馬成廉，孫黎，尚教會(huì)

（1. 東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012；2. 新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)），北京 102206；3. 國網(wǎng)甘肅省電力公司 嘉峪關(guān)供電公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

中國的復(fù)雜氣候環(huán)境和自然災(zāi)害常引發(fā)大面積停電事故。其中，海拔在1 km以上的山地和高原超過全國總面積的2/3，煤電資源94%分布于大別山昆侖山一線以北的地區(qū)，90%的水電資源分布于京廣鐵路以西；SO2和CO2排放量分別居世界第1位和第2位，并且是SO2和NOx排放量增長最快的地區(qū)；中國已成為世界第三大酸雨區(qū)，而且也是世界上輸電線路覆冰雪最嚴(yán)重的國家之一，輸電線路導(dǎo)線覆冰最嚴(yán)重的地區(qū)主要集中在湖南、湖北、貴州、江西、云南、四川、河南及陜西等省。

高海拔、污穢、酸雨（霧）等復(fù)雜氣候環(huán)境及其輸電線路覆冰、雷電等主要自然災(zāi)害是影響電網(wǎng)建設(shè)實(shí)施“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略不可忽視的挑戰(zhàn)性技術(shù)難題[1-3]。

電網(wǎng)規(guī)劃的任務(wù)是根據(jù)規(guī)劃期間的電源和負(fù)荷增長情況，在現(xiàn)有電網(wǎng)的基礎(chǔ)上合理選擇待建線路，在保證安全運(yùn)行要求的前提下優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性，涉及的內(nèi)容包括預(yù)測負(fù)荷、選擇電網(wǎng)電壓、選擇輸電走廊、確定輸電方式和確定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等[4]。電網(wǎng)規(guī)劃長期以來都以線路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性為優(yōu)化目標(biāo)，但是自然災(zāi)害導(dǎo)致的多次電網(wǎng)大停電事故使人們認(rèn)識(shí)到，輸電網(wǎng)規(guī)劃在考慮投資費(fèi)用的同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件選定某些特定嚴(yán)重程度和出現(xiàn)概率的偶發(fā)事件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生這些適度嚴(yán)重且可信的事件時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能滿足規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)。輸電線路設(shè)計(jì)中，考慮了不同電壓等級(jí)和不同地區(qū)的差別設(shè)計(jì)。電壓等級(jí)越高、越重要的線路，可靠性標(biāo)準(zhǔn)要求越高，在同樣嚴(yán)酷環(huán)境中發(fā)生事故的概率越低。但是極端惡劣氣象條件引起的大范圍冰災(zāi)，已經(jīng)超出了現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的承受范圍。同時(shí)，如果考慮線路能夠抵御極端天氣條件，線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)必然需要提高，線路的造價(jià)也將大幅上升，在其他條件相同的情況下，按20 mm覆冰設(shè)計(jì)的線路造價(jià)約是10 mm覆冰的1.8倍，按30 mm覆冰設(shè)計(jì)的線路造價(jià)是10 mm覆冰的2.6倍。

由此可見，抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估與常規(guī)的安全評(píng)估不同，既不能直接套用常規(guī)的電網(wǎng)安全評(píng)估方法，也不適宜單一地以提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為代價(jià)提高電網(wǎng)的安全性。這就迫切需要在常規(guī)方法的基礎(chǔ)上尋求適用于抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估的方法和途徑。所以，對(duì)電網(wǎng)承受特大災(zāi)害的能力和安全運(yùn)行情況進(jìn)行分析，并進(jìn)一步提出適用于抗災(zāi)型電網(wǎng)的安全評(píng)估方法，建立新的安全指標(biāo)體系，可以為抗災(zāi)型電網(wǎng)的規(guī)劃研究提供技術(shù)支持，為合理地評(píng)估電網(wǎng)抵御特大災(zāi)害的能力提供理論依據(jù)，將具有很大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

1 抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估的研究范疇

抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估是考慮電網(wǎng)特大災(zāi)害承受能力的電力系統(tǒng)規(guī)劃工作的一部分，是對(duì)已形成的電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行安全性檢驗(yàn)的重要步驟。

1.1 電網(wǎng)規(guī)劃方面

電網(wǎng)規(guī)劃可分為輸電網(wǎng)規(guī)劃和配電網(wǎng)規(guī)劃兩部分。其中，在考慮電網(wǎng)特大災(zāi)害承受能力的電力系統(tǒng)規(guī)劃中，輸電網(wǎng)的規(guī)劃是重中之重。主要有以下幾方面原因：

1）在電力系統(tǒng)中，輸電網(wǎng)是受自然災(zāi)害影響最大的環(huán)節(jié)。在我國，由于主要的能源基地位于西部，而主要的負(fù)荷中心區(qū)位于東部，輸電網(wǎng)承擔(dān)著大功率遠(yuǎn)距離傳輸能量的重任，一旦發(fā)生嚴(yán)重故障，后果將不堪設(shè)想。

