朱 超，王 蕾，姚 宇，戴 攀，高 強(qiáng)

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州 310000；2.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，杭州 310027；3.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州 310007）

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出［1］，我國(guó)正在加快推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，新能源大規(guī)模發(fā)展并逐漸成為電力供應(yīng)主體是必然趨勢(shì)［2］。電源結(jié)構(gòu)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的變革將對(duì)城市供電安全產(chǎn)生深刻影響［3］。因此，開(kāi)展新型電力系統(tǒng)背景下的城市供電安全研究，對(duì)于在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中夯實(shí)城市供電安全，提出融合創(chuàng)新、協(xié)同共進(jìn)的發(fā)展舉措，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在全球化、工業(yè)化、數(shù)字化、城市化、農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化“五化”疊加下，城市成為風(fēng)險(xiǎn)的集散地和聚集地，各種風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)和非常規(guī)突發(fā)事件作用于城市區(qū)域，其負(fù)面影響將進(jìn)一步放大。城市作為電力負(fù)荷中心［4］，具有負(fù)荷密度高、重要用戶密集、安全可靠性和供電質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定和諧和人民群眾生產(chǎn)生活的平穩(wěn)有序。2021 年2月，美國(guó)德克薩斯州遭遇冰雨、冰凌、降雪等極端天氣，多臺(tái)發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行，電力負(fù)荷迅速增長(zhǎng)，電力需求量遠(yuǎn)超供應(yīng)量，德州不可避免地發(fā)生大面積的停電事故［5］。2012 年7 月，印度北部、東部、東北部3 個(gè)地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生大面積停電，印度電網(wǎng)損失電力負(fù)荷約4.8 GW，超過(guò)6 億電力用戶受到影響，超過(guò)一半的印度人口受到停電影響，本次印度停電事故是歷史上影響人口最多的一次大停電事故［6］。2019年8月，英國(guó)英格蘭、威爾士區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模停電事故，將近100萬(wàn)人受到影響［7］。2021年9月中旬我國(guó)東北地區(qū)風(fēng)電出力下降疊加煤炭緊缺，導(dǎo)致罕見(jiàn)的居民負(fù)荷拉閘限電事件。2021 年7 月鄭州的特大暴雨災(zāi)害擊垮了既有的應(yīng)急防御體系，城市電力系統(tǒng)陷入癱瘓。2021 年7 月，西安城區(qū)西郊出現(xiàn)了大面積限電，停電范圍涉及昆明路、太白南路等多個(gè)地區(qū)，停電時(shí)間在7.5～13 h 不等。面對(duì)這些極端事件和重大停電事故，應(yīng)認(rèn)真審視城市電力系統(tǒng)是否可以有效應(yīng)對(duì)，積極謀劃有效的應(yīng)對(duì)策略，防止“灰犀牛”事件的重演。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文分析了新型電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中城市電網(wǎng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)，包括電源供應(yīng)趨于不穩(wěn)定、電網(wǎng)形態(tài)趨于復(fù)雜化、系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題凸顯、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)壓力倍增4方面的原因。然后梳理了國(guó)內(nèi)外大停電事故，總結(jié)其發(fā)生原因。接著提出了風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)鏈理論和風(fēng)險(xiǎn)阻斷措施，基于該思路，對(duì)國(guó)內(nèi)外重大供電安全事故進(jìn)行推演分析，制定了風(fēng)險(xiǎn)阻斷細(xì)化方案，基于推演分析及阻斷方案，提出了實(shí)際電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程及風(fēng)險(xiǎn)阻斷推演框架。最后給出保障新型電力系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中的城市供電安全提升建議。

1 新型電力系統(tǒng)城市電網(wǎng)新型風(fēng)險(xiǎn)

1.1 新型電力系統(tǒng)

2021 年3 月15 日，習(xí)近平總書(shū)記在中央財(cái)經(jīng)委第九次會(huì)議上提出，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。這是對(duì)能源電力發(fā)展的系統(tǒng)闡述，明確了新型電力系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)中的基礎(chǔ)地位，為能源電力發(fā)展指明了方向、提供了遵循［8］。新型電力系統(tǒng)建設(shè)是能源電力綠色轉(zhuǎn)型、引領(lǐng)“雙碳”目標(biāo)的必由之路［9］，也是城市供電安全提升的必然舉措。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是以新能源為供應(yīng)主體，以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展電力需求為首要目標(biāo)，為城市供電安全提升帶來(lái)了新的思路和歷史性機(jī)遇。

1.2 新型電力系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中的城市電網(wǎng)新型風(fēng)險(xiǎn)

