能源轉型下彈性電力系統的發展與展望

發布時間：2020-08-11所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：電力系統是國家重要基礎設施之一，政治經濟發展與社會穩定仰賴于可靠的電力系統。迄今為止全球多次發生大停電事故。綜合考慮大面積停電所涉及的負荷比例、影響用戶規模、停電持續時間、輿論關注度等因素，全球在1965-2012年間發生了140起影響較大的停

　　摘要：電力系統是國家重要基礎設施之一，政治經濟發展與社會穩定仰賴于可靠的電力系統。迄今為止全球多次發生大停電事故。綜合考慮大面積停電所涉及的負荷比例、影響用戶規模、停電持續時間、輿論關注度等因素，全球在1965-2012年間發生了140起影響較大的停電事故。本文對能源轉型下彈性電力系統的發展與展望進行分析，以供參考。

　　關鍵詞：能源轉型;彈性電力;展望

　　引言

　　作為電力系統運行的重要環節之一，電力用戶在電網遭受攻擊、性能下降時，不應僅僅被動承受損失。在未來開放電力市場中，電力零售商/售電商完全可以通過調整實時電價對災時災后電力負荷實現需求側調控，通過削減柔性負荷，與狹義電儲能等設備一起形成一種廣義儲能設施，為重要用戶供電、電網搶修贏取時間，以市場化手段降低電網容災和恢復成本。

　　1彈性概念

　　彈性概念由生態學家C.S.Holling于1973年首先提出，他認為彈性是指生態系統遭部分破壞后，依舊維持其狀態的能力。Bruneau認為彈性是社會組織或機構抵御災害發生，控制災害蔓延，恢復社會秩序的能力。2009年美國國土安全部指出，彈性是系統對于潛在破壞性事件具有預防、承受抵御和恢復的能力。目前，針對電力彈性研究最多的是負荷彈性。根據影響負荷變化的不同客觀不確定因素，負荷彈性可以分為多種類型，目前國內外研究范圍最廣的是價格彈性。負荷的價格彈性主要是指負荷隨價格的變化而變化的程度，即負荷與電價間的彈性關系。負荷時間彈性的概念也很重要，是指負荷與時間存在的彈性關系，但并不是指負荷隨時間的變化特點，而是強調負荷隨時間的可轉移性，即負荷從一個時間段轉移到另一個時間段的可能性。

　　2彈性電力系統的研究內容

　　彈性電力系統建模。彈性電力系統的模型包括3類：極端事件的物理模型、極端事件對電力系統影響機理模型、電力系統的響應模型。極端事件的物理模型刻畫了各種極端事件本身的物理特性和概率特性，例如分別采用了不同的概率分布來刻畫颶風的發生頻次、風速、移動速度和持續時間;極端事件對電力系統的影響機理模型多采用簡化的脆弱性曲線刻畫，用以描述電力系統元件故障率(線路、桿塔、絕緣子、變電站等)隨極端事件參數變化的情況;而電力系統的響應模型則可用于分析極端事件擾動下的電力系統狀態，例如小切負荷模型、復雜網絡模型等。

　　3彈性電力系統的關鍵技術

　　3.1配電網應急響應和快速恢復技術

　　配電網是彈性電力系統研究的重要主體，具有更直接的效益，對彈性提升起到至關重要的作用。近幾年有很多文獻研究如何利用分布式電源和微電網進行配電網的應急響應和負荷恢復。其核心是通過改變配電網的拓撲結構，并協調其中的分布式電源和微電網，實現孤島狀態下配電網的靈活運行和可靠供電。根據研究的側重點和考慮的因素。

　　3.2“大云物移智鏈”等新興技術融合

　　“大云物移智鏈”(大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈)等現代信息技術、先進通信技術在應對極端事件、提升彈性方面具有強大潛力。例如人工智能技術構建的地震模擬、評估和響應系統能減少基礎設施因地震造成的損失;利用大數據技術實現災害實時數據的廣泛收集，提高海量數據的融合處理能力，為應急人員提供實時動態策略，從而構建彈性城市。然而，這些技術尚未被有效應用在彈性電力系統提升中。