2）輸電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)決定其易受災(zāi)害影響。輸電網(wǎng)的線路檔距較大，截面也較大，且多采用分裂導(dǎo)線，易受風(fēng)的影響。從國內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料來看，在相同的環(huán)境、氣象條件下，分裂導(dǎo)線要比單導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動(dòng)，并且大截面的導(dǎo)線要比常規(guī)截面的導(dǎo)線易產(chǎn)生舞動(dòng)：這就決定了輸電網(wǎng)容易遭受飆風(fēng)及覆冰舞動(dòng)的影響。

3）輸電網(wǎng)所處地理位置的影響。輸電網(wǎng)架設(shè)在地理環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，尤其是位于高海拔地區(qū)的電網(wǎng)，由于風(fēng)速較大，氣候變化劇烈，極易產(chǎn)生雨凇進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)線覆冰。另外，由于部分輸電網(wǎng)位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，覆冰季節(jié)冰雪封山，交通不便，一旦發(fā)生事故搶修困難，往往造成長時(shí)間停電。

所以，對(duì)抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估的研究主要集中于輸電網(wǎng)方面，尤其是易產(chǎn)生較大影響的大電網(wǎng)。

1.2 電網(wǎng)故障機(jī)理方面

現(xiàn)在我國電網(wǎng)已進(jìn)入高電壓、大電網(wǎng)、大機(jī)組的新階段，但是大電網(wǎng)對(duì)可靠性要求更高，若發(fā)生惡性連鎖反應(yīng)，可能造成嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。通過分析近些年冰雪災(zāi)害導(dǎo)致的大規(guī)模電網(wǎng)故障可知，電網(wǎng)相繼發(fā)生輸電線路大范圍跳閘和倒塔事故往往導(dǎo)致大規(guī)模負(fù)荷轉(zhuǎn)移，以致發(fā)生連鎖故障，使災(zāi)害影響范圍迅速擴(kuò)大化。

對(duì)大電網(wǎng)發(fā)生的雪崩式級(jí)聯(lián)故障的研究，人們往往從自然環(huán)境因素、設(shè)備缺陷、人為操作失誤、保護(hù)誤動(dòng)等方面來分析事故發(fā)生的根源，很少從電網(wǎng)自身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)去分析故障傳播的機(jī)理。

近來，人們開始意識(shí)到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)電網(wǎng)的工作效率和魯棒性有著至關(guān)重要的影響。社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)人群中的疾病傳播起著舉足輕重的作用，電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也對(duì)級(jí)聯(lián)故障的發(fā)展過程等有著關(guān)鍵的影響。電網(wǎng)可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的多年積累，為人們精確地分析電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特性，從而建立起拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與可靠性之間的確切關(guān)系提供了可能。

所以，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是否合理、在自然災(zāi)害的影響下是否會(huì)導(dǎo)致故障的擴(kuò)大化是抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估的重點(diǎn)。

2 抗災(zāi)型電網(wǎng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的故障，除了運(yùn)行設(shè)備故障、人為操作失誤外，很大一部分源于自然災(zāi)害。在風(fēng)災(zāi)、地震、冰雪等災(zāi)害下，電力系統(tǒng)的局部甚至大部分區(qū)域中斷供電，而且往往同時(shí)引發(fā)城市供水、交通、通信、醫(yī)療衛(wèi)生、銀行等諸多其他社會(huì)系統(tǒng)的停頓，影響居民基本生活條件的保障，引發(fā)危及社會(huì)安全穩(wěn)定的嚴(yán)重后果。電力系統(tǒng)作為社會(huì)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，在特大災(zāi)害下的安全問題引起了全世界各國電力行業(yè)的高度重視，電力系統(tǒng)災(zāi)變事故的預(yù)防和災(zāi)后快速應(yīng)對(duì)措施研究成為世界各國政府和電力工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。

國內(nèi)外對(duì)抗災(zāi)型電力系統(tǒng)理論的研究主要集中在對(duì)歷次大停電事故總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)方面。國內(nèi)外學(xué)者從各個(gè)層面、角度對(duì)大停電事故原因進(jìn)行了詳盡分析，特別是針對(duì)美加大停電，具體討論電力工業(yè)的組織形式、電力市場的運(yùn)作和監(jiān)管、電力系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)的模擬和實(shí)時(shí)分析工具、配電策略、信息工程、控制方案、研發(fā)和人員培訓(xùn)等對(duì)提高電網(wǎng)抗災(zāi)害能力的重要作用。國外研究者在總結(jié)美國密歇根州由于洪水造成停電事故后恢復(fù)供電的過程和取得的成功經(jīng)驗(yàn)中，得到了如下啟示：在電網(wǎng)從災(zāi)害恢復(fù)供電的過程中，除了電網(wǎng)物理系統(tǒng)和配套設(shè)施外，抗災(zāi)救災(zāi)的組織關(guān)系、規(guī)則、過程和協(xié)議都是至關(guān)重要的[5]。通過研究表明，建設(shè)風(fēng)能、太陽能等分布式能源也有助于提高電力系統(tǒng)的抗災(zāi)能力[6-7]。

