智能配电网恢复力的评估理论与方法研究

电力系统是关系到国家安全和国民经济命脉的重要基础设施，保障电力安全可靠供应、提升电网恢复力成为国内外广泛关注的课题。本项目在各种极端事件日益威胁电力系统安全运行的背景下，在国内首次提出并开展智能配电网恢复力的研究，从恢复力模型、评估方法、提升策略三个方面，建立全面系统的智能配电网恢复力理论，有效解决了配电网在极端事件下的脆弱性问题，引领了配电网恢复力的研究方向。在恢复力模型研究方面，为解决复杂极端事件的建模难题，建立起可以统一考虑影响范围、危害程度等因素的冲击事件分级模型，从内因和外因两方面研究了智能配电网各类元件的故障机理，建立起考虑智能电网各类元件复杂故障模式的智能配电网恢复力模型。在智能配电网恢复力评估方面，完成极端事件下智能配电网恢复力水平的评估理论框架，从灾前坚强程度、灾中抵抗能力以及灾后恢复能力等不同侧面综合反映配电网恢复力水平，并建立一整套配电网恢复力的评估方法以及评价指标体系，从而实现对智能配电网恢复力的定量评估。在智能配电网恢复力提升策略方面，从硬件强化规划和优化运行策略两个层面提出较为全面的配电网恢复力提升策略。提出配电网关键线路识别与强化方法，在规划阶段提升配网对灾害的抵御能力;提出主动配电网分区重构方法、互联微网资源优化调度方法和电-气系统修复队伍优化调遣方法，通过优化运行保障配网在灾后维持必要的功能，减小停电损失。本项目的研究为智能配电网在极端事件下的恢复力提供了有效的建模方法和量化评估手段，为提升电网恢复力的规划和运行提供了良好的决策依据和切实可行的技术支持，能有效提高我国智能配电网恢复力水平，对确保我国电力安全、保证重要设施在各种威胁下持续可靠供电具有重要战略意义。本项目在国内外核心学术刊物发表论文9篇，国际、国内学术会议论文4篇。所发表论文被SCI检索6篇，EI检索9篇；申请国家发明专利5项，授权软件著作权4项；培养博士研究生4名，硕士研究生7名。以本项目研究成果为基础，项目组获批了1项中国工程院咨询研究项目、2项国家电网公司总部科技项目以及1项南方电网公司科技项目，在国内恢复力研究领域起到了引领作用。

电力系统恢复力指的是系统遭受各种冲击事件后的抵御和恢复能力，是智能电网发展的必然要求。项目首次在我国提出智能配电网恢复力的研究，旨在从恢复力模型、评估方法以及提升策略方面有所突破，建立全面系统的智能配电网恢复力评估的理论与方法。首先，建立考虑元件复杂故障模式的智能配电网恢复力模型，克服现有可靠性评估通常忽略故障相关性的不足。其次，采用子集模拟并考虑故障后系统的恢复过程，提出完善的智能配电网恢复力评估方法，解决小概率-高损失稀有事件捕捉的理论难题。最后，构建基于分割多目标风险分析的多层次恢复力评价指标体系，有针对地提出智能配电网恢复力提升策略。项目所提方法同时考虑系统在冲击事件下的抵御能力和冲击事件后的恢复能力，可以实现对智能配电网恢复力的准确评估。本项目力争在智能配电网恢复力评估基础理论和关键技术上有所突破，切实提升智能配电网恢复力，为配电网规划、运行提供决策依据和理论支持。

在构建防范极端天气、抵御人为外力破坏和防护信息安全的坚强智能电网的战略背景下，实现能连续的在线评估、预防控制和自动隔离及自我恢复的电网自愈控制，是实现坚强智能电网的关键技术。项目组在国家自然科学基金“智能电网的状态感知和脆弱性评估的理论和方法（编号：51137003）”的资助下，开展了深入的研究工作，取得了如下主要成果。 在智能电网故障识别方法方面，以电力系统重要电气设备异常的重要特征为出发点，分别提出了基于电气距离的复杂电网关键节点识别方法、基于动态潮流的电网连锁故障模型及关键线路识别方法和考虑考虑电压等级和运行状态的电网脆弱线路辨识；在智能电网运行状态的自我感知方法研究方面，以WAMS关键技术为基础，提出智能电网态势管理概念、模型、设计、算法以及基于决策树算法的实时安全评估策略，对系统的电压越限、温度越限、电压稳定、暂态稳定进行实时评估，有效提高智能电网状态识别、感知以及可视化的精确度；在建立广域电力系统和综合信息系统的故障感知和健康诊断评价指标体系方面，引入复杂系统理论中同配性的概念，提出了线路同配性指标。以综合信息系统对电力系统安全稳定的影响为对象，提出针对不同脆弱源定义不同的脆弱性指标，建立和完善了智能电网脆弱性评估指标体系及框架。在考虑大电网脆弱性的电网规划方面，提出一种考虑大停电风险的多阶段电网扩展规划方法。定义了一种幂律尾风险指标，评估停电规模尾分布的变化趋势，衡量规划方案的大停电风险。 项目从整体上充分完善了智能电网状态感知和脆弱性评估体系，并在多个方面取得重要突破。项目组在IEEE Transaction等国际期刊和本领域重要的国际会议上发表学术论文43篇，其中SCI收录16篇、EI收录24篇，获发明专利5项。并积极参与相关领域主流国际、会议、邀请国外专家访问的形式，与国外同行进行了深入的学术交流。项目按计划完成了预定的任务。

恢复力（Resilience）是目前国际生态恢复研究的热点，也是矿山土地生态系统的基本属性，其研究价值在于为矿山土地复垦、绿色矿山建设提供新理念和新思路。本项目主要对矿山土地生态系统演变过程及恢复力现象、恢复力概念模型与影响因素、恢复力测度模型、恢复力理论应用基础展开了深入研究。创新点包括：（1）首次构建了矿山土地生态系统恢复力理论框架；（2）发现了恢复力具有物质性、量性和可塑性三大特征；（3）开发了矿山土地生态系统特定恢复力、一般恢复力、关闭矿山社会生态系统恢复力的测度模型；（4）揭示了恢复力调控的基本原理和途径，并将其应用到半干旱矿山生态保护、露天矿山植被恢复、矸石充填复垦质量控制、关闭矿山社会生态系统转型发展中。研究成果深化了对恢复力的理论认识和案例研究、发展了土地复垦与生态恢复的理论基础。 2100433B

恢复力（Resilience）是目前国际生态恢复研究的热点，也是矿山土地生态系统的基本属性，其研究价值在于为矿山土地复垦、绿色矿山建设提供新理念和新思路。主要研究内容包括矿山土地恢复力内涵、特征、影响因素与评价模型；系统多稳态间跃迁阈值表达模型；恢复力建设的关键要素及作用机理、有效性判别准则及效果评价体系等，以揭示矿山土地生态系统扰动与恢复过程及其内在机制，构建矿山土地生态系统恢复力理论框架。创新点有三：（1）首次将恢复力引入到矿山土地系统研究领域，既延伸了恢复力理论研究空间，又开阔了矿山生态修复理论研究视野。（2）为绿色矿山、土地复垦和生态修复引入了新的观念：矿山土地生态系统恢复力属性是客观存在的，矿山土地复垦与生态恢复的本质是恢复力建设，生态恢复力是人工修复和自然恢复的选择依据之一。（3）针对复杂多样的矿山扰动系统，采取分类研究思路，分别用状态-转换法、变量阈值法和替代物法建模。