況與電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)一步考慮配電終端側(cè)開關(guān)次數(shù)與通信系統(tǒng)斷電可持續(xù)工作時(shí)間等功能的可用性，從而實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害前期、中后期不同階段下的拓?fù)渲貥?gòu)。文獻(xiàn)［53］同時(shí)考慮了臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下風(fēng)災(zāi)對(duì)配電網(wǎng)線路的影響以及強(qiáng)降雨對(duì)變電站和開關(guān)站的影響建立了配電網(wǎng)設(shè)備的停運(yùn)模型，并結(jié)合改進(jìn)的Batts 臺(tái)風(fēng)風(fēng)場模型，采用時(shí)序蒙特卡洛仿真生成臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)場景集，基于仿真場景集制定重要負(fù)荷的最優(yōu)轉(zhuǎn)供策略。文獻(xiàn)［54］利用多周期分解的時(shí)空變化臺(tái)風(fēng)風(fēng)壓下的線路故障率來描述臺(tái)風(fēng)對(duì)線路的動(dòng)態(tài)影響，提出了臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下考慮各時(shí)段配電網(wǎng)運(yùn)行情況的線性化多時(shí)段配電網(wǎng)重構(gòu)模型，該模型將受影響線路的故障率作為權(quán)重，根據(jù)已觸發(fā)線路和下一時(shí)段故障概率高的線路，對(duì)每一時(shí)段（持續(xù)時(shí)間為15 min）進(jìn)行靜態(tài)故障重構(gòu)。在實(shí)際操作中，為保證重要負(fù)荷的災(zāi)中供電，常利用分布式電源（如風(fēng)電、小水電等）和應(yīng)急電源（如移動(dòng)發(fā)電車）作為災(zāi)中緊急支撐電源。文獻(xiàn)［55］考慮臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)電場和小水電出力影響以及區(qū)域負(fù)荷水平，研究臺(tái)風(fēng)環(huán)境下的多電源協(xié)調(diào)調(diào)度策略；文獻(xiàn)［56］重點(diǎn)研究了城市移動(dòng)應(yīng)急電源的調(diào)配方案，構(gòu)建了以總停電經(jīng)濟(jì)損失最小為主目標(biāo)函數(shù)、移動(dòng)應(yīng)急電源富余容量和最小為次目標(biāo)函數(shù)的雙目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化調(diào)度模型；文獻(xiàn)［57］綜合考慮應(yīng)急電源容量及行駛時(shí)間，以重要負(fù)荷的停電損失最低為目標(biāo)函數(shù)，研究了災(zāi)害中應(yīng)急電源的優(yōu)化調(diào)度方案。

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害持續(xù)期間，配電網(wǎng)故障難以準(zhǔn)確預(yù)測，進(jìn)一步考慮到臺(tái)風(fēng)對(duì)配電網(wǎng)智能終端設(shè)備及信息系統(tǒng)的破壞導(dǎo)致配電網(wǎng)實(shí)時(shí)態(tài)勢感知能力下降的現(xiàn)象，因而配電網(wǎng)在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害期間的故障恢復(fù)成為彈性配電網(wǎng)研究的難點(diǎn)之一。

3.4 災(zāi)后重構(gòu)與恢復(fù)