國內(nèi)學(xué)者回顧了近年來世界各國電力系統(tǒng)在自然災(zāi)害下的安全運(yùn)行狀況，特別是我國電力系統(tǒng)的主要自然災(zāi)害狀況，重點(diǎn)介紹了電力系統(tǒng)在災(zāi)害性強(qiáng)風(fēng)和地震作用下所受的影響。近年的自然災(zāi)害說明，開展我國電力系統(tǒng)防御重大自然災(zāi)害的研究和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，建立電力系統(tǒng)自然災(zāi)害事故的預(yù)警機(jī)制、應(yīng)急反應(yīng)機(jī)制和災(zāi)后快速恢復(fù)重建機(jī)制，是提高電力系統(tǒng)防災(zāi)能力的關(guān)鍵[8]。

近年來，國內(nèi)把電力大系統(tǒng)災(zāi)變防治和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作為重大課題立項(xiàng)進(jìn)行研究，提出數(shù)字電力系統(tǒng)（DPS）、計(jì)算機(jī)在線穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)等概念和設(shè)想。在國外，提出建立電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)（SPID），其主要目的是要防止各種導(dǎo)致系統(tǒng)大面積停電的災(zāi)難性事故。DPS主要是以系統(tǒng)的全局廣域相量測量和分析為支柱，實(shí)時(shí)地提供系統(tǒng)所需的各種關(guān)鍵信息，快速評(píng)估系統(tǒng)所需的各種關(guān)鍵信息，快速評(píng)估系統(tǒng)的脆弱性，提供實(shí)時(shí)快速的自適應(yīng)自愈、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、自適應(yīng)保護(hù)等為其特點(diǎn)的一個(gè)全局廣域智能控制系統(tǒng)[9-10]。

除了電網(wǎng)的各種監(jiān)控系統(tǒng)研究外，電源和電網(wǎng)規(guī)劃、布局的不合理也會(huì)降低供電可靠性，造成電網(wǎng)安全隱患，當(dāng)重大災(zāi)害發(fā)生時(shí)易引發(fā)大的電網(wǎng)事故。電力系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃對(duì)提高電網(wǎng)的抗災(zāi)害能力，降低災(zāi)害造成的損失，提高災(zāi)后重建速度具有重要的作用。

在電力系統(tǒng)規(guī)劃的研究方面，電力工業(yè)發(fā)展至今，其規(guī)劃方法可以劃分為如下2個(gè)階段：垂直壟斷的統(tǒng)一規(guī)劃階段；基于市場競爭機(jī)制的規(guī)劃階段。在傳統(tǒng)電力工業(yè)時(shí)期，發(fā)、輸、配售合為一體，電力部門具有天然的市場壟斷地位，其規(guī)劃方法、投資決策均為垂直壟斷的統(tǒng)一模式。在市場環(huán)境下電源規(guī)劃的研究中，普遍做法為建立市場模擬模型和電源投資、成本模型，考慮各個(gè)成員在市場中的競爭策略，共同參與到市場中，其目標(biāo)為追求自身生產(chǎn)剩余的最大化。求解得出市場均衡點(diǎn)，此時(shí)各個(gè)成員達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，以此作為發(fā)電公司規(guī)劃決策。

在電源規(guī)劃的研究中，學(xué)者們主要開展了電源規(guī)劃的模型、電源規(guī)劃的雙目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型、考慮能源分區(qū)平衡的電源規(guī)劃模型、三峽工程施工電源規(guī)劃及實(shí)施，以及電力系統(tǒng)調(diào)峰電源規(guī)劃模型探討及其應(yīng)用等等一系列的研究。其中文獻(xiàn)[11]簡要回顧了電力系統(tǒng)規(guī)劃的發(fā)展歷程及綜合資源規(guī)劃的產(chǎn)生背景，總結(jié)了考慮需求側(cè)管理的綜合資源規(guī)劃區(qū)別于傳統(tǒng)規(guī)劃的特點(diǎn)，詳細(xì)分析了有關(guān)需求預(yù)測、需求側(cè)分析、供應(yīng)側(cè)分析和供需方綜合規(guī)劃的研究熱點(diǎn)?；趯?duì)現(xiàn)有的綜合資源規(guī)劃模型與方法的評(píng)價(jià)，提出了關(guān)于今后研究方向的幾點(diǎn)建議。

國內(nèi)外許多文獻(xiàn)對(duì)市場環(huán)境下的電網(wǎng)規(guī)劃面臨的挑戰(zhàn)做了詳細(xì)的分析[12-20]。市場環(huán)境下，由于競爭的出現(xiàn)，電網(wǎng)規(guī)劃面臨著許多不確定性因素，主要挑戰(zhàn)來源于以下幾個(gè)方面的不確定性：

