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1什么是弹性电网?
近年全球发生的诸多事故凸显了电力系统对难以预测的极端灾害事件的准备不足, 甚至极为脆弱的弱点。例如日本福岛大地震及海啸、美国加州Metcalf变电站恐怖袭击、2008年中国南方冰灾等极端事件的发生, 给电力系统带来了严重破坏, 造成大范围、长时间的停电, 严重影响居民生活以及负荷的供电。在此背景下, 构建有恢复力的弹性电网(resilient power system)之于智能电网的研究和建设逐渐成为各国政府着力发展的国家战略。
恢复力(resilience)的概念最早起源于生态学领域, 之后被广泛用于评价系统承受外部扰动以及扰动后快速恢复的能力。英文Resilience源自拉丁文resilio, 意思是弹性、回弹、恢复, 中文里常被译为“恢复力”。相比传统的运行风险, 恢复力需要面临的是系统规划阶段无法预料的小概率极端事件的能力, 这类事件包括日益频发的各类自然灾害和人为袭击。“弹性”形象的阐明了对电力系统提出的新要求: 即不仅需要增强系统抵御能力, 更强调在面临无法避免的故障时, 系统能有效利用各种资源灵活应对风险, 适应变化的环境, 维持尽可能高的运行功能, 并能迅速、高效恢复系统性能, 如图1所示。这些要求都是传统电力系统规划、运行所不曾涉及的。
图1 恢复力(resilience)图示
2009年, 美国智能电网报告明确指出resilient即具有恢复力是智能电网的特征之一, 但在当时恢复力的研究并未得到重视。弹性电网的提出并不是要取代或者涵盖智能电网, 而是更加关注智能电网对极端事件的应对, 关注其恢复力的特性。
具有恢复力的电网称为“弹性电网”, 其以应对小概率-高风险极端事件为目标, 能及时将事件影响范围最小化, 在灾害破坏无法避免的情况下, 还能灵活适应环境变化并有能力快速恢复电网供电能力。
另一方面, 智能电网的快速发展, 使电力系统具有更高的灵活性、安全性、更高的电能质量、自愈能力, 尤其是分布式电源、微网、主动配电网等技术赋予了电网更多灵活有效的故障应对策略, 使得弹性电网恢复力的主动提升成为可能。“恢复力”是智能电网的重要特征, 因此, 开展弹性电网恢复力的研究也是智能电网发展的必然趋势。
美国国土安全部、英国内阁、联合国减灾办公室等政府与国际机构均提出过恢复力的定义, 且各定义内涵是基本一致的, 结合电力系统特点可知, 恢复力指的是电力系统对于扰动事件的反应能力, 是弹性电网具有的主要特征, 应该具有以下三个方面:
一、当系统遭遇扰动事件前有能力针对其做出相应的准备与预防;
二、当系统遭遇扰动事件过程中系统有能力充分的抵御、吸收、响应以及适应;
三、当系统遭遇扰动事件后有能力快速恢复到事先设定的期望正常状态。
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