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工程抗震韧性 博士课题 国家杰出青年科学基金项目

电力系统抗震韧性研究

以城市电力系统为对象,构建设备震损、潮流重分配、级联失效、地块级供电功能与震后恢复一体化评估方法,并研究 750 kV 枢纽变电站抗震可靠性及剩余功能量化方法。

主要内容
城市电力系统地震韧性评估
分析尺度
设备、设施、网络与城市地块
主要方法
震损模拟、直流潮流、级联失效与动态修复
代表结果
累计缺供电量降低 37.4%–47.8%
由建模层、仿真层和韧性层组成的城市电力系统地震韧性综合评估框架
图 1 城市电力系统地震韧性综合评估框架

01

城市电力系统韧性评估

面向强震后城市供电连续性,构建以城市电力系统为边界、以地块级供电功能为落点的综合评估框架。框架耦合空间地震动、设施震损与统一的母线—支路模型,通过直流潮流分析刻画孤岛识别、负荷削减、潮流重分配和过载跳闸,并将运行结果映射到不同城市地块与用户类型。

框架贯通电网建模、设施震损与运行仿真,以及系统和地块用户服务功能的恢复评估。

02

级联失效模拟

代表性地震情景中网络状态和供电负荷随七个级联阶段变化
图 2 级联失效演化与供电负荷

通过逐阶段更新震损网络、剔除失供孤岛并迭代执行直流潮流、负荷削减与过载跳闸,模拟局部设施损伤经供电路径重构放大为区域供电损失的级联过程。

03

震后动态修复策略

随机、默认、工期优先和IMOR四种策略的系统恢复曲线与累计缺供电量对比
图 3 修复策略与累计缺供电量

通过“修复—评估—更新”动态模拟修复过程,提出考虑网络拓扑与修复资源的 IMOR 修复策略。根据当前拓扑与供电恢复价值动态调整优先级,将累计缺供电量降至 263.61 GWh,较随机、默认和工期优先策略分别降低约 44.4%、37.4% 和 47.8%。

04

750 kV 枢纽变电站抗震可靠性

750千伏枢纽变电站高压输入、主变单元和低压输出的连接逻辑
图 4 枢纽站运行逻辑
组件组合失效与枢纽变电站系统功能之间的精细化状态树
图 5 枢纽站系统状态树模型
枢纽变电站总容量、输电容量和变电容量随地震动强度增大而退化
图 6 枢纽站功能退化

将 N-1 安全准则与冗余设计转化为高压输入、主变单元和低压输出的运行逻辑,构建组件失效与系统状态非线性映射的精细化状态树。以“最大允许输送容量”为功能指标,区分输电与变电属性,实现由设备损伤到设施剩余功能的动态推演。

05

研究产出

形成城市电力系统综合韧性评估与 750 kV 枢纽变电站可靠性分析两项代表性成果。

系统模型
考虑 N-1 运行逻辑的 750 kV 枢纽变电站模型
评估方法
融合震损、潮流、级联失效与地块级供电功能的韧性评估框架
恢复方法
考虑网络拓扑与抢修资源约束的动态修复优先级策略
应用价值
量化震后输变电功能与区域供能能力,支持薄弱环节识别和恢复决策

代表性论文

  1. 第一作者 修改后录用 SCI 期刊 中科院 1 区 TOP 影响因子 13.7

    Chen Y, Wang T, Li J*. Service-oriented integrated seismic resilience assessment framework for urban electrical power systems considering parcel-level functionality and recovery[J]. Reliability Engineering & System Safety.

  2. 第一作者 会议报告 地震工程领域国际学术峰会 四年一届

    Chen Y, Li J, Wang T*. Seismic reliability assessment for a 750 kV hub substation with 3/2 circuit breaker configuration[C]//Proceedings of the 9th International Conference on Seismology and Earthquake Engineering. Tehran, Iran, 2024.