1）廠網(wǎng)分開導(dǎo)致電網(wǎng)公司獲取的電源信息不完整，電源的建設(shè)、運(yùn)行不都在電網(wǎng)公司的統(tǒng)一模式下進(jìn)行，不確定性大大增加。

2）未來電力需求、電力市場交易數(shù)量的復(fù)雜性帶來的不確定性。

3）相應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行的潮流模式的多樣化。

4）政府政策和電力市場規(guī)則的不確定性。

這樣的直接后果是電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的增加，對(duì)電網(wǎng)性能的潛在威脅大大提高。通過對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、評(píng)價(jià)和防范，可降低風(fēng)險(xiǎn)和減少損失。

在電源和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化中，文獻(xiàn)[21]嘗試建立電力工業(yè)持續(xù)發(fā)展的統(tǒng)一規(guī)劃優(yōu)化模型，協(xié)調(diào)考慮國家能源政策、一次能源開采能力與運(yùn)輸限制、環(huán)保問題、合理裝機(jī)容量、電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、系統(tǒng)調(diào)峰問題、電源布局優(yōu)化、電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展以及電力投資決策對(duì)后續(xù)發(fā)展的影響，為尋求科學(xué)的、經(jīng)濟(jì)的、可持續(xù)的電力發(fā)展方案提供決策支持。

在電力系統(tǒng)規(guī)劃的評(píng)估方面，文獻(xiàn)[22]分析了電力市場對(duì)規(guī)劃決策與評(píng)估提出的新要求，提出兼顧計(jì)劃與市場環(huán)境的電力規(guī)劃決策與評(píng)估系統(tǒng)的總體方案和核心思想，設(shè)計(jì)了以日運(yùn)行評(píng)估為基礎(chǔ)的決策方法。

還有的學(xué)者就運(yùn)行方式安排、電源接入系統(tǒng)點(diǎn)等方面的研究，分析總結(jié)了合理分片、分層分區(qū)、分散外接電源的電網(wǎng)規(guī)劃方案對(duì)電網(wǎng)安全的影響。文獻(xiàn)[23]中總結(jié)了一些極易引發(fā)穩(wěn)定破壞、電壓崩潰、電網(wǎng)瓦解等大面積停電事故的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中就包括了：高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，環(huán)形距離過長，環(huán)套環(huán)、多環(huán)互聯(lián)幾種涉及環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，并闡述了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)布局應(yīng)體現(xiàn)的原則是：分層分區(qū)，主次分明。文獻(xiàn)[24]詳細(xì)分析了華東電網(wǎng)220 kV省際聯(lián)絡(luò)線開斷運(yùn)行的必要性和可能性，并通過分析，選擇了最佳方案。文獻(xiàn)[25]分析了華東電網(wǎng)實(shí)施分層分區(qū)應(yīng)具備的基本條件，并通過對(duì)華東電網(wǎng)的潮流分析、穩(wěn)定分析、短路容量分析，討論了華東電網(wǎng)未具備分層分區(qū)條件時(shí)，電磁環(huán)網(wǎng)開斷運(yùn)行將會(huì)出現(xiàn)的問題。

在抗災(zāi)型電力系統(tǒng)的基本特征和特征方面，國內(nèi)外主要了總結(jié)實(shí)際災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，針對(duì)災(zāi)害的成因提出相應(yīng)提高電力系統(tǒng)抗災(zāi)能力的措施。但是，現(xiàn)有的研究成果都沒有從實(shí)際災(zāi)害中抽象提煉出抗災(zāi)型電力系統(tǒng)需要具備的特征，理論高度不夠，適應(yīng)性較差，不能夠全面指導(dǎo)提高電力系統(tǒng)的抗災(zāi)水平。

在評(píng)估電網(wǎng)抗風(fēng)險(xiǎn)的能力的理論和方法的研究上，國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)主要集中在電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和電力市場運(yùn)作過程中存在的金融風(fēng)險(xiǎn)。在電力系統(tǒng)規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，目前也主要集中在降低市場環(huán)境下電力系統(tǒng)規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)，提高市場運(yùn)作的效率。目前的研究尚未涉及對(duì)電網(wǎng)在重大災(zāi)害中抗風(fēng)險(xiǎn)能力的評(píng)估理論與方法的研究，而這恰恰是目前電力生產(chǎn)實(shí)際中亟需解決的難題。

在電網(wǎng)規(guī)劃理論與方法中，目前學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)是市場環(huán)境下電網(wǎng)規(guī)劃的方法。國內(nèi)部分學(xué)者也考慮了通過合理分片、分層分區(qū)、分散外接電源的電網(wǎng)規(guī)劃方案來提高電網(wǎng)的安全性。但是，目前所有的研究成果都沒有提升到設(shè)計(jì)能抗災(zāi)型電網(wǎng)規(guī)劃的高度，從安全電源、新可靠性標(biāo)準(zhǔn)、多通道、不同可靠性要求、以最小成本投入獲取最大安全效益的角度，研究電網(wǎng)規(guī)劃決策。

