關于增強電網(wǎng)“安全韌性”的相應思考與建議

程智鵬　劉一琛　呂軒

增強電網(wǎng)“安全韌性”是電力發(fā)展的基石、必要條件，有利于加快推動新型電力系統(tǒng)建設、服務中國式現(xiàn)代化電力安全穩(wěn)健運行。電網(wǎng)“安全韌性”的基本內(nèi)涵可概括為：基于先進的數(shù)字技術、物聯(lián)技術，利用智能化控制方式，提升風險抵御能力，有效應對電力系統(tǒng)“雙高”“雙峰”挑戰(zhàn)和極端事件，推動電網(wǎng)高質量發(fā)展和新型能源體系構建。現(xiàn)結合國網(wǎng)冀北電力有限公司實際，圍繞如何增強電網(wǎng)“安全韌性”，提出建議與思考。

冀北公司電網(wǎng)安全運行

現(xiàn)狀及有關成效

經(jīng)過近年來不斷迭代發(fā)展，冀北公司已形成靜態(tài)電網(wǎng)一張圖，推動構建動態(tài)電網(wǎng)一張圖，應用數(shù)字化技術持續(xù)增強電網(wǎng)態(tài)勢感知、運行控制、故障防御、應急恢復能力，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

態(tài)勢感知方面，發(fā)揮數(shù)據(jù)“生產(chǎn)資料”作用，加強電力設備的傳感、監(jiān)測等技術運用，超大規(guī)模電網(wǎng)的數(shù)字化三維重構實現(xiàn)輸電通道、站所、線路及設備狀態(tài)的全景可視管控，全面提高設備狀態(tài)感知能力。

運行控制方面，利用數(shù)字化技術有效應對供需平衡模式和特性的復雜化，聯(lián)合企業(yè)級實時量測中心，實現(xiàn)超短期、短期功率預測應用。構建新型電力負荷管理系統(tǒng)，針對空調(diào)、新型儲能等建立負荷互動平臺，科學測算并動態(tài)掌握各地平衡情況，“全網(wǎng)一盤棋”加大精準錯峰、余缺調(diào)劑力度。

故障防御方面，轉變防御機制理念，推動從被動防御向主動管控轉變，利用人工智能、大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術，搭建了新型電力系統(tǒng)全息智能管控平臺、大電網(wǎng)本質安全特征量化評估平臺，以數(shù)字系統(tǒng)“安全冗余”保障電力系統(tǒng)“安全裕度”。

應急恢復方面，強化電網(wǎng)、客戶、裝備、物資等各類數(shù)據(jù)資源整合，建成保電“大腦中樞”全景智慧供電保障等系統(tǒng)，建立反應迅速、協(xié)同聯(lián)動的應急機制，推動應急管理、處置與救援由“經(jīng)驗導向”向“數(shù)智化”精準管控轉變。

現(xiàn)有工作體系有待改進完善之處

隨著高比例電力電子設備廣泛接入和電網(wǎng)數(shù)字化轉型升級提速，電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)的聯(lián)系更加緊密，數(shù)字技術和電力系統(tǒng)高度耦合，調(diào)度、設備、網(wǎng)絡等單一視角的安全觀念難以充分認識電力系統(tǒng)高質量發(fā)展的安全形勢變化，必須建立系統(tǒng)安全觀，把電力系統(tǒng)安全的構成要素、影響因素、危害因素作為一個有機整體，把提升電力系統(tǒng)安全的機制和舉措作為一項系統(tǒng)工程，科學認識、應對解決新形勢下電網(wǎng)安全問題。

