华北电力大学：2024极端天气对电力系统的影响及应对措施思考报告_39页_10mb

报告摘要

极端天气对电力系统的影响及应对措施思考总结

核心内容

本文主要探讨了极端天气对新型电力系统带来的安全挑战，以及如何通过风险预防与控制策略提升电力系统的韧性与可靠性。重点分析了台风、暴雨、冰雪等自然灾害对电力设备及系统运行的影响，并提出加强预防性控制的研究与应用建议。

主要观点

一、新型电力系统安全面临的挑战

极端天气对电力系统造成严重影响
- 台风灾害：
  - 2005年“达维”台风导致海南电网崩溃，恢复时间超过10天。
  - 2022年“梅花”台风造成上海电网65次线路跳闸、浙江约52万户停电。
- 暴雨灾害：
  - 2021年郑州特大暴雨导致1854条线路停运、374万户停电，经济损失超1200亿元。
  - 2023年北京暴雨导致9600余处电力设备受损，超6万用户停电。
- 冰雪灾害：
  - 2008年南方冰灾导致36740条线路停运、2016座变电站停运，约1亿用户停电。
  - 2023年山西冻雨灾害造成4条高压线路停运，12万用户停电数日。
- 冰雪对新能源的影响：
  - 2021年美国德州冬季风暴导致14000MW风电光伏机组停机，造成约20000MW电力缺口。
- 日食对新能源的影响：
  - 2015年欧洲日食期间约17GW光伏机组退出运行，电网公司提前配置备用容量确保安全。
电网运行安全风险加大
- 交直流互联电网换相失败风险：
  - 2013年交流故障导致4回直流、3回直流同时换相失败，对送端造成巨大冲击。
- 新能源机组存在电压异常脱网风险：
  - 故障切除后电压升高至1.70p.u.以上，导致风电机组脱网。
- 继电保护面临重大挑战：
  - 传统保护原理在新能源接入后可能出现误动或拒动，需加强研究。
- 多时间尺度动态响应交织：
  - 同步、频率、电压等稳定问题相互耦合，增加控制难度。
- 宽频段振荡风险增加：
  - 系统从低频到高频振荡场景增多，稳定分析与控制更加复杂。
系统安全风险与风险评估
- 当前风险评估主要用于电网规划与调度，但对高风险场景下的预防性控制研究不足。
- 风险评估需考虑设备老化、检修操作不规范、线路重载过热等内部因素，以及台风、暴雨、冰雪等外部天气因素。

二、风险预防及其在电力系统中的应用

忧患意识与风险防范理念
- 中国传统文化中蕴含着强烈的风险意识和防范理念，如“居安思危”、“未病先防”。
- 党和国家高度重视风险防范，强调强化风险意识，科学预见风险挑战。
风险管理理论发展历程
- 1895年：Haynes首次提出风险的经济概念。
- 20世纪50年代：风险管理理论正式形成。
- 20世纪90年代：风险理论引入电力系统领域，推动风险评估向概率性转变。
风险管理理论基本架构
- 风险管理是一个动态过程，包括目标设定、风险分析、风险决策与风险处理。
- 电力系统风险防控主要依赖第二、第三道防线，第一道防线的预防性控制仍需加强。
电力系统风险防控措施
- 预防性控制：
  - 提前调整运行方式、配置发电车等策略。
- 事后控制：
  - 第二道防线：稳定控制装置及切机、切负荷措施。
  - 第三道防线：失步解列、频率及电压紧急控制策略。

三、加强极端天气下电力系统预防性控制研究与应用

实现设备风险的精准评估
- 台风与暴雨联合模型：
  - 风速与雨压强模型用于评估输电线路倒塔、断线风险。
- 覆冰灾害模型：
  - 考虑杆塔结构影响，建立覆冰厚度与线路停运风险的关联模型。
- 沙尘与降雪对光伏出力的影响：
  - 建立沙尘、积雪对光伏组件出力的模型，评估损失率。
- 风机塔筒与叶片疲劳评估：
  - 考虑风荷载与叶片受力情况，进行结构振动与倒塌风险分析。
加强系统N-k安全评估
- 建立更科学的风险评估指标体系，提高风险识别与控制能力。
加强高风险情况下的预防性控制研究
- 预防性解列控制策略：
  - 将风险线路解列至多个区域，分散影响。
  - 在解列断面中包含风险线路，以消除其对电网的影响。
- 仿真验证：
  - 通过某地区电网与台风数据对比，验证预防性控制与事后控制的效果差异。
加强与气象部门的联合科技攻关
- 提高微气象/小气候预测精度，考虑微地形影响，实现更精细化、网格化的天气预测。
- 推动电力系统风险防控预案更加精确、有效。