城市综合能源系统韧性评估与提升

报告人：姜涛单位：东北电力大学时间：2025年7月5日 研究背景 汇报提纲 极端自然灾害模型构建 综合能源系统韧性评估 综合能源系统韧性提升 韧性全过程评估系统开发 六展望 电-气-热多能耦合的综合能源系统是未来城市供能系统典型形态，可有效提升能源利用效率，促进新能源消纳和能源可持续发展 城市综合能源系统运行日趋复杂，供能安全和供能可靠性风险大增。 多类型极端灾害频发，严重威胁城市综合能源系统安全可靠运行。 驱须开展城市综合能源系统韧性评估与提升。 全球频繁遭受罕见极端天气，威胁综合能源系统安全可靠运行的因素剧增 现有单一能源系统极端灾害评估与防御技术体系难以适用异质能源耦合的综合能源系统 综合能源系统韧性评估与提升关键在于构建体现城市能源系统多能流异质特性的韧性评估指标体系，设计多能互济的韧性全过程提升策略和辅助决策系统 汇报提纲 极端自然灾害模型构建 综合能源系统韧性评估 综合能源系统韧性提升 韧性全过程评估系统开发 六展望 【极端自然灾害模型构建】冰灾 计及冰灾时空特性，构建冰灾气象模型，分析冰灾对绝缘子、杆塔和线路故障率影响。 【极端自然灾害模型构建】台风 考虑台风时空特性，构建台风气象模型，分折台风对杆塔和线路故障率影响 【极端自然灾害模型构建】地震 考虑地震主余震特性，构建地震灾害模型，分析地震对线路和管道故障率影响。 研究背景极端自然灾害模型构建综合能源系统韧性评估四综合能源系统韧性提升五韧性全过程评估系统开发六展望 汇报提纲 综合能源系统韧性评估 综合能源系统韧性评估灾前评估辨识薄弱环节、计算抵御灾害能力 进行N-K分析，从鲁棒性和穴余性方面构造灾前韧性评估指标 韧性评估指标构建 综合能源系统韧性评估灾中评估实时计算韧性水平 基于影响增量法，提出综合能源系统高阶故障状态快速评估方法，实现灾中实时韧性评估与薄弱环节辨识 韧性评估指标构建 实时评估系统整体韧性 通过将元件m散降率设为0，来描述该元件故障前后对系统的影响 ?元件层面韧性指标 综合能源系统韧性评估灾中评估实时计算韧性水平 借助多项式混沌展开提升计算效率，构建基于aPCE的最优切负荷模型，进一步加速韧性评估。 最优标准正交基函数构建 近似系数求解 基于aPCE的最优切负荷模型 →单变量最优正交基函数各阶近似系数 +自电纳B， ★电网负荷水平L， (2,)=re"(,)+2, 通过将代表综合能源系统(IES）拓扑状态和负荷水平的随机输入变量代入aPCE模型，即可输出最优切负荷量 →使用最小二乘法求解1,-('o)"or +燃气管道状态变量Xe1元[(]()+ 韧性指标 +结合影响增量与多项式混沌 +最优标准正交基函数 综合能源系统韧性评估灾中评估实时计算韧性水平 通过E118-G48综合能源系统对所提韧性评估方法进行分析、验证。 算例分析 主震下的韧性指标 +余震下的韧性指标 >所提方法在实现灾中大规模综合能源系统韧性精确评估的同时，有效提升了韧性评估的计算效率。 综合能源系统韧性评估灾后评估反映韧性提升效果 依据负荷曲线变化情况以及系统运行状态，构建韧性评估指标，评估韧性提升措施有效性。 算例分析 冰雪灾害的移动路径 +系统抗灾指标R, =E(r)d/F(0)e +韧性指标 +系统性能损失指标：Rtom='Fe(rkat/f'Fae(r) +系统恢复速率指标：R(r)/[R(t)] >所提方法在有效反映系统负荷恢复效果 研究背景极端自然灾害模型构建综合能源系统韧性评估四综合能源系统韧性提升五韧性全过程评估系统开发六展望 汇报提纲 综合能源系统韧性提升 综合能源系统韧性提升灾前预防控制移动电源预布局 考虑移动电源具有提前部署能力，提出综合能源系统灾前移动电源部署策略 灾前预定位数学模型 移动电源预调度到适当位置，故障后将其快速连接到关键节点。 有效预定位可减少灾害时负荷削减量，增强能源系统面对灾害的抵抗能力，有利于灾后负荷恢复。 