摘要：現代電網發展日益復雜、新的供電威脅與日俱增，特別是在處于大量新能源系統并網發電的發展潮流中，傳統的電力系統在遭遇突發沖擊或擾動時會顯得格外脆弱，這無疑不能滿足用戶或電力企業愈發嚴格的用電質量要求。為了使電網在小概率 高損失的事件中仍能保持基本的運行功能，具備抵御性、適應性以及快速恢復能力的“彈性電網”得到了眾多學者的青睞，其可有效提高系統的彈性恢復力，增強系統的抗災抗擾動能力，進而提高系統的整體運營能力。著眼于彈性電網的優化策略，基于彈性恢復力理論闡述了彈性電網的基本架構，根據系統彈性提升的方法分析了發展彈性電網所用到的關鍵技術，從傳統電網到未來電網的演化過程中展望了彈性電網的發展趨勢。

　　關鍵詞：恢復力;彈性電網;電力系統

　　引言

　　電力系統是國家安全和國民經濟的重要基礎設施，需要在常規工況下保證穩定運行，更需要在遭遇突發災害或損壞時具有基本恢復功能[1]。面對日益復雜多變的自然災害，傳統的電力系統難以靈活準確地維持基本的運行狀態，更無法保證用戶和電力企業愈發嚴格的用電質量需求。

　　為在最大程度上減小電網在遭遇突發災害小概率事件時的損失，提升系統的抗災抗擾動能力，具備彈性恢復力的彈性電網(resilient power grid)已成為現代電力行業的重點發展對象。“彈性電網”的核心是其彈性恢復力，該能力可在系統遭遇突發災害或擾動時幫助系統進行應急處理，并及時且最大程度地減小受災后的影響范圍和程度，是一種直觀反映系統對擾動快速響應、支援的能力[2]。

　　另外，遇到無法避免的災害時彈性電網可根據實時工況或環境做出預判并靈活對電網進行恢復供電[3]。進入新世紀，海量可再生資源與電力電子設備的納入使電網發展突飛猛進，呈現出負荷多元化、信息融合化的形態，但根據 2012 年印度和 2019 年委內瑞拉發生大規模停電事件不難發現，即使在現代電網發展的今天，電力系統仍無法規避所有災害或確保處于災害時的可靠運行，說明電網急需變得富有“彈性”，這樣才能確保對關鍵負荷的供電。

　　為了提高電網彈性恢復力進而提升電網性能，文獻[4]通過建模對單一系統在不失去運行能力的前提下，對彈性恢復力的極限進行了研究;文獻[5]為了分析系統的彈性與魯棒性，將遭遇擾動后 時系統恢復的性能與系統因擾動損失的性能的比定義為彈性恢復力指標;文獻[6]構建了一種年恢復力評估體系，即每年系統處于擾動時的依舊可維持基本運行的時間占常規運行時間的比。

　　盡管針對其研究的項目愈來愈多，但目前提升彈性恢復力的手段依舊有限，電網彈性評價指標也缺乏普適性，對精準區分小概率 小損失與小概率 大損失的事件更是無從下手。為更好地應對電力系統發展面臨的新機遇和新挑戰，提高電網彈性恢復力并建設彈性電網已經刻不容緩。

　　另一方面，分布式電源以及微電網等技術的逐漸成熟賦予了電網更為有效的故障應對能力，給予了彈性電網恢復力研究更加多樣的選擇[7]，彈性電網的研究正處于良好境遇下，結合對電網前沿的認知不難發現未來智能電網發展的必然趨勢是發展靈活可靠的彈性電網。綜上，為使我國可從容面對電網發展日益復雜、威脅與日俱增的新形態，本文從彈性恢復力理論與彈性電網基本內涵、彈性電網研究的關鍵技術以及彈性電網的發展趨勢等方面展開闡述，分析了電網中彈性與其他評估性質的異同，探討了基于智能電網技術的彈性電網的研究潛力。

　　1 彈性恢復力理論

　　1.1 電力系統領域下彈性恢復力的定義

　　基于各式各樣的自然災害或人為失誤的威脅層出不窮，對災害后恢復力的研究逐漸引起科研人員的高度重視，特別是基礎設施或系統在遭受極端情況下的恢復力更需要投入大量的研究精力。加拿大生態學家 Honing 在 1972 年率先提出了彈性恢復力的概念，分析了系統在應對擾動時維持內部穩定的時間與恢復至初始狀態的關系，彈性恢復力理論就此被引入了生態科學、材料科學、防災工程等科學領域[8]。