與高概率-低損失干擾事件相比，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的影響范圍更大，地區(qū)配電網(wǎng)抵御及吸收災(zāi)害的時(shí)間更久，電力設(shè)備和通信系統(tǒng)損害程度更嚴(yán)重，這為配電網(wǎng)在災(zāi)害后的網(wǎng)架重構(gòu)和故障恢復(fù)帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在極端災(zāi)害發(fā)生后，大電網(wǎng)搶修工作完成之前，利用本地分布式電源設(shè)計(jì)主動(dòng)配電網(wǎng)負(fù)荷恢復(fù)及孤島動(dòng)態(tài)運(yùn)行方案，對(duì)保障醫(yī)療、交通樞紐、搶修設(shè)施等重要基礎(chǔ)負(fù)荷的持續(xù)供電、提升電網(wǎng)彈性，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前已有部分針對(duì)配電網(wǎng)災(zāi)后復(fù)電模型和求解算法的研究。在模型構(gòu)建層面，主要考慮配電網(wǎng)線路、桿塔和自動(dòng)開關(guān)等基礎(chǔ)設(shè)施的恢復(fù)以及分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等靈活性資源的配置與應(yīng)急調(diào)度。文獻(xiàn)［38］提出了同時(shí)考慮優(yōu)化開關(guān)狀態(tài)的網(wǎng)架重構(gòu)模型和優(yōu)化設(shè)備恢復(fù)順序的災(zāi)后復(fù)電模型。文獻(xiàn)［58］提出了一種基于CPN（Colored Petri Net）的推理專家系統(tǒng)，構(gòu)建了配電網(wǎng)系統(tǒng)的CPN 模型用于確定故障位置和設(shè)備隔離情況，從而得到配電網(wǎng)恢復(fù)方案。文獻(xiàn)［59］構(gòu)建了含分布式電源的配電網(wǎng)搶修與恢復(fù)兩階段雙層優(yōu)化模型，將災(zāi)后恢復(fù)等效為緊急搶修與網(wǎng)架恢復(fù)2 個(gè)階段，充分利用分布式電源、可控負(fù)荷、聯(lián)絡(luò)開關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)確定搶修順序、減少停電損失的目標(biāo)。文獻(xiàn)［60］考慮了需求響應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)故障恢復(fù)的影響，通過將需求響應(yīng)等效量化為成本，引入模型的綜合經(jīng)濟(jì)成本最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)中，利用混沌搜索改進(jìn)粒子群算法求解模型得到最優(yōu)恢復(fù)策略。在求解算法方面，由于配電網(wǎng)的災(zāi)后恢復(fù)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)本質(zhì)是混合整數(shù)非線性優(yōu)化問題［61］，通常采用啟發(fā)式算法和元啟發(fā)式算法對(duì)模型進(jìn)行求解［59-60，62-64］。

上述對(duì)配電網(wǎng)災(zāi)后復(fù)電的研究著重考慮了對(duì)災(zāi)后電力設(shè)施的搶修，未計(jì)及對(duì)配電網(wǎng)中信息通信設(shè)備故障的恢復(fù)。在實(shí)際的運(yùn)行調(diào)度中，配電網(wǎng)依賴信息通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)線路拓?fù)渑c電力設(shè)備的智能感控。為協(xié)調(diào)恢復(fù)電力故障與信息通信系統(tǒng)故障，文獻(xiàn)［65］對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行電力-通信的網(wǎng)格化劃分實(shí)現(xiàn)兩者的解耦，以搶修時(shí)長最短和停電損失最小為目標(biāo)，構(gòu)建電力-通信協(xié)調(diào)恢復(fù)雙層優(yōu)化模型。

隨著近年來風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等分布式能源相關(guān)研究的迅速開展，配電網(wǎng)由被動(dòng)單向供電轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向多電源供電［66］，同時(shí)大數(shù)據(jù)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提高了分析處理海量量測數(shù)據(jù)和對(duì)電力設(shè)施智能感知與實(shí)時(shí)監(jiān)測的能力［67］，為配電網(wǎng)災(zāi)后重構(gòu)復(fù)電的進(jìn)一步研究提供了更多的可能性和創(chuàng)造性。

1）配電網(wǎng)的電源供應(yīng)呈現(xiàn)多元化和分布式的特點(diǎn)，其運(yùn)行調(diào)度呈現(xiàn)數(shù)字化、可視化、智慧化的特征，因而構(gòu)建配電網(wǎng)的網(wǎng)架重構(gòu)和災(zāi)后復(fù)電模型時(shí)需要融合分布式電源、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能和需求響應(yīng)等能源轉(zhuǎn)型特征與能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下“大云物移智鏈”等新興技術(shù)，綜合考慮“能源流”與“信息流”的災(zāi)后協(xié)調(diào)恢復(fù)策略。

