智能配電網(wǎng)恢復(fù)力的評估理論與方法研究

電力系統(tǒng)是關(guān)系到國家安全和國民經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)設(shè)施，保障電力安全可靠供應(yīng)、提升電網(wǎng)恢復(fù)力成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的課題。本項(xiàng)目在各種極端事件日益威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的背景下，在國內(nèi)首次提出并開展智能配電網(wǎng)恢復(fù)力的研究，從恢復(fù)力模型、評估方法、提升策略三個方面，建立全面系統(tǒng)的智能配電網(wǎng)恢復(fù)力理論，有效解決了配電網(wǎng)在極端事件下的脆弱性問題，引領(lǐng)了配電網(wǎng)恢復(fù)力的研究方向。在恢復(fù)力模型研究方面，為解決復(fù)雜極端事件的建模難題，建立起可以統(tǒng)一考慮影響范圍、危害程度等因素的沖擊事件分級模型，從內(nèi)因和外因兩方面研究了智能配電網(wǎng)各類元件的故障機(jī)理，建立起考慮智能電網(wǎng)各類元件復(fù)雜故障模式的智能配電網(wǎng)恢復(fù)力模型。在智能配電網(wǎng)恢復(fù)力評估方面，完成極端事件下智能配電網(wǎng)恢復(fù)力水平的評估理論框架，從災(zāi)前堅強(qiáng)程度、災(zāi)中抵抗能力以及災(zāi)后恢復(fù)能力等不同側(cè)面綜合反映配電網(wǎng)恢復(fù)力水平，并建立一整套配電網(wǎng)恢復(fù)力的評估方法以及評價指標(biāo)體系，從而實(shí)現(xiàn)對智能配電網(wǎng)恢復(fù)力的定量評估。在智能配電網(wǎng)恢復(fù)力提升策略方面，從硬件強(qiáng)化規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行策略兩個層面提出較為全面的配電網(wǎng)恢復(fù)力提升策略。提出配電網(wǎng)關(guān)鍵線路識別與強(qiáng)化方法，在規(guī)劃階段提升配網(wǎng)對災(zāi)害的抵御能力;提出主動配電網(wǎng)分區(qū)重構(gòu)方法、互聯(lián)微網(wǎng)資源優(yōu)化調(diào)度方法和電-氣系統(tǒng)修復(fù)隊(duì)伍優(yōu)化調(diào)遣方法，通過優(yōu)化運(yùn)行保障配網(wǎng)在災(zāi)后維持必要的功能，減小停電損失。本項(xiàng)目的研究為智能配電網(wǎng)在極端事件下的恢復(fù)力提供了有效的建模方法和量化評估手段，為提升電網(wǎng)恢復(fù)力的規(guī)劃和運(yùn)行提供了良好的決策依據(jù)和切實(shí)可行的技術(shù)支持，能有效提高我國智能配電網(wǎng)恢復(fù)力水平，對確保我國電力安全、保證重要設(shè)施在各種威脅下持續(xù)可靠供電具有重要戰(zhàn)略意義。本項(xiàng)目在國內(nèi)外核心學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文9篇，國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)會議論文4篇。所發(fā)表論文被SCI檢索6篇，EI檢索9篇；申請國家發(fā)明專利5項(xiàng)，授權(quán)軟件著作權(quán)4項(xiàng)；培養(yǎng)博士研究生4名，碩士研究生7名。以本項(xiàng)目研究成果為基礎(chǔ)，項(xiàng)目組獲批了1項(xiàng)中國工程院咨詢研究項(xiàng)目、2項(xiàng)國家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目以及1項(xiàng)南方電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目，在國內(nèi)恢復(fù)力研究領(lǐng)域起到了引領(lǐng)作用。

電力系統(tǒng)恢復(fù)力指的是系統(tǒng)遭受各種沖擊事件后的抵御和恢復(fù)能力，是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然要求。項(xiàng)目首次在我國提出智能配電網(wǎng)恢復(fù)力的研究，旨在從恢復(fù)力模型、評估方法以及提升策略方面有所突破，建立全面系統(tǒng)的智能配電網(wǎng)恢復(fù)力評估的理論與方法。首先，建立考慮元件復(fù)雜故障模式的智能配電網(wǎng)恢復(fù)力模型，克服現(xiàn)有可靠性評估通常忽略故障相關(guān)性的不足。其次，采用子集模擬并考慮故障后系統(tǒng)的恢復(fù)過程，提出完善的智能配電網(wǎng)恢復(fù)力評估方法，解決小概率-高損失稀有事件捕捉的理論難題。最后，構(gòu)建基于分割多目標(biāo)風(fēng)險分析的多層次恢復(fù)力評價指標(biāo)體系，有針對地提出智能配電網(wǎng)恢復(fù)力提升策略。項(xiàng)目所提方法同時考慮系統(tǒng)在沖擊事件下的抵御能力和沖擊事件后的恢復(fù)能力，可以實(shí)現(xiàn)對智能配電網(wǎng)恢復(fù)力的準(zhǔn)確評估。本項(xiàng)目力爭在智能配電網(wǎng)恢復(fù)力評估基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，切實(shí)提升智能配電網(wǎng)恢復(fù)力，為配電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行提供決策依據(jù)和理論支持。