近年來，國內(nèi)外輸電技術(shù)快速發(fā)展，一方面新的輸電技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如管道輸電、輕型直流、柔性輸電等；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)輸電技術(shù)也在不斷提高，出現(xiàn)了高電壓、多回路、緊湊型等大容量輸電技術(shù)。對(duì)這些輸電技術(shù)的評(píng)估通常只注重其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，包括對(duì)土地資源和環(huán)境資源的影響等，而沒有考慮這些輸電技術(shù)抗擊特大自然災(zāi)害的能力。因此對(duì)這些輸電技術(shù)先進(jìn)性的評(píng)價(jià)是片面的，迫切需要對(duì)傳統(tǒng)的和新興的輸電技術(shù)在考慮其抗突發(fā)災(zāi)害能力的前提下重新評(píng)估其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。在抗災(zāi)型電網(wǎng)的新技術(shù)的研究中，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，材料工藝的升級(jí)，涌現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用于防范電力系統(tǒng)災(zāi)害的新技術(shù)，也需要從經(jīng)濟(jì)性和可靠性方面研究其可行性。

通過文獻(xiàn)綜述可以看到，目前國內(nèi)外尚缺乏對(duì)考慮電網(wǎng)特大災(zāi)害承受能力的電力系統(tǒng)規(guī)劃的理論性、系統(tǒng)性研究，迫切需要開展考慮電網(wǎng)特大災(zāi)害承受能力的電力系統(tǒng)規(guī)劃研究，從理論上回答抗災(zāi)型電力系統(tǒng)的特征是什么，從規(guī)劃方案的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、電源規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃、輸電技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及可靠性評(píng)估等方面開展深入研究，真正形成考慮災(zāi)變情況的電力系統(tǒng)規(guī)劃新理念、新理論和新方法，并在典型案例分析基礎(chǔ)上提出指導(dǎo)我國電力系統(tǒng)規(guī)劃的具體建議。

3 存在的主要問題

3.1 常規(guī)的電力系統(tǒng)規(guī)劃存在的問題

我國現(xiàn)有的電力系統(tǒng)規(guī)劃理論和實(shí)踐技術(shù)并不能對(duì)考慮電網(wǎng)特大災(zāi)害承受能力的電力系統(tǒng)規(guī)劃問題做出科學(xué)合理的理論分析和切實(shí)可行的實(shí)施方案，主要不足在于：

1）未計(jì)及自然災(zāi)害的影響。目前的設(shè)計(jì)基于典型負(fù)荷和常規(guī)天氣條件進(jìn)行，對(duì)特大災(zāi)害條件下的電網(wǎng)承受能力沒有納入考慮，缺乏關(guān)于抗災(zāi)型電力系統(tǒng)規(guī)劃的系統(tǒng)的理論支撐。

2）未考慮小概率事件帶來的嚴(yán)重故障后果。目前電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要采用確定性準(zhǔn)則，沒有考慮出現(xiàn)類似2008年冰災(zāi)這類小概率嚴(yán)重后果事件對(duì)電力系統(tǒng)可靠性、安全性的影響。電網(wǎng)在大災(zāi)難條件下的供電能力的規(guī)劃設(shè)計(jì)是典型的高后果低概率事件為基礎(chǔ)的極端工況設(shè)計(jì)，只能引入風(fēng)險(xiǎn)和概率方法進(jìn)行分析。而目前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析方法在電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用缺乏系統(tǒng)深入的研究。

3）電網(wǎng)規(guī)劃與電源規(guī)劃發(fā)展不協(xié)調(diào)。在網(wǎng)廠分離的情況下，電源規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃的不協(xié)調(diào)問題日趨突出，電源規(guī)劃布局的合理性不強(qiáng)、接入點(diǎn)和容量選擇與電網(wǎng)規(guī)劃脫節(jié)，極大影響了電網(wǎng)安全水平、抗災(zāi)能力和電網(wǎng)資源的投資效益。

4）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。當(dāng)前的電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能與抗御巨災(zāi)的要求相適應(yīng)，需要增加電網(wǎng)抗大災(zāi)難性事故，保障重要關(guān)鍵用戶在極端條件下的安全可靠供電的專題研究。但同時(shí)又必須考慮到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整和提高帶來的巨大投資成本，尋找電網(wǎng)安全和電力廣大用戶缺電承受能力的有機(jī)結(jié)合點(diǎn)，提出差異化的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，這是當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)劃必須解決的難題。