2）當(dāng)前對(duì)配電網(wǎng)災(zāi)后復(fù)電的算例研究仍以簡單小規(guī)模配電網(wǎng)為主，其分布式電源、儲(chǔ)能的數(shù)量遠(yuǎn)低于實(shí)際配電網(wǎng)，同時(shí)由于能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了不同能源類型的互聯(lián)互通，這使得不同系統(tǒng)（如電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)等）間的耦合更為緊密，所以在后續(xù)的研究中需要進(jìn)一步對(duì)復(fù)雜大規(guī)模的配電網(wǎng)及相耦合的交通、天然氣等系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合建模與算法研究。

3.5 彈性配電網(wǎng)彈性評(píng)估

為合理量化彈性配電網(wǎng)抵御災(zāi)害事故的能力，從配電網(wǎng)對(duì)擾動(dòng)事件的吸收、適應(yīng)與恢復(fù)3 個(gè)階段出發(fā)，以配電網(wǎng)供電能力為指標(biāo)，評(píng)估電網(wǎng)的彈性。通常是利用配電網(wǎng)在災(zāi)難前后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，選取曲線中的一些特征值來表征配電網(wǎng)的彈性指標(biāo)。

針對(duì)單一氣象災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)的影響，已有較多國內(nèi)外學(xué)者提出利用定性描述或定量計(jì)算評(píng)估指標(biāo)來衡量電網(wǎng)彈性。文獻(xiàn)［68］分別針對(duì)系統(tǒng)遭到極端災(zāi)害破壞的不同階段，從運(yùn)行調(diào)度和基礎(chǔ)設(shè)施2 個(gè)維度評(píng)估系統(tǒng)彈性。文獻(xiàn)［38］從配電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)災(zāi)害的響應(yīng)曲線出發(fā)，分別定義了災(zāi)害發(fā)生過程的3 個(gè)階段的彈性評(píng)估指標(biāo)，即災(zāi)中抵御階段的吸收率和適應(yīng)率以及災(zāi)后恢復(fù)階段的修復(fù)速率，較全面地體現(xiàn)了彈性的定義核心。文獻(xiàn)［33］中定義了配電網(wǎng)彈性的評(píng)估矩陣，該矩陣從理論層面上包括了技術(shù)、組織、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)4 個(gè)不同的維度；結(jié)合實(shí)際規(guī)劃調(diào)度需求，配電網(wǎng)的彈性指標(biāo)可用系統(tǒng)功能曲線彈性三角形的面積統(tǒng)一衡量或是用概率方式分別衡量配電網(wǎng)的魯棒性和迅速性。文獻(xiàn)［69］從配電網(wǎng)防災(zāi)與減災(zāi)2 個(gè)角度提出了彈性評(píng)估的指標(biāo)體系，主要包括配電網(wǎng)防御時(shí)間指標(biāo)、彈性恢復(fù)系數(shù)指標(biāo)、孤島可持續(xù)時(shí)間覆蓋率指標(biāo)以及重要負(fù)荷平均中斷時(shí)間指標(biāo)，從時(shí)空的物理屬性和負(fù)荷重要性的社會(huì)屬性多層次評(píng)估配電網(wǎng)彈性。文獻(xiàn)［70］對(duì)功能曲線中的彈性三角形做進(jìn)一步改進(jìn)，提出了彈性梯形的概念，將彈性曲線中抵御階段的曲線斜率Φ、適應(yīng)階段的彈性水平Λ及時(shí)長E、恢復(fù)階段的曲線斜率Π作為彈性指標(biāo)，定義了ΦΛEΠ評(píng)估方法，并將梯形面積作為額外度量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估系統(tǒng)在單次災(zāi)害下的彈性水平，即：