在構(gòu)建防范極端天氣、抵御人為外力破壞和防護(hù)信息安全的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略背景下，實(shí)現(xiàn)能連續(xù)的在線評估、預(yù)防控制和自動隔離及自我恢復(fù)的電網(wǎng)自愈控制，是實(shí)現(xiàn)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目組在國家自然科學(xué)基金“智能電網(wǎng)的狀態(tài)感知和脆弱性評估的理論和方法（編號：51137003）”的資助下，開展了深入的研究工作，取得了如下主要成果。 在智能電網(wǎng)故障識別方法方面，以電力系統(tǒng)重要電氣設(shè)備異常的重要特征為出發(fā)點(diǎn)，分別提出了基于電氣距離的復(fù)雜電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識別方法、基于動態(tài)潮流的電網(wǎng)連鎖故障模型及關(guān)鍵線路識別方法和考慮考慮電壓等級和運(yùn)行狀態(tài)的電網(wǎng)脆弱線路辨識；在智能電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的自我感知方法研究方面，以WAMS關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，提出智能電網(wǎng)態(tài)勢管理概念、模型、設(shè)計、算法以及基于決策樹算法的實(shí)時安全評估策略，對系統(tǒng)的電壓越限、溫度越限、電壓穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行實(shí)時評估，有效提高智能電網(wǎng)狀態(tài)識別、感知以及可視化的精確度；在建立廣域電力系統(tǒng)和綜合信息系統(tǒng)的故障感知和健康診斷評價指標(biāo)體系方面，引入復(fù)雜系統(tǒng)理論中同配性的概念，提出了線路同配性指標(biāo)。以綜合信息系統(tǒng)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響為對象，提出針對不同脆弱源定義不同的脆弱性指標(biāo)，建立和完善了智能電網(wǎng)脆弱性評估指標(biāo)體系及框架。在考慮大電網(wǎng)脆弱性的電網(wǎng)規(guī)劃方面，提出一種考慮大停電風(fēng)險的多階段電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃方法。定義了一種冪律尾風(fēng)險指標(biāo)，評估停電規(guī)模尾分布的變化趨勢，衡量規(guī)劃方案的大停電風(fēng)險。 項(xiàng)目從整體上充分完善了智能電網(wǎng)狀態(tài)感知和脆弱性評估體系，并在多個方面取得重要突破。項(xiàng)目組在IEEE Transaction等國際期刊和本領(lǐng)域重要的國際會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文43篇，其中SCI收錄16篇、EI收錄24篇，獲發(fā)明專利5項(xiàng)。并積極參與相關(guān)領(lǐng)域主流國際、會議、邀請國外專家訪問的形式，與國外同行進(jìn)行了深入的學(xué)術(shù)交流。項(xiàng)目按計劃完成了預(yù)定的任務(wù)。

恢復(fù)力（Resilience）是目前國際生態(tài)恢復(fù)研究的熱點(diǎn)，也是礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的基本屬性，其研究價值在于為礦山土地復(fù)墾、綠色礦山建設(shè)提供新理念和新思路。本項(xiàng)目主要對礦山土地生態(tài)系統(tǒng)演變過程及恢復(fù)力現(xiàn)象、恢復(fù)力概念模型與影響因素、恢復(fù)力測度模型、恢復(fù)力理論應(yīng)用基礎(chǔ)展開了深入研究。創(chuàng)新點(diǎn)包括：（1）首次構(gòu)建了礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力理論框架；（2）發(fā)現(xiàn)了恢復(fù)力具有物質(zhì)性、量性和可塑性三大特征；（3）開發(fā)了礦山土地生態(tài)系統(tǒng)特定恢復(fù)力、一般恢復(fù)力、關(guān)閉礦山社會生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的測度模型；（4）揭示了恢復(fù)力調(diào)控的基本原理和途徑，并將其應(yīng)用到半干旱礦山生態(tài)保護(hù)、露天礦山植被恢復(fù)、矸石充填復(fù)墾質(zhì)量控制、關(guān)閉礦山社會生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展中。研究成果深化了對恢復(fù)力的理論認(rèn)識和案例研究、發(fā)展了土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)的理論基礎(chǔ)。 2100433B

恢復(fù)力（Resilience）是目前國際生態(tài)恢復(fù)研究的熱點(diǎn)，也是礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的基本屬性，其研究價值在于為礦山土地復(fù)墾、綠色礦山建設(shè)提供新理念和新思路。主要研究內(nèi)容包括礦山土地恢復(fù)力內(nèi)涵、特征、影響因素與評價模型；系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)間躍遷閾值表達(dá)模型；恢復(fù)力建設(shè)的關(guān)鍵要素及作用機(jī)理、有效性判別準(zhǔn)則及效果評價體系等，以揭示礦山土地生態(tài)系統(tǒng)擾動與恢復(fù)過程及其內(nèi)在機(jī)制，構(gòu)建礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力理論框架。創(chuàng)新點(diǎn)有三：（1）首次將恢復(fù)力引入到礦山土地系統(tǒng)研究領(lǐng)域，既延伸了恢復(fù)力理論研究空間，又開闊了礦山生態(tài)修復(fù)理論研究視野。（2）為綠色礦山、土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)引入了新的觀念：礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力屬性是客觀存在的，礦山土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)的本質(zhì)是恢復(fù)力建設(shè)，生態(tài)恢復(fù)力是人工修復(fù)和自然恢復(fù)的選擇依據(jù)之一。（3）針對復(fù)雜多樣的礦山擾動系統(tǒng)，采取分類研究思路，分別用狀態(tài)-轉(zhuǎn)換法、變量閾值法和替代物法建模。