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智能電網的發展對提升配網自動化和智能化、滿足負荷在各種情況下的可靠持續供電提出了更高的要求,配電網在極端自然災害下的應對措施也因此成為了近些年的研究熱點。特別是2012年“桑迪”颶風造成重大經濟損失后,工業界和學術界開始重新審視極端自然災害對配電網的影響,相關研究更是呈現井噴之勢。在這些研究中提出了“韌性(resilience)”的概念,用以衡量這些應對措施的效果,進而評估配電網應對極端自然災害的能力。

 

1 配電網韌性的概念

 

韌性是衡量系統在出現嚴重擾動或故障情況下,是否可以改變自身狀態以減少故障過程系統損失,并在故障結束后盡快恢復到原有正常狀態的能力[10-11]。1973年,生態學家Holling首次將這個概念引入生態學研究領域。隨后在1996年,他又將韌性區分為“生態韌性”和“工程韌性”兩個不同概念。其中,后者的概念已被廣泛應用于涉及人類和自然相互作用的多工程學科中,例如工程技術、組織行為、災難管理和環境演變響應等[12-14]。沿用美國國土安全部的概念,韌性可以定義為系統預防和適應變化條件,并且承受這些擾動及迅速恢復的能力[15]。韌性包含了系統對蓄意攻擊、事故或者自然災害等的承受和恢復能力。

 

近年來,隨著極端自然災害造成大規模停電的日益頻繁,韌性在電力系統中得到了日漸廣泛的關注。電力系統韌性是指電網遭受重大災害(例如颶風、地震等)的情況下,是否可以減少故障過程損失,并盡快恢復到正常供電狀態的能力。一個具有韌性的電力系統可以在外部災害加劇時逐步降低自身能力,并迅速恢復到原有狀態[16]。

 

從廣義上講,在電力系統韌性的定義中,電網所遭受的沖擊可能包括極端自然災害、系統嚴重故障、人為破壞與恐怖襲擊,甚至誤操作等發生概率較小、而影響很大的事件[13,17-18]。但現有研究大多關注較為狹義的電力系統韌性概念,亦即極端自然災害下電網的應對情況。因此,本文中的電力系統韌性將特指其較為狹義的概念,但所綜述內容對其廣義概念同樣適用。具體到配電網中,韌性主要衡量配電網在自然災害中對關鍵負荷(criticalload)的支撐和恢復能力,配電網韌性也由此定義為配電網是否可以采取主動措施保證災害中的關鍵負荷供電,并迅速恢復斷電負荷的能力[18-20]。其中,關鍵負荷是指對于社會正常運轉或是抗震救災十分重要的用戶負荷,例如政府、救災應急機構等行政機關,以及醫院、自來水廠、信號基站、照明和取暖設備等生命線設施。

 

值得指出的是,國內對配電網韌性的研究處于起始狀態,對“韌性”一詞的翻譯方式尚未達成共識。

 

在電力領域,有文獻將resilience一詞翻譯為“適應能力”[21],而有文獻所討論的韌性卻對應resistant,其概念同resilience并不完全相同[22];在其他工程領域,resilience也有“彈性”[23]、“恢復力”[24]和“韌性”[25]等對應翻譯。從概念上講,電力行業中將resilience翻譯為“彈性”似乎比較合適,但是已有文獻中的電網彈性大多指電力彈性系數。為避免混淆,本文將resilience一詞翻譯為韌性。