面向韧性提升的城市智能电网治理体系
时间：2023-05-31 10:10:24 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
■文/董 真 潘爱强 罗 祾
上海电力紧抓国家重大战略机遇，结合城市各区域现状及战略发展定位，分区域推进具备感知、协同、应变、防御以及恢复学习能力的韧性智能电网建设。
2021年2月，美国得克萨斯州因遭遇极寒天气而大面积停电，引发各方对极端天气下电网等城市公共基础设施安全的强烈关注。以上海为代表的大城市陆续提出韧性城市建设目标，作为城市能源安全的重要保障者，城市电网有必要主动深入开展韧性提升研究。《2022年上海市扩大有效投资稳定经济发展的若干政策措施》明确提出以加强智能电网为重点，加快提升城市能源安全韧性。
智能电网也被称为“电网2.0”，中国电力科学研究院将其定义为以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。目前，智能电网韧性的重要性已经成为全球共识，美国、欧盟、日本等均已明确提出建设具有韧性的城市公共基础设施，并成立相应的政府机构与科研部门，进行抗击灾害等方面的研究。
美国是全球首先提出韧性电网目标的国家。目前，美国已将建设具有韧性的电力系统纳入国家计划。2013年以来，美国实施了27 个电网韧性计划，其中15 个计划着重强化网络安全措施。2018年，美国能源部宣布提升北美电力系统韧性的“首要任务”是建立北美能源防灾模型。
欧盟依托市场统一化和能源多样性提升电网整体韧性。2015年，欧盟成立了战略性能源联盟，借此建立统一的能源安全战略目标和欧洲能源市场。欧盟各国致力于开发新能源，增加能源结构和供应商，保障能源来源的多样性，加强电力系统抵御极端天气和人为干扰的能力，提升电网整体韧性。
日本着力构建多元能源供需体系，以解决其能源短缺及自然灾害频发等问题。2015年，联合国世界减灾大会通过《2015—2030年仙台减灾框架》，提出包括提高抗灾能力和灾难响应速度等在内的四大优先行动。2021年,日本公布了《第六次能源基本计划》，提出全面推进氢、氨供应链建设，强化针对小型电力事故的安全对策，提高电力系统韧性，确保灾害发生时的稳定供给能力，强化电力公司应对网络风险的能力。
电网的韧性是指能够全面、快速、准确感知电网运行态势，协同电网内外部资源，对各类扰动做出主动预判与积极预备，主动防御，快速恢复重要电力负荷，并能坚持自我学习和持续提升的能力。
“全方位提升韧性城市生命线安全保障，需要融合“共享、共建、共治”理念,统筹源网荷储协同发展。以上海为例，需要建设具备感知、协同、应变、防御以及恢复学习能力的韧性智能电网。
韧性电网具有应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力等特性（见图1）。其中，应变力、防御力和恢复力是韧性电网的核心特征，分别描述电网在扰动事件前、中、后的应对能力；
感知力和协同力贯穿扰动事件全过程，为电网应变力、防御力和恢复力的提升提供支撑，同时也适用于电网正常运行状态；
学习力是电网从事故中学习和提升的能力，是韧性电网在长时间尺度中自我完善和提升的机制。
作为描述电网安全领域的重要概念，韧性与可靠性、应急体系以及综合防治减灾等在概念范畴上既是一脉相承的，又是有所区别的。与可靠性相比，韧性更加泛化。美国国家科学院出版的《增强国家电力系统韧性》指出，韧性比可靠性更泛化，韧性不仅仅指降低电力中断的可能性，还涉及在供电中断时，限制停电范围和影响，迅速恢复电力，并有效重新组合，以便更好处理此类事件的能力。与应急体系相比，韧性更强调系统适应性和创新性。应急体系建设侧重于对突发事件的应急响应和紧急救援，呈现灾害破坏后在最短时间内恢复到原始状态的工程思想。韧性强调在提高系统自身抵御能力的同时，提升电网整体恢复能力，体现了不断演进和发展的生态思想。与综合防灾减灾相比，韧性涉及的领域更加丰富。韧性涉及自然、经济、社会等各个领域，更注重通过软硬件相互结合、各部门相互协调，构建多级联动、多元参与的综合管理平台，弥补单个系统各自为营、独立作战的短板和不足。