式中：γresilience為系統(tǒng)在單一災(zāi)害下的彈性水平。

基于上述單一災(zāi)害下的配電網(wǎng)彈性評(píng)估指標(biāo)的研究，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下的配電網(wǎng)可通過對(duì)災(zāi)前-災(zāi)中-災(zāi)后配電網(wǎng)功能曲線特征值的計(jì)算實(shí)現(xiàn)彈性指標(biāo)的定量評(píng)估。上述有關(guān)彈性評(píng)估的研究側(cè)重于彈性的定性描述以及指標(biāo)式評(píng)估，其在實(shí)際配電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度中的價(jià)值仍待商榷，因而部分學(xué)者構(gòu)建了基于臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)因子和配電網(wǎng)設(shè)備及其參數(shù)的彈性指標(biāo)體系。文獻(xiàn)［71］從風(fēng)險(xiǎn)管理角度出發(fā)針對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性與隨機(jī)性，提出定性與定量相結(jié)合分析的層次分析法：以臺(tái)風(fēng)特征參數(shù)危害性、承載體抗力與應(yīng)急救援及資源保障能力作為層次分析中的一級(jí)指標(biāo)，以臺(tái)風(fēng)影響因素與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施與應(yīng)急設(shè)備作為層次分析中的二級(jí)指標(biāo)，并利用一致性檢驗(yàn)確定二級(jí)指標(biāo)相對(duì)于一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)而提出完整的臺(tái)風(fēng)彈性評(píng)估指標(biāo)體系。文獻(xiàn)［72］基于層次分析方法，構(gòu)建了多層次多維度的城市配電網(wǎng)彈性評(píng)估體系，一級(jí)指標(biāo)按時(shí)間尺度劃分為預(yù)防階段、滲透階段和恢復(fù)階段，二級(jí)指標(biāo)按空間維度劃分為電源防災(zāi)能力、電網(wǎng)防災(zāi)能力、網(wǎng)架恢復(fù)能力等。

在單一災(zāi)害彈性評(píng)估指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)整體彈性水平的評(píng)估，首先要生成極端事件集，文獻(xiàn)研究中常利用蒙特卡洛模擬方法來生成預(yù)想極端事件集［7，73-74］，文獻(xiàn)［75］中將極端事件集合φ（歷史極端事件、預(yù)想極端事件集等）的概念引入彈性計(jì)算公式，通過極端事件集的平均累積量來評(píng)價(jià)系統(tǒng)的彈性水平，結(jié)合圖2，具體公式如（2）所示。

式中：γresilience(s)為系統(tǒng)的整體彈性水平；βsize(φ)為參考事件集的規(guī)模。

加入極端事件集的評(píng)估方法只能體現(xiàn)電網(wǎng)整體平均彈性水平，不能體現(xiàn)某幾類頻發(fā)災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)的影響程度，如東部沿海地區(qū)電網(wǎng)更關(guān)注臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣，而位于地震帶的西南、西北地區(qū)電網(wǎng)會(huì)更關(guān)注地震災(zāi)害的影響，不同地區(qū)配電網(wǎng)可以先按發(fā)生頻率高低對(duì)極端災(zāi)害進(jìn)行排序，然后對(duì)單次極端事件按災(zāi)害發(fā)生頻率和影響程度賦予不同的權(quán)重系數(shù)，得到系統(tǒng)性能損失的加權(quán)累加值，如式（3）所示。

式中：λcount(φ) 為參考事件集的個(gè)數(shù)；wi為事件集φ中單次災(zāi)害的重要程度加權(quán)因子；Fs(t)為事件集φ中單次災(zāi)害的系統(tǒng)實(shí)時(shí)彈性曲線。