　　由于彈性對系統極具優化作用，該理論提出至今現已被廣泛應用于各類學科之中，目前對彈性恢復力的定義在學術上缺乏共識，本文因其包括災難性事件前后的系統性能，同時是一個總體的概念 ，將彈性恢復力理論定義為一個個體或系統可抵抗、吸收、響應擾動以及從擾動中恢復的能力。在電力系統領域下，彈性基本思想是提高系統的容災能力，即允許電力系統在遭遇突發的小概率極端事件時負荷損失，但通過各種數據資料的調度與運行策略的優化，系統可在受災后迅速恢復。

　　為了獲得更佳的災后恢復能力并對未知的極端事件做出有效的預防準備，文獻 10 基于彈性電網提出了彈性恢復力評估指標，分別為災害程度評價指標、緊急恢復水平評價指標和系統整體恢復能力評價指標。文獻[1 基于彈性概念，對電網故障響應的脆弱性及其修復過程進行了建模;文獻[1 把極端擾動影響下的電網分為具備穩健性的預防、智能性的響應和適應性的恢復三個研究階段。目前大部分文獻的所提的評估體系或評價指標都停留在理論階段，現有指標的實用價值亟待提高。

　　1.2 電力系統中彈性與其他評估指標的關系

　　研究日益復雜的電力系統需要綜合考慮各個評估指標，只有充分權衡所有指標的收益價值才能切實平衡整個系統的運營維護。本文為了明晰彈性和其他評估指標的關系，同時為后續說明在彈性電網的研究過程中其關鍵技術和目前主流技術的異同提供參考，選取了可靠性、魯棒性以及柔性三種典型的評估指標進行分析說明。大部分評估指標都是基于限定時間內的參考項，一旦響應或處理的時間過長，則系統和用戶利益均會受損。為了更直觀地體現各評估指標在系統功能中的貢獻，將受擾動期間系統功能的波動在時間量度上進行展開。

　　2 彈性電網基本內涵

　　傳統系統工程中，為了使系統在面對擾動時仍能保持一定程度額的正常運行，一般會為考慮系統風險并留有相應裕度，電力系統正屬于這類根據風險評估來調節運行范圍的工程[13]。區別于傳統運營風險，彈性恢復力主要面對的是系統此刻規劃內無法預料的小概率 高損失事件[14]，此類事件主要由突發的各類自然災害和人為損壞構成。將能夠多層次、全方位精準感知電網運行模式，聯通電網內外部信息，在遭受突發災害、擾動時能夠做出超前預判、抵御保護和快速恢復，并且后期可通過自我學習進行自我提升的電網稱之為彈性電網。

　　彈性電網運行流程應遵循如下順序。

　　( 1)系統遭遇災害或擾動前，彈性電網具備一定的預判能力，可根據數據庫的模擬結果做出相應準備措施。( 2)系統遭遇災害或擾動中，系統先進行抵御和吸收，有效緩解系統運行壓力，隨后及時響應對應裝置以適應當前工況和環境。( 3)系統遭遇災害或擾動后，有效利用各控制技術與應急手段迅速恢復至穩定的初始狀態。

　　可制定彈性提升策略的大體流程，首選假設自然災害的損害盡可能的不損害到天然氣管道等重要傳輸管道，在電網抵御、吸收的故障階段時斷電是實時發生的，則系統一旦遇障便即刻進入離網運行模式。按照預先設計的離網斷電機制，各個單元開始調度并進行能量互補，只將關鍵負荷作為供給單元進行供能作業。

　　此時，電網內的各個微網獨立，呈分散控制狀態;一旦災害終止，管運者對故障位置和故障原因等進行排查，控制電網系統啟動遇障斷電至故障適應的恢復措施，在完全恢復正常后進行二次排查、復盤，研發新方案確保下次遭遇同類故障時仍可呈集中控制狀態。基于上述分析，不難發現彈性電網應該具有在災害發生前的識別能力、在災害發生時的抵御、適應能力以及災害發生后的恢復能力。

　　其中，識別能力彈性電網的基礎能力，在識別能力范圍內抵御、適應能力體現靈活性，恢復力體現堅強性。可以通過該彈性梯形模型可表征系統各階段的運行階段，實時根據擾動發生的時間順序以及動作類型對電網進行階段性的彈性評估，檢測系統是否完成設定的彈性恢復目標。較于傳統電網，基于彈性恢復力理論的彈性電網能有效提高系統的抵御力，同時能更好地在系統遭遇突發災害或擾動時充分利用各種技術資源對系統進行快速響應，使系統在維持基本運行狀態的前提下迅速適應當前工況[16]，并在匹配到最佳恢復措施后，使系統迅速恢復預定性能。