图1 智能韧性电网各特性关系示意图
全方位提升韧性城市生命线安全保障，需要融合“共享、共建、共治”理念,统筹源网荷储协同发展。以上海为例，需要建设具备感知、协同、应变、防御以及恢复学习能力的韧性智能电网。
在电源侧，应推进能源供给多元化。上海本地能源相对匮乏，其资源禀赋决定了煤、石油、天然气等能源需要大量进口。2020年，上海市原煤、原油、天然气的进口量分别达185.68万吨、2 458.38 万吨以及54.05 亿立方米。积极推进多种能源互补互济，加强电网与天然气网耦合，可以缓解对单一能源的过度依赖，有效提高电网故障时的支撑能力。
在电网侧，应构建城市能源互联网络，完善主网架结构，提升能源互联互通水平。以新能源为主体的新型电力系统，“双高”“双峰”特征愈加明显。上海电力通过建设500 千伏城市“双环”网络和“五交四直”输电通道，有效保障了电网受供电能力。2020年，上海市冬季负荷高峰达3 339 万千瓦，创用电负荷历史新高，网架结构的优化使得上海电网在应对低温气候中展现了充分的韧性。为满足分布式清洁能源并网和多元负荷用电需求，配网侧需要提升电网智能性和灵活性水平，优化完善配电网络结构，推广配电自动化建设，加强负荷转供能力。
在负荷侧，应提升终端用电的可靠性。为有效保证关键设备在断电期间保持稳定运行，需要强化可调节资源精准控制，部署和促进备用电源系统的投入。为大幅提高电网在突发故障下应急处置能力，需要构建重要用户联动、政企高效协同机制，完善辅助服务和需求侧响应市场建设。
此外，还应推动储能技术应用，加强与源网荷协调发展。近年来，上海市光伏产业发展迅速，截至2020年年底，光伏发电装机规模达到136.6 万千瓦，加强网储互动，积极推动发展“光伏+ 储能”，可以在一定程度上缓解负荷峰值压力。上海是全国电动汽车保有量最高的城市，据上海市交通委预测，2030年上海市电动汽车将达到690 万辆。深入挖掘动力电池储能价值，推动电动汽车与电网互动（V2G），营造活跃、便捷、共享的电动汽车服务新生态，对提高电网应对极端灾害的能力具有重要意义。
上海电力紧抓国家重大战略机遇，结合城市各区域现状及战略发展定位，分区域推进韧性智能电网试点探索。
（1）陆家嘴等城市中心核心区
鉴于该类地区具备负荷密度大、重要用户多、供电可靠性要求高的特点，上海电力着力提升其配网可靠性，持续深化智慧保电模式，进一步推广钻石型配电网、配网不停电作业和秒级自愈等配电自动化技术。目前，该类地区供电可靠性已达99.999%。
（2）临港自贸区等新建片区
鉴于该类地区有大规模分布式电源、电动汽车接入配电网，用户与电网之间供需互动频繁，上海电力侧重提升其电网应变能力，依托对负荷的主动精准控制，推广微电网、储能等电网技术，实现了分布式电源、电动汽车与配电网的友好互动。
（3）青浦区等交界区域
鉴于该类地区位于长三角一体化示范区，具备参与主体多元的特点，上海电力携手江苏电力、浙江电力，创新实践了跨省配电网“互济互保、互联互通、互供互备”。当前，青浦-嘉善、青浦-吴江10 千伏互联工程已建成贯通，相关区域供电可靠性得到了大大的提升。
（4）重要输电通道和电源密集区
鉴于该类地区是上海大受端电网的能源命脉，上海电力重点在该类地区加强枢纽变电站防护和大功率密集输电通道抗灾害能力建设，进一步完善电网主网架结构，提升互联互通水平，有效增强了电网应急恢复能力。
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