冰灾影响下电力系统多阶段韧性提升策略研究

作     者：张涵帅 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李雪

授予年度：2024年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：极端冰灾 韧性 韧性评估 韧性提升 负荷削减 线路停运除冰 

摘      要：近些年来全球气候不断恶化,世界范围内极端冰灾事件频发,严重威胁到电力系统的安全、可靠供电。冰灾具有影响时间长、影响范围广的灾害特征,当极端冰灾发生时,常年暴露在外界环境中的输电线路可能产生覆冰情况,覆冰过厚可能会导致断线或杆塔倒塔等严重故障,从而引起电网大面积供电中断。因此,针对极端冰灾下电力系统的韧性提升至关重要。然而在现有的韧性提升策略方面,各个阶段提升策略之间缺乏协同,且对灾害特性考虑较少。这可能导致系统在遭受到极端灾害侵袭时,无法在韧性评估环节中准确判别系统在特定灾害场景下的薄弱环节,难以制定有针对性的韧性提升策略。为提升极端冰灾影响下电力系统的韧性、增强电力系统抵御极端冰灾的能力,本文围绕极端冰灾影响下电力系统韧性评估及提升策略展开研究,主要研究内容如下: 1)为研究冰灾对输电系统的影响,首先介绍了电力系统模型,包括风力发电模型以及光伏发电模型;然后,构建了冰灾场景模型,在考虑冰灾时空特性的基础上分别构建输电线路的覆冰厚度增长模型和冰灾影响下输电线路的断线故障率模型;进而,基于蒙特卡罗抽样法将线路故障率变化情况转换为线路运行状态变化情况;最后,通过测试算例分析了所模拟冰灾场景对线路故障率的影响以及灾害过程中线路运行状态变化情况。 2)为更好地评估冰灾影响下电力系统韧性、准确判别系统在冰灾影响下的薄弱环节,首先根据冰灾的实际特点以及灾害过程中系统负荷的变化情况构建了冰灾下系统韧性评估曲线;然后,分别构建静态韧性指标和动态韧性指标评估冰灾对电力系统的影响,包括线路受损情况、维修资源充裕度、线路抗冰能力、系统负荷损失情况、系统负荷恢复情况5个方面,并加权得到综合系统韧性评估指标,以此实现对冰灾下电力系统韧性的综合评估;最后,基于所提指标评估不同冰灾场景下电力系统韧性,验证了所提韧性评估方法的有效性。 3)为了有效提升冰灾下电力系统的韧性,提出了一种应对极端冰灾影响的多阶段系统韧性提升策略,以减少冰灾对电力系统的危害。首先,基于冰灾的时空特性及灾害演变过程的实际特征,从系统层面出发对冰灾影响系统的各阶段及重要时间节点进行定义,以划分多阶段系统韧性提升策略的时间尺度;然后,分别通过灾前预测线路覆冰情况、灾中预防阶段调整机组出力、紧急控制阶段筛选除冰线路并主动停运除冰、灾后规划维修顺序等策略,提升冰灾下电力系统韧性、增强电力系统抵御冰灾的能力;最后,通过不同规模的测试算例验证了所提韧性提升策略的有效性,结果表明,所提韧性提升策略能够降低冰灾对系统造成的影响,达到提升冰灾下电力系统韧性的目的。