　　3 彈性電網關鍵技術

　　彈性電網的研究和建設重點集中在配電網上，具體而言，此處的彈性主要是用來衡量配電網在極端情況時處理關鍵負荷的抵御能力和恢復能力。同時，電網的彈性也可被認為是配電網能否主動采取措施以保證遭遇突發災害時為區域中的關鍵負荷供電，并迅速恢復斷電負荷的能力。得益于電力系統的技術更新和電力電子設備的迭代，目前我國對于提升彈性恢復力的研究初見成效，但復雜的現代電力系統依舊難以對突發災害做到規避或大面積包容，故在擾動時增強抵御和災害后恢復能力是相對合理的選擇。為了未來安全有效地提升彈性電網恢復力并改善電網性能，以下關鍵技術應被給予高度重視。

　　3.1 基于智能電網的識別技術

　　智能電網雖然充分地考慮了單一或多重故障模式，但對如何應對極端事件并未做出過多解釋。為了在極端事件到來前提前制定電網的恢復力策略、降低災害的影響程度，有必要建立、健全基于智能電網的災害數據庫，在擾動發生的前、中、后階段應依次識別出擾動的類型、位置等。文獻 17結合電網運行的歷史數據，對配電網的遭遇各種工況時的運行狀態進行了模擬，隨后將模擬的結果保存作為電網災害數據庫的資源，豐富了彈性策略選擇的靈活。文獻 18 基于現有的潮流數據，利用智能神經網絡技術分析了輸入功率與電壓針的關系，模擬了電壓峰值時的彈性，提高了電網識別高壓危機的預判能力。

　　合理應用基于智能電網的識別技術，可提升系統的識別能力，有利于對預測的薄弱環節進行加固處理，進一步提高系統對極端事件的自主防范意識，進而提升彈性電網容災能力。同時，需要對有目的的通信系統襲擊等電力系統面臨的新挑戰，可通過識別后數據對系統進行利弊權衡進而規劃出最合理的恢復力提升措施[19]。

　　3.2 基于故障容錯的恢復技術

　　彈性電網允許電力系統在遭遇突發的小概率極端事件時出現負荷損失，但不允許在故障后喪失基本的運行功能[20]。為了切實增強電網彈性并使系統能在短時間內進行恢復作業，完善對故障后的處理與恢復技術不可忽視。

　　文獻 21 基于電網負荷的隨機性提出了一種魯棒控制技術，通過模擬負荷損失的最壞情況讓系統在應對其他擾動時擁有更強的彈性恢復力;文獻 22 分析了災害后電網的損耗，基于對損失數據的統計提出了一種優化的魯棒算法，可有效地使電網可靠、靈活的運行;文獻 23 考慮了分布式電源的復雜接法，通過故障時重構接納計算出最佳重構方案，使得電網彈性大幅提升。

　　根據目前電網發生故障后的應急處理手段，從彈性電網基礎建設和用戶用電質量兩方面考慮，利用數據的冗余性識別錯誤數據、修復誤差數據，增補缺失數據，能有效實現彈性電網故障全過程的分析、定位及恢復，進而提升電力系統彈性恢復力，確保彈性電網安全。

　　3.3 基于配電網的設備挖潛技術

　　電網末端的配電網是與用戶負荷關系最緊密的單位，提升配電網彈性并使其穩定運行對用電用戶和電網公司均具有重要意義[24]。配電網因自動化程度和冗余度較低，相應的保護措施也較為匱乏，因此較輸電網更脆弱對擾動也更敏感。為了提升配電網的彈性與魯棒性，可以利用基于配電網的設備挖潛技術，文獻 25 利用多元感應技術實時獲取配電網運行的所有信息，對實用數據進行處理后實現了設備動態實時增容、潮流實時柔性控制、配電網運行狀態實時評估等。此項技術的難點在于實時性，對配電網的反饋越及時彈性電網的彈性越大，魯棒性越強。

　　3.4 基于物聯網的“云”技術

　　以獲得最佳的彈性效益為目的，基于物聯網背景下的云端信息存儲、計算能力和用戶大數據的有機結合也是一個需克服的技術難題。考慮用電區域內的影響因素，利用互聯網通信、“云”存儲和大數據云計算技術對區域內關鍵負荷進行分析，對潮流進行優化，對將要出現的新型柔性負荷，如智慧樓宇、電動汽車充電樁等進行分布排列。

