高彈性電網

高彈性電網（Grid Resilience）也稱為高韌性電網，指能夠全面、快速、準確感知電網運行態勢，協同電網內外部資源，對各種擾動做出主動預判與積極預備，主動保護，快速恢復重要電力負荷，並能自主學習和持續提升的電網。

高彈性電網以機制與技術喚醒了電網中的沉睡資源，以網際網路、物聯網協同這些資源要素；在面對電力供需平衡的大幅波動和電網故障時，通過各要素之間彈性的高效互動，以自組織、自趨優、自適應方式應對外部的變化，實現整個電網的資源最佳化配置。

在新能源出力大幅度波動的情況下，高彈性電網通過價格信號激勵用戶以友好的用電方式與新能源發電相匹配。在電網運行中，不是一味追求以發電與輸配電的投資冗餘防止電網事故，而是喚醒電網中海量低成本的沉睡資源，以應對小機率的電網故障；不是以投資昂貴的電網確保萬無一失，而是通過及時改變電網調度運行方式、有序切斷可中斷負荷以保障基本負荷供電和大電網安全。高彈性電網能夠根據供需和電網運行場景的變化及時調度各種彈性資源，讓電網運行得更高效、更安全、更經濟、更清潔。

尹積軍，《能源網際網路形態下多元融合高彈性電網的概念設計與探索》，《中國電機工程學報》，2021年第41卷，第2期。

基本介紹

• 中文名：高彈性電網
• 外文名：Grid Resilience 
  High-elastic Power Grid
• 適用領域：電力系統
• 所屬學科：電力系統
• 類別：智慧型電網 
• 釋義：高韌性電網 

背景

近年全球發生的諸多事故凸顯了電力系統對難以預測的極端災害事件的準備不足，甚至極為脆弱的弱點。例如日本福島大地震及海嘯、美國加州Metcalf變電站恐怖攻擊、2008年中國南方冰災等極端事件的發生，給電力系統帶來了嚴重破壞，造成大範圍、長時間的停電，嚴重影響居民生活以及負荷的供電。近年來，新能源的快速發展、大量併網給電網安全運行帶來新的挑戰，隨著特高壓輸電、柔直輸電的建設，電子電子裝置在電力系統中的比例越來越高，對電力系統的穩定機理產生變化，以及負荷側綜合能源接入及負荷多元化使得電網越來越複雜。在此背景下，構建高彈性電網之於智慧型電網的研究和建設逐漸成為各國政府著力發展的國家戰略。

特點

高彈性電網的概念包括狹義和廣義兩個層面。狹義高彈性電網主要關注電網的應變力、防禦力和恢復力,這三個特徵也是高彈性電網的核心特徵。廣義高彈性電網則在此基礎上增加了感知力、協同力、和學習力。廣義高彈性電網概念一方面考慮了全球氣候變化、國際形勢變化和電網複雜化給電網安全運行帶來的新挑戰,另一方面體現了高精度感測、5G通信、物聯網、人工智慧等新技術給電網帶來的新機遇,是新形勢下對彈性電網概念的拓展延伸。

應變力：指電網在事故前主動判斷事件影響，制定預案，並採取預備措施以應對突發擾動的能力；

防禦力：指在擾動事件動態發展過程中，電網採取主動防禦措施以降低事件影響的能力；

恢復力：指電網正常功能遭到破壞後，及時啟動應急恢復和修復機制，保障重要負荷持續供電，並快速恢復電網功能至正常狀態的能力；

關鍵技術和重要研究方向

電力系統作為國家重要基礎設施, 亟需對極端自然災害以及未來可能發生的人為襲擊做好準備。為使彈性電網理論儘快成熟, 使研究結果能夠切實指導未來彈性電網規劃與運行, 應馬上著手展開對高彈性電網的研究。

一、明確高彈性電網需要應對的擾動事件: 電力系統是個複雜系統, 面臨著各種各樣的擾動事件, 各國、各地區研究彈性電網時應首先明確係統需要考慮的事件類型。

二、構建高彈性電網評價指標體系與評估理論：進一步完善高彈性電網評估理論與評估指標是高彈性電網研究的重要理論基礎, 是進一步指導電力系統防災減災規劃以及運行的基石。

