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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(dāng)前我國電力系統(tǒng)正向新型電力系統(tǒng)演進(jìn)，新能源不確定性、設(shè)備低抗擾與弱支撐性等特征變化疊加日益嚴(yán)峻的極端事件威脅, 給系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)；同時，新技術(shù)、新裝備的應(yīng)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(yīng)新型電力系統(tǒng)的極端事件風(fēng)險防范與應(yīng)急管理技術(shù)，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(tǒng)彈性、 防范極端事件下電力風(fēng)險的重大需求，在介紹彈性研究基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上， 針對新型電力系統(tǒng)形態(tài)演變下的內(nèi)外風(fēng)險， 闡明了提升新型電力系統(tǒng)彈性面臨的技術(shù)難題，歸納了應(yīng)對極端事件的“風(fēng)險評估—投資規(guī)劃—預(yù)防準(zhǔn)備—響應(yīng)恢復(fù)” 電力風(fēng)險防范與應(yīng)急管理技術(shù)，結(jié)合調(diào)研綜述與理論創(chuàng)新，分析了各層面的關(guān)鍵技術(shù)與研究重點。
3 論文重點內(nèi)容
3.1 電力系統(tǒng)彈性的概念及相關(guān)研究
防范極端事件的電力風(fēng)險是電力系統(tǒng)彈性的研究范疇。電力系統(tǒng)彈性的概念可以歸納為系統(tǒng)對小概率-高風(fēng)險極端事件的預(yù)防、抵御以及快速恢復(fù)負(fù)荷的能力。
1）彈性與三道防線：三道防線通常更關(guān)注電力系統(tǒng)局部故障引發(fā)的連鎖反應(yīng)，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(fù)以大電網(wǎng)為主。而極端事件影響范圍廣，往往會在短時間內(nèi)造成大量元件故障，系統(tǒng)最后一道防線可能被突破。電力系統(tǒng)彈性作為其補充，將在應(yīng)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(tǒng)故障損失，但可靠性以停電損失的數(shù)學(xué)期望為核心，在全概率意義上刻畫安全風(fēng)險，由于電力系統(tǒng)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(dǎo)致的電力安全風(fēng)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(jīng)濟(jì)損失達(dá)億元量級)，風(fēng)險很高，在電力系統(tǒng)風(fēng)險評估中需加以重視。
3.2 新型電力系統(tǒng)背景下應(yīng)對極端事件、提升彈性的技術(shù)挑戰(zhàn)
1）在風(fēng)險評估方面：
極端事件的時空演進(jìn)特性、高比例新能源帶來的強不確定性與低抗擾性導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)故障模型不僅要包含傳統(tǒng)的元件層級的故障故障率模型，還要對系統(tǒng)層級的故障演化規(guī)律進(jìn)行刻畫。同時，新型電力系統(tǒng)設(shè)備類型、數(shù)量的增多導(dǎo)致其狀態(tài)呈指數(shù)增長，系統(tǒng)的復(fù)雜響應(yīng)行為導(dǎo)致運行模型更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的解析法難以處理維數(shù)災(zāi)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(tǒng)低慣量特性導(dǎo)致頻率問題凸顯，在規(guī)劃中應(yīng)計及安全運行約束，然而規(guī)劃模型中顯式表達(dá)復(fù)雜安全約束困難。另一方面，新型電力系統(tǒng)建設(shè)需兼顧可靠性、經(jīng)濟(jì)性、彈性、碳減排等多目標(biāo)需求，如何量化規(guī)劃方案在長時間尺度上的多指標(biāo)效益并進(jìn)行科學(xué)決策仍有待研究。
3）在預(yù)防準(zhǔn)備方面：
