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1、新型电力系统安全防御体系探究1、研究背景实现碳达峰碳中和，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展。在中央财经委员会第九次会议上，习近平总书记作出重要部署，强调要构建新型电力系统，明确了新型电力系统在实现“双碳”目标中的基础地位，为能源电力转型发展指明了科学方向。与传统电力系统相比，新型电力系统安全面临的形势发生巨大变化，不仅系统自身存在抗扰动能力卜降、脆弱性加剧的风险，而且电力系统与外部环境高度交互，威胁安全的因素更加多维而复杂，需重新审视并完善现有安全防御体系，为新型电力系统建设提供有力的安全保障。本文首先分析了传统电力系统向新型电力系统转型
2、升级过程中存在的安全问题及其特征变化，在此基础上剖析了现有安全防御体系适应性，提出了保障供应安全、系统稳定、非常规安全“三位一体”的新型电力系统大安全防御体系构建目标及思路，进一步提出安全防御关键技术研究框架。2、新型电力系统的安全问题以化石能源为主导的传统电力系统向以清洁低碳能源为主导的新型电力系统转型升级，源网荷各环节发生重大变化。电力系统与一次能源、外部环境、电力市场、社会系统等相互影响，与计算机、自动化及通信等信息化系统高度融合，从一个相对独立的物理系统演变成一个与外部环境、社会、信息高度交互的H型信息物理社会系统。随着系统内部特征变化以及与外部系统耦合加深，建立在风能、太阳能等随机波
3、动性资源基础之上的发电能力与刚性增长的电力负荷需求之间的矛盾凸显，口益增长的电力系统复杂程度、外部冲击强度与现有的故障防御措施之间矛盾凸显，逐渐增大的极端事件威胁与经济社会对电力韧性高要求之间的矛盾凸显，传统以交流电力系统稳定为主的安全问题正在演化为由电力供应安全、系统稳定、非常规安全组成的“三位一体”大安全问题。(1)电力供应安全问题保障电力供应安全是电力系统安全的核心内涵。中国式现代化建设的推进和人民生活水平的提高，对电力可靠供应提出了更高的要求。由于风、光等能源不可大规模存储，受新能源发电不确定性以及异常气温变化下用电负荷剧烈变化等影响，发电侧与用电侧预测难度增加,电力系统供应安全保障难
4、度剧增。特别是寒潮、极热、极早等极端天气下，新能源出力、燃料供应受到严重影响，桎加负荷超预期增长等因素，供应安全面临更大威胁。转型过程中，供应安全问题口益成为电力系统安全保障的焦点和难点。(2)系统稳定问题电力系统的熨杂程度加深、不确定性增强，给系统安全稳定运行带来极大挑战。一方面，系统脆弱性增加，抗扰动能力下降。风电、光伏发电的转动惯量、调频调压能力相对较低，导致新能源高占比地区系统抵御故障能力下降，同时由于电力电子并网元件的抗扰性和过我能力较差，在外部扰动下容易连锁脱网，使得故障冲击加大，增加了系统稳定破坏的风险。另一方而，系统复杂性大幅增加。电力系统是复杂的小线性时变系统，高比例新能源接
5、入使得系统的组成元件规模指数增长、控制的非线性增加，网络形态变化使得送受端、交宜流相互影响加剧，同时新能源发电的随机性、波动性和间歇性使得运行方式多样化，主配网潮流交互双向化，宽频振荡等新型稳定问题不断涌现，运行机理更加复杂。（3）非常规安全问题在全球气温变暖背景下，气象灾害的多发性、突发性、极端性日益突出，极端天气和严重F1.然灾害对电力系统造成的风险增大。随着电力系统与信息系统深度融合，网络边界不断犷大，网络安全风险点急剧增加。当系统遭受罕见外部冲击，运行场景远超现有的生产组织和防御体系的设定时，容易导致供需严重失衡或电力基础设施大面积停运，引起大量供电缺口或大范围停电事故。（4）“三位一