三、高彈性電網提升手段：智慧型電網技術是實現高彈性電網的重要手段，智慧型電網技術中的事故預警、故障檢測、IT通信、故障定位等技術的套用將有效提升災害發生前後各階段有效應對災害的能力。智慧型電錶的停電報告功能可以提高配網發現故障的能力, 極端條件下的網架重構可以保證負荷快速供電。

國外套用情況

2009年，美國能源部發布的《智慧型電網報告》中首次明確提出了智慧型電網在面對自然災害、蓄意攻擊、設備故障和人為失誤時應該具有彈性。2011年，英國工程與物理研究委員會開展了Resilient Electricity Networks for Great Britain項目，旨在提高英國電網應對極端自然災害的彈性，並量化相關措施的彈性提升效果。2015年三月在日本舉行的第三次聯合國世界減災大會中，提高災害恢復力作為重要議題多次出現在大會討論中，大會通過的《2015—2030年仙台減災框架》也將在還恢復力列為全球減災方面四大優先行動之一。2017年，美國國家工程院發布《提升國家電力系統彈性》報告中彈性電力系統定義為能夠識別到長時間、大面積停電事故發生的可能性，事故前充分預備，事故發生時最小化影響，事故發生後快速恢復，並且能從事故中學習經驗從而提升自身能力的電力系統。

2021年，西門子能源將為美國南方電力公司提供三個移動彈性發電機-升壓裝置（GSU），這些多功能移動變壓器單元是西門子能源Preact®概念的一部分，將提高發電站的電力安全性。

2021年3月，美國總統拜登宣布重大基礎建設計畫，將投資1000億美元建設一個更有彈性的電網，倡議對風力、太陽能和其他可再生能源項目的稅項優惠政策延長10年，要求更多電力來自低碳能源，目標是到2035年消除電網中的碳排放。

國內套用情況

近幾年我國學者積極開展電力系統災變防禦系統的研究，為構建高彈性電網積累了寶貴經驗。我國災變防禦系統分為三道穩定防線：經濟運行與靜態安全保障體系、緊急控制系統以及緊急解列控制系統；但構建高彈性電網，對小機率-高風險的極端事件的防治是一個新挑戰，為此我國停電防禦系統需要進一步考慮極端災害，將廣域信息採集範圍擴展到自然與社會環境，針對高風險事件災害等極端外部條件做出有效地預警，並加強電力系統緊急協調控制、系統快速恢復的能力。

2019年1月，西門子能源最新開發了使用天然酯油環保型移動變電站，該變電站是西門子能源高彈性電網概念Pretact®的一部分，並且結合和最新的數位化雙胞胎技術，在保證自身安全運行條件下，能夠快速實現運輸、安裝、送電。

2021年6月，國內首台145kV全環保真空斷路器在河南祥雲變電站投運，該設備採用西門子能源3AV1真空斷路器，額定電流3150A，實現溫室氣體零排放，助力生態文明建設。

2021年9月，國網浙江省電力公司提出構想——建設能源網際網路形態下多融合高彈性電網，到2030年，率先在浙江建成具有中國特色、國際領先的能源網際網路。

目前中國在高彈性電網的基本研究架構以及在電力系統恢復力的評估理論和方法研究方面，尚有待進一步的系統性成果，以利於進一步提高我國電網的恢復力水平，確保我國電力安全。

未來展望

應構建中國的彈性電網研究架構和完整體系，進一步提高我國電網的恢復力水平， 確保我國電力安全。

恢復力應對的是小機率-高風險的擾動事件，其研究旨在考慮影響電網的各類事件的故障模式，提出能夠全面考慮電網特性的彈性電網恢復力評估方法及指標體系， 給出切實可行的彈性電網恢復力提升策略。

在未來彈性電網恢復力的研究中，應以建立全面的評估體系為目標， 以智慧型電網技術、信息通信系統、狀態監控系統為手段，在傳統的系統防災、減災措施的基礎上，進一步提高電力系統對各類擾動事件的主動防範意識，在擾動災害到來前提前規劃電網的恢復力措施，在破壞無法避免時，降低災害影響範圍與影響時間， 實現快速高效的系統修復。