氣候變化背景下復(fù)合災(zāi)害及氣象、地理、運行多維影響因素給風(fēng)險設(shè)備的準(zhǔn)確預(yù)警帶來挑戰(zhàn)。此外，大面積停電下預(yù)防措施有效支持恢復(fù)尚需解決故障不確定下事前-中-后多階段多資源協(xié)同難題。
4）在響應(yīng)恢復(fù)方面：
新型電力系統(tǒng)運行狀態(tài)多變，特別是配電網(wǎng)層面，災(zāi)害下需快速準(zhǔn)確感知系統(tǒng)狀態(tài)以實施控制策略，然而復(fù)雜故障導(dǎo)致狀態(tài)感知困難，同時信息設(shè)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(shè)備大量接入，靈活性資源廣泛分布，其支撐恢復(fù)的潛力尚待挖掘。
3.3 新型電力系統(tǒng)應(yīng)對極端事件的關(guān)鍵技術(shù)
論文針對新型電力系統(tǒng)高比例新能源接入等特征變化歸納了電力風(fēng)險防范與應(yīng)急管理關(guān)鍵技術(shù)，并介紹了近年來的新進(jìn)展。
圖1 新型電力系統(tǒng)應(yīng)對極端事件的風(fēng)險防范與應(yīng)急管理技術(shù)
1）風(fēng)險評估技術(shù)：
新型電力系統(tǒng)極端事件故障模型：綜合介紹了元件層級和系統(tǒng)層級故障演化的研究，并指出了結(jié)合秒級系統(tǒng)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(xiàn)在線彈性評估的研究思路。
2）投資規(guī)劃技術(shù)：
彈性規(guī)劃模型頻率安全約束構(gòu)建：介紹了彈性規(guī)劃問題中安全約束構(gòu)建的研究，分析了通過內(nèi)嵌物理知識神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)暫態(tài)穩(wěn)定約束以集成于規(guī)劃問題的研究進(jìn)展。
彈性規(guī)劃方案多指標(biāo)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(nèi)的彈性、碳減排、經(jīng)濟(jì)性等多指標(biāo)效益評估方法以及適應(yīng)性規(guī)劃方法。
3）預(yù)防準(zhǔn)備技術(shù)：
復(fù)合災(zāi)害下風(fēng)險設(shè)備預(yù)警：介紹了基于氣象、地理、運行狀態(tài)等多維因素的復(fù)合災(zāi)害下風(fēng)險設(shè)備預(yù)警相關(guān)研究，并梳理了針對“小樣本”難題的探索。
預(yù)防措施與事中事后多階段協(xié)同：從預(yù)防控制措施與各類應(yīng)急資源部署兩個方面分析了事前預(yù)防相關(guān)研究對恢復(fù)措施協(xié)同性的考量以及對無人機等應(yīng)急資源的利用。
4）在響應(yīng)恢復(fù)方面：
復(fù)雜故障下的狀態(tài)感知：系統(tǒng)介紹了多源信息下配電網(wǎng)災(zāi)損感知技術(shù)以及信息-物理協(xié)同恢復(fù)方面的研究進(jìn)展。
分布式能源等靈活資源支撐恢復(fù)：介紹了考慮頻率調(diào)控的配電網(wǎng)優(yōu)化恢復(fù)及動態(tài)微電網(wǎng)等技術(shù)的新進(jìn)展，指出了將復(fù)雜安全約束融入恢復(fù)中同時保障模型求解效率的研究方向。
4 結(jié)語
論文針對提升新型電力系統(tǒng)彈性、防范極端事件風(fēng)險進(jìn)行了思考與探索。首先對電力系統(tǒng)三道防線、可靠性、彈性等風(fēng)險防范相關(guān)的技術(shù)進(jìn)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(fēng)險防范方面做出拓展。其次針對新型電力系統(tǒng)形態(tài)演變下的內(nèi)外風(fēng)險， 闡明了提升新型電力系統(tǒng)彈性面臨的技術(shù)難題，包括系統(tǒng)層級的故障演化規(guī)律難以刻畫、規(guī)劃問題中復(fù)雜安全約束難以顯示表達(dá)、復(fù)合災(zāi)害及多維影響因素下風(fēng)險設(shè)備難以準(zhǔn)確預(yù)警、復(fù)雜故障及信息設(shè)備失效下難以感知與控制等。進(jìn)而從“風(fēng)險評估—投資規(guī)劃—預(yù)防準(zhǔn)備—響應(yīng)恢復(fù)”4個層面歸納了新型電力系統(tǒng)極端事件風(fēng)險防范與應(yīng)急管理技術(shù)，分析了各層面的技術(shù)重點與難點，并對未來的研究方向進(jìn)行了展望。
