面向韌性提升的城市智能電網治理體系

■文/董 真 潘愛強 羅 祾

上海電力緊抓國家重大戰略機遇，結合城市各區域現狀及戰略發展定位，分區域推進具備感知、協同、應變、防御以及恢復學習能力的韌性智能電網建設。

2021年2月，美國得克薩斯州因遭遇極寒天氣而大面積停電，引發各方對極端天氣下電網等城市公共基礎設施安全的強烈關注。以上海為代表的大城市陸續提出韌性城市建設目標，作為城市能源安全的重要保障者，城市電網有必要主動深入開展韌性提升研究。《2022年上海市擴大有效投資穩定經濟發展的若干政策措施》明確提出以加強智能電網為重點，加快提升城市能源安全韌性。

智能電網韌性發展現狀

智能電網也被稱為“電網2.0”，中國電力科學研究院將其定義為以物理電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通信技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。目前，智能電網韌性的重要性已經成為全球共識，美國、歐盟、日本等均已明確提出建設具有韌性的城市公共基礎設施，并成立相應的政府機構與科研部門，進行抗擊災害等方面的研究。

美國是全球首先提出韌性電網目標的國家。目前，美國已將建設具有韌性的電力系統納入國家計劃。2013年以來，美國實施了27 個電網韌性計劃，其中15 個計劃著重強化網絡安全措施。2018年，美國能源部宣布提升北美電力系統韌性的“首要任務”是建立北美能源防災模型。

歐盟依托市場統一化和能源多樣性提升電網整體韌性。2015年，歐盟成立了戰略性能源聯盟，借此建立統一的能源安全戰略目標和歐洲能源市場。歐盟各國致力于開發新能源，增加能源結構和供應商，保障能源來源的多樣性，加強電力系統抵御極端天氣和人為干擾的能力，提升電網整體韌性。

日本著力構建多元能源供需體系，以解決其能源短缺及自然災害頻發等問題。2015年，聯合國世界減災大會通過《2015—2030年仙臺減災框架》，提出包括提高抗災能力和災難響應速度等在內的四大優先行動。2021年,日本公布了《第六次能源基本計劃》，提出全面推進氫、氨供應鏈建設，強化針對小型電力事故的安全對策，提高電力系統韌性，確保災害發生時的穩定供給能力，強化電力公司應對網絡風險的能力。

智能電網韌性特征

電網的韌性是指能夠全面、快速、準確感知電網運行態勢，協同電網內外部資源，對各類擾動做出主動預判與積極預備，主動防御，快速恢復重要電力負荷，并能堅持自我學習和持續提升的能力。

“全方位提升韌性城市生命線安全保障，需要融合“共享、共建、共治”理念,統籌源網荷儲協同發展。以上海為例，需要建設具備感知、協同、應變、防御以及恢復學習能力的韌性智能電網。

韌性電網具有應變力、防御力、恢復力、感知力、協同力和學習力等特性（見圖1）。其中，應變力、防御力和恢復力是韌性電網的核心特征，分別描述電網在擾動事件前、中、后的應對能力；感知力和協同力貫穿擾動事件全過程，為電網應變力、防御力和恢復力的提升提供支撐，同時也適用于電網正常運行狀態；學習力是電網從事故中學習和提升的能力，是韌性電網在長時間尺度中自我完善和提升的機制。

作為描述電網安全領域的重要概念，韌性與可靠性、應急體系以及綜合防治減災等在概念范疇上既是一脈相承的，又是有所區別的。與可靠性相比，韌性更加泛化。美國國家科學院出版的《增強國家電力系統韌性》指出，韌性比可靠性更泛化，韌性不僅僅指降低電力中斷的可能性，還涉及在供電中斷時，限制停電范圍和影響，迅速恢復電力，并有效重新組合，以便更好處理此類事件的能力。與應急體系相比，韌性更強調系統適應性和創新性。應急體系建設側重于對突發事件的應急響應和緊急救援，呈現災害破壞后在最短時間內恢復到原始狀態的工程思想。韌性強調在提高系統自身抵御能力的同時，提升電網整體恢復能力，體現了不斷演進和發展的生態思想。與綜合防災減災相比，韌性涉及的領域更加豐富。韌性涉及自然、經濟、社會等各個領域，更注重通過軟硬件相互結合、各部門相互協調，構建多級聯動、多元參與的綜合管理平臺，彌補單個系統各自為營、獨立作戰的短板和不足。