構成要素方面，隨著新能源占比逐步提高，交直流混聯(lián)大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定風險增加，運用數(shù)字化手段推動要素資源互聯(lián)互通的舉措有待完善，主要體現(xiàn)在三個方面。一是區(qū)域電網(wǎng)主網(wǎng)架的數(shù)字化轉型缺乏頂層規(guī)劃。垂直化的專業(yè)管理體系造成數(shù)字化轉型習慣于從業(yè)務視角出發(fā)，與“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”的電網(wǎng)管理機制存在不協(xié)調(diào)。電網(wǎng)安全運行的數(shù)據(jù)個性化需求較高，各類系統(tǒng)匯聚的數(shù)據(jù)種類、數(shù)據(jù)精度往往不夠，數(shù)字化應用仍處于初級應用階段。二是設備的“點”和電網(wǎng)的“面”的結合不到位。電源、電網(wǎng)、用戶量測數(shù)據(jù)互通不暢、融合運用不充分，調(diào)度運行專業(yè)僅能掌握拓撲電網(wǎng)的電壓、潮流等宏觀運行信息，難以詳細了解油色譜、局放等影響設備安全運行的信息。由于數(shù)據(jù)保密工作要求，地理坐標、本體參數(shù)等設備臺賬開放程度較低，制約了電網(wǎng)環(huán)境精細化分析。三是設備在線監(jiān)測裝置“裝后不管”現(xiàn)象突出。目前設備在線監(jiān)測裝置缺乏統(tǒng)一集成、分析管理和校準手段，偏遠地區(qū)信號較弱，數(shù)據(jù)測量不準確，誤報、漏報率較高，影響設備在線健康狀態(tài)評價，對電網(wǎng)安全運行決策帶來負面干擾。

影響因素方面，分布式電源裝機快速增長，配電網(wǎng)“有源”屬性日益凸顯，對配網(wǎng)的負荷特性、運行模式、設備安全產(chǎn)生了顛覆性影響，主要體現(xiàn)在兩個方面。一是“自動化”建設投入不足，可觀可測能力有待提升。配電網(wǎng)點多面廣，通過全量加裝采集裝置方式實現(xiàn)透明化，建設及運維成本高昂，無法有效落地。以冀北電網(wǎng)為例，配電網(wǎng)中壓開關“三遙”覆蓋不全，覆蓋率低于50%。分布式光伏、用戶側儲能等新型供用電對象可觀、可測能力較弱，用采系統(tǒng)96點采集覆蓋率僅為63.76%，不具備高頻數(shù)據(jù)采集能力。二是“有源化”進程加速推進，可調(diào)可控能力有待增強。配電網(wǎng)加快向有源網(wǎng)轉變，運行潮流復雜，對監(jiān)測數(shù)據(jù)及計算推演能力提出了更高要求。對分布式電源信息未能準確及時更新，更難以精確建模。分布式光伏、用戶側儲能等新型供用電對象的出力采集裝置質量參差不齊、通訊基礎設施不完善，出力數(shù)據(jù)無法上傳至調(diào)度，調(diào)度指令難以下發(fā)到用戶。

危害因素方面，數(shù)字化轉型提高了電網(wǎng)的運行效率，但也擴大了電網(wǎng)攻擊暴露面，電力系統(tǒng)安全的脆弱性提升，主要體現(xiàn)在兩個方面。一是網(wǎng)絡安全防護存在短板。新能源場站網(wǎng)絡安全環(huán)境更復雜、網(wǎng)絡安全監(jiān)測能力較低、場站人員技能水平不足，邊界被突破的風險陡增，造成電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全存在較大運行風險。二是抗電磁脈沖能力薄弱。強電磁脈沖攻擊不僅對二次、通信系統(tǒng)的電子元器件造成沖擊，造成設備瞬時失效、存儲數(shù)據(jù)丟失、元件永久損壞，還會導致數(shù)字化系統(tǒng)運行失靈。當前針對電磁脈沖防護尚無統(tǒng)一規(guī)定要求，針對數(shù)字化系統(tǒng)失靈后的應急處置措施有待完善。

總結與展望

在電網(wǎng)數(shù)字化轉型升級中，電網(wǎng)安全與數(shù)字安全呈高度耦合態(tài)勢，系統(tǒng)安全“蝴蝶效應”十分顯著，傳統(tǒng)“三道防線”設防難度不斷加大。建議加強對“未知”風險與極端事件預判及應對，推動防御陣地前移，構筑電網(wǎng)安全“第零道防線”。設備上強化主動防御理念，通過局放信號識別設備內(nèi)部故障發(fā)展情況，在絕緣擊穿前可靠保護跳閘，避免設備爆燃損壞。運行上充分利用多元數(shù)據(jù)融合等數(shù)字化技術，建立電網(wǎng)風險感知及故障輔助決策體系，提前采取舉措應對運行風險。機制上強化政企、廠網(wǎng)協(xié)同，構建一體化網(wǎng)絡安全協(xié)同防御體系，主動與系統(tǒng)外企業(yè)和應急管理部門建立常態(tài)化合作機制，保障極端事件后電網(wǎng)及時恢復。