現(xiàn)有的針對(duì)彈性評(píng)估指標(biāo)的研究，通常將災(zāi)害中電網(wǎng)仍能維持正常運(yùn)行能力和災(zāi)后快速恢復(fù)供電能力作為主要評(píng)估指標(biāo)，總體圍繞供電能力評(píng)估其彈性。目前對(duì)于配電網(wǎng)災(zāi)害下實(shí)時(shí)彈性評(píng)估的研究較少，無法將彈性指標(biāo)應(yīng)用于配電網(wǎng)災(zāi)害實(shí)時(shí)響應(yīng)措施中，導(dǎo)致當(dāng)前配電網(wǎng)彈性指標(biāo)的時(shí)效性較差。因而需要建立多時(shí)段多維度的彈性指標(biāo)和體系，以滿足長期配電網(wǎng)規(guī)劃與短期災(zāi)害響應(yīng)的需求。

3.6 彈性配電網(wǎng)彈性提升

基于對(duì)配電網(wǎng)在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下的彈性評(píng)估結(jié)果，部分文獻(xiàn)按照時(shí)間順序?qū)椥蕴嵘胧﹦澐譃橐?guī)劃階段提升措施、災(zāi)前預(yù)警階段提升措施、災(zāi)中抵御階段提升措施、災(zāi)后恢復(fù)階段提升措施［64，76］。另外，國內(nèi)外部分學(xué)者按照資源屬性將彈性提升措施劃分為基礎(chǔ)設(shè)施提升與智能／靈活資源提升措施［37，68，77］。其中基礎(chǔ)設(shè)施提升指在規(guī)劃階段或?yàn)?zāi)前預(yù)警階段，預(yù)加固配電網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施（如變電站、桿塔、線路等）［78］，提高配電網(wǎng)抵御災(zāi)害能力；智能／靈活資源提升措施指通過智能調(diào)度配電網(wǎng)分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等靈活性資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的抵御和快速恢復(fù)。彈性配電網(wǎng)彈性提升問題的本質(zhì)是多目標(biāo)優(yōu)化問題，主要考慮的優(yōu)化目標(biāo)有投資-運(yùn)行綜合成本最優(yōu)、災(zāi)害下配電網(wǎng)生存能力最大、災(zāi)后響應(yīng)恢復(fù)速度最快等［79-80］，研究從基礎(chǔ)設(shè)施、分布式能源、通信系統(tǒng)、微電網(wǎng)、市場規(guī)則、需求響應(yīng)等維度提升配電網(wǎng)彈性。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，已有學(xué)者研究依靠不同系統(tǒng)間的聯(lián)合優(yōu)化提升電網(wǎng)的彈性，文獻(xiàn)［81］設(shè)想了以電力系統(tǒng)為核心的11 個(gè)系統(tǒng)（包括電信、運(yùn)輸、建筑、商業(yè)等）的基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)合優(yōu)化模型，并以配電網(wǎng)-通信系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化為例，證實(shí)了耦合多系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化提升配電網(wǎng)彈性的有效性。

上述彈性規(guī)劃、災(zāi)前評(píng)估與預(yù)警、災(zāi)后恢復(fù)與重構(gòu)、彈性評(píng)估、彈性提升這5 個(gè)主要研究內(nèi)容的框架如圖3所示。

圖3 彈性配電網(wǎng)的研究內(nèi)容框架Fig.3 Research framework of resilient distribution network

4 彈性配電網(wǎng)的研究展望

彈性配電網(wǎng)的研究是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，還有大量的基礎(chǔ)性研究工作有待進(jìn)一步開展，在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的影響下，配電網(wǎng)的靈活性資源、信息系統(tǒng)也遭受了不同程度的損害，因而考慮信息系統(tǒng)完整性與考慮靈活性資源的市場因素優(yōu)化調(diào)度理論與方法具有廣闊的發(fā)展前景和研究空間。

1）臺(tái)風(fēng)影響-配電網(wǎng)響應(yīng)聯(lián)合模型研究。

臺(tái)風(fēng)極端災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、風(fēng)級(jí)具有復(fù)雜性與隨機(jī)性，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確預(yù)測配電網(wǎng)故障位置以及故障程度，因而需要選擇合適的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場模型并分析臺(tái)風(fēng)影響因子與配電網(wǎng)電力設(shè)備的關(guān)聯(lián)度，對(duì)臺(tái)風(fēng)影響-配電網(wǎng)響應(yīng)聯(lián)合模型的研究是實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)下配電網(wǎng)災(zāi)前預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)。