圖1 智能韌性電網各特性關系示意圖

智能電網韌性建設思路

全方位提升韌性城市生命線安全保障，需要融合“共享、共建、共治”理念,統籌源網荷儲協同發展。以上海為例，需要建設具備感知、協同、應變、防御以及恢復學習能力的韌性智能電網。

在電源側，應推進能源供給多元化。上海本地能源相對匱乏，其資源稟賦決定了煤、石油、天然氣等能源需要大量進口。2020年，上海市原煤、原油、天然氣的進口量分別達185.68萬噸、2 458.38 萬噸以及54.05 億立方米。積極推進多種能源互補互濟，加強電網與天然氣網耦合，可以緩解對單一能源的過度依賴，有效提高電網故障時的支撐能力。

在電網側，應構建城市能源互聯網絡，完善主網架結構，提升能源互聯互通水平。以新能源為主體的新型電力系統，“雙高”“雙峰”特征愈加明顯。上海電力通過建設500 千伏城市“雙環”網絡和“五交四直”輸電通道，有效保障了電網受供電能力。2020年，上海市冬季負荷高峰達3 339 萬千瓦，創用電負荷歷史新高，網架結構的優化使得上海電網在應對低溫氣候中展現了充分的韌性。為滿足分布式清潔能源并網和多元負荷用電需求，配網側需要提升電網智能性和靈活性水平，優化完善配電網絡結構，推廣配電自動化建設，加強負荷轉供能力。

在負荷側，應提升終端用電的可靠性。為有效保證關鍵設備在斷電期間保持穩定運行，需要強化可調節資源精準控制，部署和促進備用電源系統的投入。為大幅提高電網在突發故障下應急處置能力，需要構建重要用戶聯動、政企高效協同機制，完善輔助服務和需求側響應市場建設。

此外，還應推動儲能技術應用，加強與源網荷協調發展。近年來，上海市光伏產業發展迅速，截至2020年年底，光伏發電裝機規模達到136.6 萬千瓦，加強網儲互動，積極推動發展“光伏+ 儲能”，可以在一定程度上緩解負荷峰值壓力。上海是全國電動汽車保有量最高的城市，據上海市交通委預測，2030年上海市電動汽車將達到690 萬輛。深入挖掘動力電池儲能價值，推動電動汽車與電網互動（V2G），營造活躍、便捷、共享的電動汽車服務新生態，對提高電網應對極端災害的能力具有重要意義。

上海智能電網韌性建設實踐

上海電力緊抓國家重大戰略機遇，結合城市各區域現狀及戰略發展定位，分區域推進韌性智能電網試點探索。

（1）陸家嘴等城市中心核心區

鑒于該類地區具備負荷密度大、重要用戶多、供電可靠性要求高的特點，上海電力著力提升其配網可靠性，持續深化智慧保電模式，進一步推廣鉆石型配電網、配網不停電作業和秒級自愈等配電自動化技術。目前，該類地區供電可靠性已達99.999%。

（2）臨港自貿區等新建片區

鑒于該類地區有大規模分布式電源、電動汽車接入配電網，用戶與電網之間供需互動頻繁，上海電力側重提升其電網應變能力，依托對負荷的主動精準控制，推廣微電網、儲能等電網技術，實現了分布式電源、電動汽車與配電網的友好互動。

（3）青浦區等交界區域

鑒于該類地區位于長三角一體化示范區，具備參與主體多元的特點，上海電力攜手江蘇電力、浙江電力，創新實踐了跨省配電網“互濟互保、互聯互通、互供互備”。當前，青浦-嘉善、青浦-吳江10 千伏互聯工程已建成貫通，相關區域供電可靠性得到了大大的提升。

（4）重要輸電通道和電源密集區

鑒于該類地區是上海大受端電網的能源命脈，上海電力重點在該類地區加強樞紐變電站防護和大功率密集輸電通道抗災害能力建設，進一步完善電網主網架結構，提升互聯互通水平，有效增強了電網應急恢復能力。