5）對(duì)新的輸電技術(shù)評(píng)估不足。電力設(shè)施對(duì)惡劣環(huán)境耐受能力的提高，是整個(gè)電力系統(tǒng)抗災(zāi)性能提高的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。近年來，國內(nèi)外輸電技術(shù)快速發(fā)展，新的輸電技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)輸電技術(shù)輸電能力也在不斷提高。但是，目前對(duì)這些技術(shù)的評(píng)估通?；蛘咧蛔⒅爻Ｒ?guī)運(yùn)行條件下的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，迫切需要在考慮抗突發(fā)災(zāi)害能力的前提下重新評(píng)估其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。

3.2 常規(guī)的電網(wǎng)安全評(píng)估方法存在的問題

當(dāng)前，對(duì)電網(wǎng)安全評(píng)估的研究已日臻成熟，并逐步付諸實(shí)施，但是存在以下問題：

1）當(dāng)前的電網(wǎng)安全評(píng)估局限于使用確定性方法。確定性方法就是利用潮流和穩(wěn)定程序?qū)ψ顕?yán)重的事故情況進(jìn)行大量的運(yùn)算，如果不發(fā)生不可控鏈鎖跳閘和廣泛波及性的供電中斷，就可認(rèn)為系統(tǒng)是安全的。其中典型的就是N-1準(zhǔn)則。

確定性方法雖然非常成熟而且應(yīng)用廣泛，但是沒有考慮事故發(fā)生的頻率和事故嚴(yán)重程度的差異。確定性的安全評(píng)估方法假定事故列表中所有事故出現(xiàn)的頻率是一樣的，這與事實(shí)情況明顯不符。而且，確定性的安全評(píng)估方法為事故列表中的事故設(shè)立了相同的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，這樣事故的嚴(yán)重性就不能夠被很好地認(rèn)識(shí)。

2）對(duì)“差異化”考慮不足。自然災(zāi)害具有明顯的地域特征。以我國輸電線路的覆冰為例，不僅其分布因地區(qū)不同差異很大，而且覆冰的頻率、密度及覆冰量也因地區(qū)而變化。所以對(duì)不同地區(qū)的電網(wǎng)進(jìn)行安全評(píng)估就不能采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是重要線路，應(yīng)該充分考慮是否具有承受特大災(zāi)害的能力及嚴(yán)重故障情況對(duì)電網(wǎng)的影響，適合采取“差異化”分析的方法。但是目前的安全評(píng)估方法對(duì)此考慮不足。

3）未計(jì)及連鎖故障的影響。災(zāi)害性天氣造成的事故影響范圍大，故障類型復(fù)雜，易造成連鎖反應(yīng)。由自然災(zāi)害引發(fā)的電網(wǎng)事故分析可知，特大災(zāi)害帶來的嚴(yán)重后果往往是由于單一事故的擴(kuò)大和連鎖反應(yīng)導(dǎo)致的，在故障持續(xù)過程中電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生大范圍電力負(fù)荷轉(zhuǎn)移，發(fā)輸變電設(shè)備和線路過負(fù)荷或低電壓效應(yīng)跳閘、局部電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性或暫態(tài)穩(wěn)定性破壞、負(fù)阻尼低頻振蕩、電網(wǎng)解列、頻率異常升高或降低等現(xiàn)象相互交織，呈現(xiàn)連鎖反應(yīng)的演化過程，這些都是常規(guī)的安全評(píng)估方法所未考慮的。

4 抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估模型問題研究

抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估是評(píng)估電網(wǎng)承受自然災(zāi)害的能力，所以需要對(duì)自然災(zāi)害本身和電網(wǎng)分別建立相應(yīng)的模型。目前主要有兩方面的問題：

一方面，電網(wǎng)分布范圍廣，常面臨各種復(fù)雜地理環(huán)境和氣候環(huán)境的影響，包括飆風(fēng)造成的輸電線路閃絡(luò)、雷擊造成的保護(hù)裝置跳閘、地震造成的桿塔嚴(yán)重?fù)p壞等等。由于各種自然災(zāi)害的分布和影響因素不同，例如輸電線路覆冰與溫度、季節(jié)、海拔、線路走向、線路高度、導(dǎo)線直徑等因素有關(guān)，所以需要建立不同的模型。在諸多自然災(zāi)害中，冰雪災(zāi)害在我國分布很廣，易導(dǎo)致嚴(yán)重故障，對(duì)電網(wǎng)影響范圍較大。所以，需要建立輸電線路覆冰概率分布模型，作為抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估的基礎(chǔ)。

另一方面，由于基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的分析方法與基于還原論的分析方法有所不同，先建立復(fù)雜電網(wǎng)各元件的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，然后將它們組合起來，將系統(tǒng)描述為巨維的微分-代數(shù)方程組，再還原為系統(tǒng)的方法已經(jīng)不適用于抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估，所以需要根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論建立新的電網(wǎng)模型，也就是用網(wǎng)絡(luò)圖論的方法將電網(wǎng)接線圖轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ汀＿@是應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)電網(wǎng)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析的前提條件。