6、体”的电力系统安全问题供应安全、系统稳定和非常规安全问题既有独立性，又互相关联,其中任一项问题处理不好都可能导致大面积停电事故。供应安全首先是供应充裕性和电力系统稳态下的电力电量平衡问题，新型电力系统供需两侧不确定性增加，供需失衡时稳态平衡问题将转化为频率、电压等系统稳定问题。系统稳定主要是动态或暂态下的稳定控制和故障防御问题，当系统稳定遭遇破坏时，可能导致大面积停电后果，影响到电力供应安全。近年来极端天气、网络攻击等非常规事件呈多发趋势，成为威胁供应安全和系统稳定的重要因素，由于.常规事件往往超出电力系统正常设计标准，具有“小概率高损失”的特点，需要作为一类重要问题进行专门防御。3、新型电力
7、系统安全防御体系构建总体思路和框架新型电力系统安全问题主要矛盾已经从系统稳定为主演变为供应安全、系统稳定、非常规安全并重的“三位一体”安全问期，必须深刻把握安全问题本质变化，犷展安全防御内涵，以数字化、智能化为手段，创新突破基础理论和系统构建、运行控制、网络安全等系列关键技术，构建覆盖全时间尺度、全空间维度、协调统一的综合安全防御体系，如图1所示。电力宣令u1U电队0或Hft1.电力也f电力1/乐9ft*H内(ntMRaV)一Wm-T1.钮技MVIfIT电力拿M网S色健00M型）Ctf1.1.*融电小*BM4图1新型电力系统安全防御体系构建思路（1）电力供应安全问题电力供应安全保障是新型电力系
8、统安全防御的重点，目标是适应信息物理社会巨系统高度不确定性、高度开放性与多元性等特点，具备全时间尺度电力和电量供应安全保障能力，满足经济社会发展和用户对高可靠供电需求，确保不因供应安全问题威胁大电网安全生命线,确保守住民生用电底线，确保不碰拉闸限电红线。新形势下，需要坚持“就地平衡、就近平衡为要，跨区平衡互济”的原则，构建合理源网荷储结构，创新装备技术和运行模式，全要素发力保障电力供应安全。电源发展方面，在新能源逐步成为可匏替代电源的过程中，通过煤电与新能源、新能源与灵活调节电源、本地电源与外来电协同发展，始终保障转型中的电力电量平衡需要，近期立足我国国情和技术成熟度适度发展常规电源，同时加强
9、新能源友好并网技术研究，逐步实现新能源对常规电源的可鸵替代。电网建设方面，通过创新应用先进输电技术和组网技术，支撵沙漠、戈壁、荒漠地区大型新能源基地开发送出，实现全网大范围资源优化配置，支持分布式电源和各类负荷灵活接入。用电负荷方面，坚持“需求响应优先、有序用电保底、节约用电助力”，加强技术创新和市场设计，深挖用户侧可调节资源，推动各类工商业负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等参与系统调节。储能发展方面，大力发展抽蓄、电化学、压缩空气储能以及氢能等长周期储能技术，提高储能系统以活调节利用水平，拓展储能在口内调节以及周、月等更长时间尺度的平衡调节作用。运行模式方面，实现从源随荷动向源网荷储协同互动
10、转变，实现电力电量平衡向一、二次能源综合平衡转变，提升多时空尺度下新能源精确预测能力，掌握能源电力与气象深度融合规律，提升供应风险评估、动态预警、综合防控能力。2）系统安全稳定控制系统安全稳定是新型电力系统安全的基础，目标是主动适应高比例电力电子设备、高比例新能源接入带来的电力系统物理特性变化,针对强不确定性、强非线性、初值敏感性等新型电力系统稳定特点,构建特性认知、运行控制和故障防御体系，提升装备对系统稳定的主动支撑能力，实现对传统稳定问题和宽频振荡、发杂连锁故障等新问题的全面防控。提升电力系统分析认知水平。深化新型电力系统稔定机理认知与分析基础理论，建设以全电磁暂态、平台化、智能化为特征的