目标数：在考虑负荷的优先级和有功功率需求大小前提下，最小化系统的预期电能损失。 综合能源系统韧性提升灾中紧急控制拓扑重构 计及联络线动态交互特性，提出基于自适应ADMM的拓扑重构策略 ●约束条件 综合能源系统韧性提升灾中紧急控制基于联络线拓扑重构 通过E13-G7综合能源系统对所提基于联络线拓扑重构方法的有效性进行验证 +计算效率分析 ?灾害后能流方向1 测试系统 ?网络重构情况 灾害发生时，通过联络开关进行网络重构为停电区域供电。多能系统互补替代可按优先顺序恢复重要负荷。 综合能源系统韧性提升灾中紧急控制基于SOP拓扑重构 考虑SOP具有较强的负荷转移控制能力和网络调节能力，提出基于SOP灾中网络拓扑重构策略。 灾中基于SOP网络重构流程 考虑SOP的灾中网络重构模型 ★目标函数 对SOP失电侧若无电源，则该则需采用V/控制模式进行电压以及频率支撑 SOP装置可以根据控制指令实时响应进而闭锁，从而阻止故障的进一步扩散。 最大化有功负荷恢复量+最小化系统损耗 →电压频率控制模式运行约束条件SOP有功平衡约束：PSOP.+ PSOP + PSOP,2 + PSOP, = 0 ●电网不平衡约束 (m)"sf s(V)2PPojam S Pa, SPajas20≤I, +u,Qo/n≤Qo,SQoumm SOP有功传输约束： 以负荷恢复量最大、系统损耗最小为目标构建包含SOP的优化模型+ 应用SOP装置快速隔离故障、优化资源分布，减少灾中负荷损失 故障侧电压约束： 综合能源系统韧性提升灾中紧急控制基于SOP拓扑重构 通过E33-G14以及E123-G48综合能源系统对所提基于SOP拓扑重构策略的有效性进行验证。 E123-G48系统算例分析 E33-G14系统算例分析 ·电-气综合能源系统拓扑结构 验证了所提方法在大规模系统中应用的可行性和有效性， √韧性提升采用SOP装置为节点提供电压支择 综合能源系统韧性提升灾后快速恢复多能协同 考虑灾后能源耦合特性，提出多能协同的灾后负荷快速恢复策略。 综合能源系统韧性提升灾后快速恢复多能协同 通过E33-G14-H6综合能源系统对所提多能协同负荷恢复方法有效性进行验证。 多能协同负荷恢复策略可按优先顺序恢复更多重要负荷。 综合能源系统韧性提升灭后快速恢复输配协同 考虑输配协同和维修资源分配，在灾后阶段有效抢修故障线路 灾后输配协同策略模型 综合能源系统韧性提升灾后快速恢复输配协同 通过算例分析，对所提输配协同韧性提升策略进行分析、验证 算例分析 城市电网设备和运行类韧性变化情况 Case3：城市电网中的各个配电网分配的维修资源数目相同 Case4：采用考虑输配协同和维修资源分配的韧性提升框架。 全时段抢修优化模型提高了综合能源在设备层面和系统运行层面的抗灾能力。 输配协同策略能根据受灾严重程度更合理分配有限维修资源。 汇报提纲 极端自然灾害模型构建 综合能源系统韧性评估 综合能源系统韧性提升 韧性全过程评估系统开发 六展望 严寒地区高比例新能源电网韧性全过程评估系统 将吉林省电网拓扑结构及电力数据等信息集成到所开发平台，模拟严寒地区高比例新能源电网所受灾害影响情况，评估系统韧性，针对灾害期间各阶段特点采取相应的韧性提升措施 电网韧性全过程评估辅助决策系统 评估 以抗灾能力、负荷损失、负荷恢复、综合评估等指标评估系统韧性 提升 在灾害演变的不同时段采取相应的韧性提升措施，提升系统韧性水平 研究背景 汇报提纲 极端自然灾害模型构建 综合能源系统韧性评估 综合能源系统韧性提升 韧性全过程评估系统开发 六展望 展望 深入研究城市综合能源系统受灾机理，探索人工智能算法应用。 1灾害分析：进一步揭示多类型、复合链生灾害下城市能源系统故障机理。 2韧性评估：针对新能源出力和故障不确定性，开展多重不确定性下城市综合能源系统韧性评估。 3方法应用：借助人工智能相关算法，探索适应灾害时空演变的韧性评估方法和提升措施。 谢谢，请大家批评指正！