5 研究展望

由于我國復(fù)雜的地理和氣候環(huán)境，電網(wǎng)的發(fā)展必將繼續(xù)面臨自然災(zāi)害的挑戰(zhàn)，覆冰、臺(tái)風(fēng)、暴雪、磁暴[26-27]等災(zāi)害往往超出線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致大規(guī)模的電網(wǎng)故障，尤其是對(duì)輸電線路覆冰問題的認(rèn)識(shí)，以及太陽風(fēng)暴對(duì)電網(wǎng)的影響認(rèn)識(shí)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力工業(yè)發(fā)展的要求。因此，開展抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估的研究對(duì)正確指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃工作，提高電網(wǎng)對(duì)特大自然災(zāi)害的承受能力具有重要意義。

本文針對(duì)目前的電網(wǎng)安全評(píng)估方法未考慮自然災(zāi)害的地域特征及其引發(fā)連鎖故障的現(xiàn)狀，討論了自然災(zāi)害引發(fā)的線路故障往往造成連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致故障規(guī)模的擴(kuò)大化，而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論可以較準(zhǔn)確地反映連鎖故障的機(jī)理，適用于抗災(zāi)型電網(wǎng)的安全評(píng)估。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估領(lǐng)域，從網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度對(duì)抗災(zāi)型電網(wǎng)安全評(píng)估的機(jī)理進(jìn)行分析，驗(yàn)證了應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)抗災(zāi)型電網(wǎng)進(jìn)行安全評(píng)估的可行性。

[1] 趙玉柱，王軼禹，胡超凡，等. 電網(wǎng)典型事故分析[M].北京：中國電力出版社，2008：1-9.

[2] 屈靖，郭劍波. “九五”期間我國電網(wǎng)事故統(tǒng)計(jì)分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（21）：60-63.QU Jing，GUO Jianbo. Statistics and analysis of faults in main domestic power systems from 1996 to 2000[J]. Power System Technology，2004，28（21）：60-63（in Chinese）.

[3] 路自強(qiáng)，李玉海，李后順，等. SF6分解產(chǎn)物檢測技術(shù)在青海電網(wǎng)電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J]. 高壓電器，2012，48（11）：110-114.LU Ziqiang，LI Yuhai，LI Houshun，et al. Application of SF6decomposition products detecting technology to electric equipment fault diagnosis of qinghai power grid[J]. High Voltage Apparatus，2012，48（11）：110-114（in Chinese）.

[4] 程浩忠. 電力系統(tǒng)規(guī)劃[M]. 北京：中國電力出版社，2008：86-88.

[5] ESSELMAN F，REILLY J. Averting grid collapse：System control and restoration in emergency conditions[J]. Power and Energy Magazine，2004，2（4）：16-24.

[6] 吳超，吳廣寧，范建斌，等.高壓互聯(lián)電網(wǎng)極址土層參數(shù)對(duì)直流地表電位影響的研究[J]. 高壓電器，2011，47（3）:42-43.WU Chao，WU Guangning，F(xiàn)AN Jianbin，et al. Influences of grounding site soil parameters on earth surface potential of the high-voltage interconnected power grid[J]. High Voltage Apparatus，2011，47（3）:42-43（in Chinese）.

[7] KENNEDY M. Power in the sun[J]. Power Engineering Journal，2000，14（6）：297-304.

[8] 謝強(qiáng)，李杰. 電力系統(tǒng)自然災(zāi)害的現(xiàn)狀與對(duì)策[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2006，15（4）：126-131.XIE Qiang，LI Jie. Current situation of natural disaster in electric power system and counterm easures[J]. Journal of Natural Disasters，2006，15（4）：126-131（in Chinese）.

[9] 周雙喜，王慶紅. 關(guān)注電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)[J]. 中國電力，2003，38（1）：32-38.ZHOU Shuangxi，WANG Qinghong. Focus on the strategic power infrastructure defense system[J]. Electric Power，2003，38（1）：32-38（in Chinese）.

[10] 丁道齊. 電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)脆弱性及其戰(zhàn)略安全防御體系研究[J]. 中國電力，2004，37（8）：1-6.

DING Daoqi. Electric power and commuulcations system vulnerability and basic concept of strategic power infrastructure defense（SPID）system[J]. Electric Power，2004，37（8）：1-6（in Chinese）.

[11] 康重慶，相年德，夏清. 綜合資源規(guī)劃及其研究熱點(diǎn)問題[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（4）：19-24.KANG Chongqing， XIANG Niande， XIA Qing. An introduction to integrated resource planning and its hot topics[J]. Power System Technology，1997，21（4）：19-24（in Chinese）.

[12] DE LA TORRE T，F(xiàn)ELTES J W，TOMAN T G S，et al.Deregulation，privatization and competition：transmission planning under uncertainty[J]. IEEE Transactions on Power Systems，1999，14（2）：245-251.