11、大电网多时间尺度仿真分析手段，全面、精确、高效认知双高”系统特性。完善电力系统运行控制体系。促进“大云物移智链”等先进信息通信技术与电力技术深度融合，充分挖掘源网荷储各方资源控制调节潜力，实现全信息感知、全时空平衡优化、网源荷储协同控制、智能在线决策，全面支撑新型电力系统运行控制需求。强化电力系统安全防线。提升主动防控运行风险的能力，基于电网全免全频段状态感知，在线评估电网安全态势，通过风险预测、预警和预控，实现安全风险主动防御。发挥电力电子设备调节快速、可塑性强的特点，充分利用海量异构控制资源，通过大范围多资源协同快速紧急控制，增强电网故障防御能力。加强各项故障防御关键技术的贯通融合，实现多
12、维度稳定监测-预警-控制-恢复一体化防控。夯实电力系统安全稳定物理基础。促进各级电网协调发展，融合多种组网技术，构建可承载高比例新能源、宜流等电力电子设备接入的坚强网架结构。推动具有主动支撵能力的新能源、构网型储能等重大装备的研制和应用，研发高性能调相机，在常规电源占比持续下降,系统惯量和频率、电压支撑能力削弱的背景下，通过装备创新保持必要稳定要素。（3）非常规安全防御非常规安全防御是新型电力系统安全的重要组成，目标是构建具有高韧性的电力系统，针对严重自然灾害、极端天气、恐怖袭击、网络攻击等极端事件，从事前、事中、事后制定防御措施，守底线、保市点，降低极端场景下出现大面积负荷损失的风险，快速恢
13、夏电力正常供应，确保重要用户不间断供电。事前强化对极端事件预测预警能力。分析极端事件的发生发展规律，研究其对电力系统的影响，集成社会、环境、网络等各类信息,利用人工智能等技术实现极端事件预判、预警“事中提升极端事件智能分析决策能力。研究极端事件滚动推演和智能风险决策技术，建立覆盖政府、企业、用户以及各类要素资源的应急联动响应平台。拓展网络安全监测广度和深度，利用大数据分析等新技术实现网络攻击有效阻断、追踪溯源与反制，确保网络攻击不影响一次系统运行。事后提升电力快速恢第、应急处置及极限生存能力。研究极端场景下新能源、柔宜、储能、微网等应用于电力系统快速恢复的新技术，研发恢第路径在线分析决策技术。
14、针对市点地区、重要用户，研究部署保底电源和应急F1.备电源，制定灵活柔性的运行方案，提高极端情况下的生存能力。4、新型电力系统安全防御体系构建关键技术方向新型电力系统安全防御体系是适应新形势下发展要求、在传统防御体系基础上的创新升级，需要困绕供应安全、系统稳定、非常规安全三大方面，在理论基础、系统规划、调度运行、装备研发、网络防护、用能互动、应急管理等各环节开展关键技术攻关，共同支撑安全防御体系的科学构建。新型电力系统安全防御体系构建关键技术谱系如图2所示，共包括6方面23项关键技术。女伞似附力Xff女令叨图2新型电力系统安全防御体系构建关键技术谱系5、结论我国新能源并网规模已居世界第一，新型电力系统的形态特征已经初步显现，并将随着“双碳”目标推进而不断深化。新型电力系统安全形势已经发生重大变化，在系统稳定问题更加豆杂的同时，电力供应安全、非常规安全风险凸显，并且三大问题之间互相影响，呈现“三位一体”的安全新内涵。传统安全防御体系需要适应新的形势变化，坚持、巩固、完善、创新发展新型安全防御体系，加快攻克系列关键技术，并紧跟技术发展和转型变化持续审视和完善体系，支撑新型电力系统建设和“双碳”目标实现。
