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1 研究背景
保障電力安全是貫徹落實總體國家安全觀的基本要求。當前我國電力系統正向新型電力系統演進，新能源不確定性、設備低抗擾與弱支撐性等特征變化疊加日益嚴峻的極端事件威脅, 給系統安全穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)；同時，新技術、新裝備的應用也為極端事件防御提供了有利條件。在此背景下，亟待發(fā)展適應新型電力系統的極端事件風險防范與應急管理技術，支撐能源安全國家戰(zhàn)略。
2 論文所解決的問題及意義
論文面向提升新型電力系統彈性、 防范極端事件下電力風險的重大需求，在介紹彈性研究基本架構的基礎上， 針對新型電力系統形態(tài)演變下的內外風險， 闡明了提升新型電力系統彈性面臨的技術難題，歸納了應對極端事件的“風險評估—投資規(guī)劃—預防準備—響應恢復” 電力風險防范與應急管理技術，結合調研綜述與理論創(chuàng)新，分析了各層面的關鍵技術與研究重點。
3 論文重點內容
3.1 電力系統彈性的概念及相關研究
防范極端事件的電力風險是電力系統彈性的研究范疇。電力系統彈性的概念可以歸納為系統對小概率-高風險極端事件的預防、抵御以及快速恢復負荷的能力。
1）彈性與三道防線：三道防線通常更關注電力系統局部故障引發(fā)的連鎖反應，典型案例包括2003年北美“8.14”大停電、 2009年巴西“11.10”大停電等， 控制與恢復以大電網為主。而極端事件影響范圍廣，往往會在短時間內造成大量元件故障，系統最后一道防線可能被突破。電力系統彈性作為其補充，將在應對極端事件方面做出突破。
2）彈性與可靠性：二者都能衡量電力系統故障損失，但可靠性以停電損失的數學期望為核心，在全概率意義上刻畫安全風險，由于電力系統元件眾多，評估的抽樣環(huán)節(jié)通常僅計及N-1、N-2等常規(guī)事件，小概率極端事件導致的電力安全風險被湮沒；彈性僅針對極端事件，這些極端事件概率小，但損失極大(如造成上百萬用戶停電，經濟損失達億元量級)，風險很高，在電力系統風險評估中需加以重視。
3.2 新型電力系統背景下應對極端事件、提升彈性的技術挑戰(zhàn)
1）在風險評估方面：
極端事件的時空演進特性、高比例新能源帶來的強不確定性與低抗擾性導致新型電力系統故障模型不僅要包含傳統的元件層級的故障故障率模型，還要對系統層級的故障演化規(guī)律進行刻畫。同時，新型電力系統設備類型、數量的增多導致其狀態(tài)呈指數增長，系統的復雜響應行為導致運行模型更加復雜，傳統的解析法難以處理維數災難問題，模擬法也難以保障評估效率。
2）在投資規(guī)劃方面：
新型電力系統低慣量特性導致頻率問題凸顯，在規(guī)劃中應計及安全運行約束，然而規(guī)劃模型中顯式表達復雜安全約束困難。另一方面，新型電力系統建設需兼顧可靠性、經濟性、彈性、碳減排等多目標需求，如何量化規(guī)劃方案在長時間尺度上的多指標效益并進行科學決策仍有待研究。
3）在預防準備方面：
氣候變化背景下復合災害及氣象、地理、運行多維影響因素給風險設備的準確預警帶來挑戰(zhàn)。此外，大面積停電下預防措施有效支持恢復尚需解決故障不確定下事前-中-后多階段多資源協同難題。
4）在響應恢復方面：
新型電力系統運行狀態(tài)多變，特別是配電網層面，災害下需快速準確感知系統狀態(tài)以實施控制策略，然而復雜故障導致狀態(tài)感知困難，同時信息設備失效對感知與控制的影響難以忽視；另一方面，分布式新能源、電力電子設備大量接入，靈活性資源廣泛分布，其支撐恢復的潛力尚待挖掘。
3.3 新型電力系統應對極端事件的關鍵技術
論文針對新型電力系統高比例新能源接入等特征變化歸納了電力風險防范與應急管理關鍵技術，并介紹了近年來的新進展。
圖1 新型電力系統應對極端事件的風險防范與應急管理技術
1）風險評估技術：
新型電力系統極端事件故障模型：綜合介紹了元件層級和系統層級故障演化的研究，并指出了結合秒級系統穩(wěn)定分析和小時級極端事件模擬的在線故障推演研究方向。
彈性高效評估算法：介紹了模擬法中的子集模擬等高效抽樣方法，同時提出了基于混合增強人工智能實現在線彈性評估的研究思路。
2）投資規(guī)劃技術：
彈性規(guī)劃模型頻率安全約束構建：介紹了彈性規(guī)劃問題中安全約束構建的研究，分析了通過內嵌物理知識神經網絡重構暫態(tài)穩(wěn)定約束以集成于規(guī)劃問題的研究進展。
彈性規(guī)劃方案多指標要素評估與決策：介紹了包括長時間尺度彈性效益概率化評估在內的彈性、碳減排、經濟性等多指標效益評估方法以及適應性規(guī)劃方法。
3）預防準備技術：
復合災害下風險設備預警：介紹了基于氣象、地理、運行狀態(tài)等多維因素的復合災害下風險設備預警相關研究，并梳理了針對“小樣本”難題的探索。
預防措施與事中事后多階段協同：從預防控制措施與各類應急資源部署兩個方面分析了事前預防相關研究對恢復措施協同性的考量以及對無人機等應急資源的利用。
4）在響應恢復方面：
復雜故障下的狀態(tài)感知：系統介紹了多源信息下配電網災損感知技術以及信息-物理協同恢復方面的研究進展。
分布式能源等靈活資源支撐恢復：介紹了考慮頻率調控的配電網優(yōu)化恢復及動態(tài)微電網等技術的新進展，指出了將復雜安全約束融入恢復中同時保障模型求解效率的研究方向。
4 結語
論文針對提升新型電力系統彈性、防范極端事件風險進行了思考與探索。首先對電力系統三道防線、可靠性、彈性等風險防范相關的技術進行了辨析，彈性作為大停電防御體系的補充，將在極端事件風險防范方面做出拓展。其次針對新型電力系統形態(tài)演變下的內外風險， 闡明了提升新型電力系統彈性面臨的技術難題，包括系統層級的故障演化規(guī)律難以刻畫、規(guī)劃問題中復雜安全約束難以顯示表達、復合災害及多維影響因素下風險設備難以準確預警、復雜故障及信息設備失效下難以感知與控制等。進而從“風險評估—投資規(guī)劃—預防準備—響應恢復”4個層面歸納了新型電力系統極端事件風險防范與應急管理技術，分析了各層面的技術重點與難點，并對未來的研究方向進行了展望。