[13] CROUSILLAT E O，DORFNER P，ALVARADO P，et al.Conflicting objectives and risk in power system planning[J].IEEE Transactions on Power Systems，1993，8（3）：887-893.

[14] MERRIL H M，WOOD A J. Risk and uncertainty in power system planning[C]// Austria：10th Power System Computation Conference，1990.

[15] WONG W，CHAO H，JULIAN D，et al. Transmission planning in a deregulated environment[C]// Beijing：IEEE Transmission and Distribution Conference，China，1999：350-355.

[16] 戴彥，文福拴，韓禎祥. 電力市場改革對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的影響[J]. 浙江電力，2002，21（3）：1-5.DAI Yan，WEN Fushuan，HAN Zhenxiang. The impact of electric power market restructuring on transmission planning[J]. Zhejiang Power System，2002，21（3）：1-5（in Chinese）.

[17] 樊鐵鋼，張勇傳. 電力市場中的風(fēng)險(xiǎn)及其識(shí)別[J]. 電力建設(shè)，2000，21（7）：5-7.FAN Tiegang，ZHANG Yongchuan.Risk and its identification in power market[J]. Power Construction，2000，21（7）：5-7（in Chinese）.

[18] 樊鐵鋼，張勇傳. 電力市場中的風(fēng)險(xiǎn)管理[J]. 中國電力，2000，33（11）：47-49.FAN Tiegang，ZHANG Yongchuan. Risks management in power markets[J]. Electric Power，2000，33（11）：47-49（in Chinese）.

[19] 賴亞寧，薛禹勝，王海風(fēng). 電力市場穩(wěn)定性及其風(fēng)險(xiǎn)管理[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（12）：18-24.LAI Yaning，XUE Yusheng，WANG Haifeng. Electricity market stability and its risk management[J]. Automation of Electric Power Systems，2003，27（12）：18-24（in Chinese）.

[20] 戴彥，文福拴，韓禎祥. 電力系統(tǒng)市場化的影響和最新發(fā)展[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23（2）：50-54.DAI Yan，WEN Fushuan，HAN Zhenxiang. Impact and issues of restructuring power industry[J]. Automation of Electric Power Systems，1999，23（2）：50-54（in Chinese）.

[21] 周安石，康重慶，洪元瑞，等. 電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的統(tǒng)一規(guī)劃模型[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（7）：28-32.ZHOU Anshi，KANG Chongqing，HONG Yuanrui，et al.Power system expansion-planning model considering the strategy of sustainable development[J]. Automation of Electric Power Systems，2005，29（7）：28-32（in Chinese）.

[22] 周安石，楊高峰，洪元瑞，等. 兼顧計(jì)劃與市場環(huán)境的電力規(guī)劃決策與評(píng)估系統(tǒng)[J]. 中國電力，2004，37（11）：6-9.ZHOU Anshi，YANG Gaofeng，HONG Yuanrui，et al.Decision and evaluation platform of power system planning applicable for both regulated and deregulated enrollment[J].Electric Power，2004，37（11）：6-9（in Chinese）.

[23] 沈根才. 正確規(guī)劃電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，重視電網(wǎng)穩(wěn)定性[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2001，25（9）：38-41.SHEN Gencai. Power system planning with emphasis on stability[J]. Automation of Electric Power Systems，2001，25（9）：38-41（in Chinese）.

[24] 郭佳田，卞蓓蕾，馬則良. 華東電網(wǎng)220 kV省際聯(lián)絡(luò)線開斷的研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，1996，20（9）：6-8.GUO Jiatian，BIAN Beilei，MA Zeliang. A research on witching-off of 22O kV inter-provincial tie lines in east China electric power grid[J]. Power System Technology，1996，20（9）：6-8（in Chinese）.

[25] 傅業(yè)盛，羅惠群. 華東電網(wǎng)500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解網(wǎng)分析[J]. 華東電力，1997，25（7）：31-33.FU Yesheng，LUO Huiqun. Network analysis solutions of electromagnetic ring network 500 kV/220 kV of east China electric power grid[J]. 華東電力，1997，25（7）：31-33（in Chinese）.

[26] 劉連光，劉春明，張冰. 磁暴對(duì)我國特高壓電網(wǎng)的影響研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（11）：1-5.LIU Lianguang，LIU Chunming，ZHANG Bing. Effects of geomagnetic storm on UHV power grids in China[J]. Power System Technology，2009，33（11）：1-5（in Chinese）.

[27] 褚優(yōu)群，彭晨光，劉連光. 地磁感應(yīng)電流在直流輸電系統(tǒng)引發(fā)的諧波不穩(wěn)定分析[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（9）：11-15，22.CHU Youqun，PENG Chenguang，LIU Lianguang.Analysis of harmonic instability in DC transmission system due to geomagnetic induced currents[J]. Power System and Clean Energy，2009，25（9）：11-15，22（in Chinese）.