　　4電力系統彈性策略

　　4.1極端事件發生前的預防性策略

　　在制定預防戰略時，系統工作人員主要關注極端天氣事件對系統的影響。該統計模型以數據為基礎，基于極端天氣預報的隨機性，目前經常被視為研究方法。該方法利用現有相關數據，通過智能算法和啟發式算法，實現系統故障與極端天氣事件之間的功能關系。通過系統樹優化、優化應急電源配置、電路維護策略等，提高系統抵御潛在極端天氣事件的能力。上述研究采用桿優化模型和基于場景的多層優化模型，對極端天氣事件中的隨機性進行了研究。研究在系統故障后配置最佳電源容量時遇到的問題，同時考慮到最小的負載。為了評估電力系統在極端電壓降后的恢復能力，將恢復能力概念納入了電力系統。對極端波動的城市彈性配電系統的評價。

　　4.2極端事件發生后的恢復性策略

　　系統出現故障后，必須快速恢復系統運行。此過程包括電源恢復、機架恢復和負載恢復。這是一個具有多個時段、多個目標和多個狀態的優化問題。基于grms(genericorationmilestones)算法創建了一個恢復策略，該策略可以在系統部分故障或完全故障后執行。在配電系統中，優化系統維護技術人員的調配是實現快速電源恢復的一個重要問題。使用混合優化模型來解決維修人員調配優化中的問題，可以在系統的問題區域快速恢復電源。

　　5能源發展趨勢

　　近10年來，全球能源發展的主要趨勢沒有改變。①對于未來能源需求增長，世界上很多知名研究機構都進行過預測：可再生能源和天然氣將成為滿足未來全球能源需求增長的主要來源，“低碳化”和“多元化”是未來能源發展的重要趨勢與特征。隨著太陽能、風能、地熱能、海洋能及儲能等新能源快速發展，能源正從過去以煤炭、油氣、電力集中式資源供給，向集中式與“分散式”并重發展。②隨著各種信息化技術在能源領域中的應用，特別是“數字化”技術逐步打破了不同能源品種間的壁壘，也成為未來的一大發展趨勢。在能源界，“沒有哪個國家能夠在能源問題上獨善其身”“技術沒有國界”已經成為大家的共識。③全球能源互聯網概念的提出與全球能源互聯網發展合作組織的成立是能源“國際化”的一個重要標志。美國著名學者杰里米·里夫金在其著作《第三次工業革命》中，首先提出了能源互聯網的愿景，引發了國內外的廣泛關注。2015年9月26日，國家主席習近平在聯合國發展峰會上發表重要講話，倡議探討構建全球能源互聯網，推動以清潔和綠色的方式滿足全球電力需求，這是對傳統能源發展觀的歷史超越和重大創新。能源科技國際合作越來越廣泛，強度越來越大，投資100億美元的國際熱核聚變實驗堆合作項目(ITER)，就是一個典型案例。低碳化、多元化、分散化、數字化和全球化將是未來能源發展的主要方向。

　　6彈性電力系統未來研究展望

　　1)在電力一次系統層面：①考慮能源轉型特征和極端事件影響機理，對電力系統進行大風險評估和薄弱環節識別;②提出更全面的彈性配電網建模、優化及仿真分析方法;③建立綜合能源系統的彈性理論體系;④挖掘電力市場對彈性提升的潛力，構建彈性參與的市場機制。2)在網絡安全與電力二次系統層面：①研究電力信息物理融合系統的彈性建模、評估和提升方法，以抵御網絡攻擊;②推進“大云物移智鏈”新興技術在彈性電力系統中的應用;③設計面向能源轉型下靈活配電網的控制保護裝置。

　　結束語

　　隨著減排和環境保護形勢的日益嚴峻，在新能源和智能化等技術進步和成本快速下降的推動下，全球能源沿著多元化、低碳化、分散化、數字化和全球化的方向加速轉型，正在進入一個能源轉型發展的時代。發展彈性電力系統既是應對各類故障事件的內在要求，又是能源轉型與智能電網技術所帶來不確定性、開放性、復雜性的外在驅動。準確把握能源技術發展趨勢，對于指導科技創新的方向，以及國家制定能源政策和企業戰略轉型都具有重要意義。——論文作者：桑捷

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