2）多維度彈性評(píng)估指標(biāo)體系研究。

結(jié)合臺(tái)風(fēng)致災(zāi)因子對(duì)配電網(wǎng)承災(zāi)體的影響，針對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害發(fā)展過程中對(duì)配電網(wǎng)的不同損害狀況，需要設(shè)計(jì)多維度評(píng)估指標(biāo)，研究分時(shí)段（臺(tái)風(fēng)災(zāi)前-災(zāi)中-災(zāi)后時(shí)段）、分類別（基礎(chǔ)設(shè)施、靈活性資源、電力市場規(guī)則等）、分區(qū)域（配電網(wǎng)受臺(tái)風(fēng)內(nèi)圈、中圈、外圈影響區(qū)域）的多維度配電網(wǎng)彈性電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3）災(zāi)害緊急需求響應(yīng)技術(shù)研究。

高比例分布式能源接入是彈性配電網(wǎng)的重要特征之一，通過研究緊急需求響應(yīng)策略與制定合理補(bǔ)償費(fèi)用充分調(diào)動(dòng)用戶響應(yīng)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害緊急需求，制定臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下的緊急需求響應(yīng)預(yù)案，以保證區(qū)域配電網(wǎng)重要負(fù)荷的供電。

4）災(zāi)害下配電網(wǎng)物理-信息-社會(huì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)恢復(fù)研究。

通過對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境、線路、終端等數(shù)據(jù)的智能感知以及分析仿真，研究在線評(píng)估配電網(wǎng)彈性水平的方法并實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)前-災(zāi)中-災(zāi)后應(yīng)急資源的智能快速調(diào)配。進(jìn)一步地，基于受災(zāi)區(qū)域內(nèi)新型商業(yè)主體和產(chǎn)消者用戶的社會(huì)屬性，以及電網(wǎng)中信息通信系統(tǒng)、物理系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)三者緊密結(jié)合的特征［82］，綜合研究物理-信息-社會(huì)系統(tǒng)在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害下的連鎖故障和聯(lián)合優(yōu)化問題。

5 結(jié)論

為應(yīng)對(duì)小概率-高損失的極端災(zāi)害，彈性配電網(wǎng)的研究與發(fā)展勢在必行。本文以臺(tái)風(fēng)災(zāi)害為例，通過構(gòu)建臺(tái)風(fēng)模型，揭示其致災(zāi)因子對(duì)配電網(wǎng)承災(zāi)體的影響機(jī)理，可得到配電網(wǎng)在臺(tái)風(fēng)影響下的實(shí)時(shí)彈性曲線，從而進(jìn)一步開展配電網(wǎng)規(guī)劃、災(zāi)前預(yù)警、災(zāi)后恢復(fù)、彈性評(píng)估與彈性提升等方面的研究。在能源轉(zhuǎn)型的需求下，利用分布式電源、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷等靈活性資源實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)彈性提升是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

與此同時(shí)，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為彈性配電網(wǎng)的進(jìn)一步研究提供了更多的可能性和創(chuàng)造性，尤其是新興互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度的深度融合以及配電網(wǎng)與多耦合能源系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化將成為彈性配電網(wǎng)的重要發(fā)展方向。

但是，目前對(duì)彈性配電網(wǎng)的研究依然停留在理論階段，無論是災(zāi)害事件模型和配電網(wǎng)物理-信息綜合響應(yīng)模型的構(gòu)建，還是彈性指標(biāo)和體系的建立，仍未形成一套較完整的可應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的方案。如何利用現(xiàn)有的理論研究基礎(chǔ)，構(gòu)建彈性配電網(wǎng)可落地系統(tǒng)將是未來長時(shí)間研究的方向。

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