　　基于上述背景，文獻 26 為了提高彈性效益，將關鍵負荷在災害前進行合理配置，在災害后進行移動儲能，有效提升了系統故障前的預防能力和故障后的恢復能力;不難發現，保證新型負荷的合理分布，可從源頭上緩解電網彈性壓力，提升彈性電網的魯棒性;文獻[27]通過系統受擾動的實時數據，針對電網彈性恢復速度提出了一種多元化的存儲優化，可及時通過云端保存系統受損前的運行數據，系統穩定后迅速響應至初始運行狀態。

　　值得注意的是，在彈性電網未觸發彈性恢復力的運行狀態時，首先使用“云”技術實時搜集所有能源模塊的工作數據，通過大數據模擬仿真技術來對能源模塊間的能量進行預測，其次利用物聯網大數據可視化技術計算分析出彈性評估值，針對該區域的電能質量結合歷史災害數據庫進行優化，最后擬定出合理的建設方案，應用各控制技術對系統進行及時的資源調度。

　　3.5 基于高壓的柔性

　　交直流輸電技術隨著綠色清潔發電設備在電力系統中的占比越來越高，用戶對用電可靠性的要求越來越嚴，建設一套普適、綜合的彈性電網架構已迫在眉睫[2 。文獻 9]提出了柔性交直流輸電技術建設交直流混合的新體系，在新體系下通過電力電子變壓器聯絡交流電網和直流電網可有效提升了電網的彈性 這種方法緩解了負荷高密度地區的運行壓力，從而提高了電力系統的彈性與魯棒性。

　　文獻 30 通過在彈性電網中進行柔性輸電模擬，一定程度上控制電網系統潮流、解耦功率和調節電壓幅值，提高了電網性能，但為了滿足今后彈性電網大規模并網及遠距離傳輸的需求，統籌高彈性電網規劃和骨干網架構等方面的理論，建設用于高壓的柔性交直流輸電骨干網十分必要。現代電力系統已經跨入柔性交直流輸電的快速發展期，對用于高壓的柔性交直流輸電技術的發展與改良必會對高彈性電網的建設起到重要作用。

　　4 彈性電網發展趨勢展望

　　4.1 彈性電網發展趨勢

　　電網的發展終會趨于智能化，為了對彈性電網有更為深入的了解，這里簡單闡述一下智能電網和彈性電網的區別和聯系。智能電網(Smart Grid)是一種通過使用各種數控技術使電能從電廠輸配到用電用戶，并進行智能管理和運營的新型能源節約型電力網絡，其本質是能源替換和信息兼容。發展智能電網首先需要有足夠的投資，即需要在龐大的輸電網上安裝足夠數量的傳感器以及可雙向通信的智能電表，這樣才能實時監控系統。

　　其次需配備十分健全的電子計算機系統和通信系統，目前做到集成化通信的統一因實際情況復雜多變還存在著一定難度。最后需要運算器具有足夠的運算能力，可精準計算出作為系統經濟運營和安全管理的可靠數據。彈性電網的研發主要是探究各種影響電網事件的故障模式，并基于當地電網實際情況提出合理的彈性恢復力評估方法或指標，給出可行的電網的彈性提升策略。

　　近年來，全球已因電力系統對難以預測的極端災害事件準備不足而頻發事故，這無疑體現了用追求發電和輸配電的投資冗余來規避事故、保障電網的性價比較低。相比之下，彈性電網可喚醒電網中海量低成本沉睡資源的，在應對小概率 高影響事件時可做到可靠運行，綠色運營。

　　智能電網顧名思義是電網的智能化，是基于集成高速雙向通信網絡技術，通過使用各種先進的傳感、測量技術和控制技術等來全面支撐、支持系統完成電網安全運行、經濟運營的電力網絡。其主要特征包括抵御自愈干擾、保障保護用戶、提供優質電能、以及優化電力市場資源等。顯然，具備彈性的彈性電網無疑是電網智能化的重要表現形式，即高彈性電網是更具備發展潛力的智能電網。

　　5 結束語

　　本文首先介紹了彈性恢復力理論以及彈性電網的基本概念，說明了在電力系統中彈性電網較傳統電網擁有更強的抵御力，在系統遭遇突發災害可更好地進行恢復作業。隨后為了充分提升彈性電網的恢復力并改善電網性能，在我國電力電網的發展現狀上分析了目前和未來彈性電網發展的若干關鍵技術。最后基于研究現狀將彈性電網的發展趨勢分為交聯化、數據化與集成化三個階段并對其研究進行了展望。彈性電網的研究在我國尚且處于起步階段，很多理論仍需要豐富完善，為同國際研究水平保持同步甚至占據優勢，我國應立刻開展彈性電網的相關研究。

　　參 考 文 獻：

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　　作者：李寧，安卓爾，張世乾，肖子涵，王曄琳，李壯