新能源一般指非水可再生能源和非常規(guī)能源，現(xiàn)階段主要是風(fēng)電、光伏和生物質(zhì)能，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性［10］。隨著“億級(jí)電網(wǎng)”時(shí)代的到來(lái)，受端電網(wǎng)新能源和外來(lái)電的不確定性進(jìn)一步凸顯，“電源性缺電”“電網(wǎng)性缺電”雙重壓力并存，能源電力安全可靠、清潔低碳、經(jīng)濟(jì)高效的“三元矛盾”更加突出［11］。隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，大規(guī)模新能源和高比例電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)，為電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)了的新型風(fēng)險(xiǎn)［12］。

1）電源供應(yīng)趨于不穩(wěn)定。零碳電源主力化過(guò)程中，新能源將逐步成為裝機(jī)主體、出力主體和電力供應(yīng)主體，能源供應(yīng)呈現(xiàn)出“風(fēng)光領(lǐng)跑、多源協(xié)調(diào)”的格局［13］。主體電源由化石電源占主導(dǎo)向清潔電源主導(dǎo)轉(zhuǎn)變，出力向強(qiáng)不確定性、弱可控性轉(zhuǎn)變。以光伏、風(fēng)電、生物質(zhì)能發(fā)電為代表的可再生能源快速增長(zhǎng)。城市電網(wǎng)將呈現(xiàn)本地可控電源占比減少、分布式新能源和外來(lái)電占比上升的“空心化”特點(diǎn)，調(diào)節(jié)資源匱乏，電力供需失衡形勢(shì)嚴(yán)峻。

2）電網(wǎng)形態(tài)趨于復(fù)雜化。電網(wǎng)形態(tài)多元化過(guò)程中，電力供應(yīng)由“源隨荷動(dòng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸春苫?dòng)”，電網(wǎng)形態(tài)由單向逐級(jí)向分層（輸電網(wǎng)－配電網(wǎng)－微電網(wǎng)）分區(qū)（多配電網(wǎng)平衡區(qū)、微電網(wǎng)群）雙向互動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和能源供給形式的復(fù)雜程度大幅上升［14］。交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)廣泛互聯(lián)，傳統(tǒng)工頻交流匯集、低頻交流組網(wǎng)；配電網(wǎng)從無(wú)源到有源，從輻射狀交流網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)格狀交直流互聯(lián)型功率自平衡形態(tài)演化，區(qū)域內(nèi)自治共享、多能互補(bǔ)互濟(jì)、供需實(shí)時(shí)互動(dòng)。

3）系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題凸顯。系統(tǒng)運(yùn)行柔性化過(guò)程中，大規(guī)模儲(chǔ)能與靈活互動(dòng)資源將直接參與電力系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜程度大幅提高，電網(wǎng)控制難度明顯加大［15］。一是故障特征更加復(fù)雜，交流故障呈現(xiàn)出電流幅值受限、相位受控等新特征，柔性直流故障呈現(xiàn)出電流上升速度快、幅值大、非線性等新特征。二是故障判別更加困難，電流差動(dòng)等交流保護(hù)原理在極端場(chǎng)景下可能發(fā)生拒動(dòng)，暫態(tài)量直流保護(hù)可靠性有待提升。三是系統(tǒng)慣性下降，局部故障在新能源脫網(wǎng)和直流輸電換向失敗等連鎖反應(yīng)下可能影響電網(wǎng)全局，連鎖故障導(dǎo)致大停電的潛在風(fēng)險(xiǎn)增加。

4）網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)壓力倍增。“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離”的防護(hù)原則足以抵御絕大多數(shù)的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攻擊［16］。但隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，一方面接網(wǎng)終端指數(shù)式增長(zhǎng)，海量用戶側(cè)可調(diào)資源參與統(tǒng)一調(diào)控，電力通信接入網(wǎng)向電源側(cè)、用戶側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)全面延伸。另一方面網(wǎng)絡(luò)邊界不再清晰，公用網(wǎng)絡(luò)分散連接信息內(nèi)網(wǎng)，各種智能終端與公司網(wǎng)絡(luò)交互聯(lián)通，網(wǎng)絡(luò)通信內(nèi)生安全和主動(dòng)防御能力受到極大的考驗(yàn)。

2 國(guó)內(nèi)外重大停電事故梳理

2.1 美國(guó)德州大停電

2021 年2 月14 日夜間起，美國(guó)德州接連遭遇凍雨、冰凌、降雪等極端天氣，導(dǎo)致電力需求遠(yuǎn)超供應(yīng)量。2 月15 日，ERCOT（德州電力可靠性委員會(huì)）宣布進(jìn)入能源緊急狀態(tài)，并于01：23 左右開(kāi)始在全州運(yùn)營(yíng)區(qū)域內(nèi)實(shí)施輪流停電。本次停電導(dǎo)致最大切除2 GW的電力負(fù)荷，影響了超過(guò)480萬(wàn)的電力用戶，德州當(dāng)?shù)鼐用竦墓┧?、供熱都受到不同程度的影響。本次停電事件是德州電力系統(tǒng)在極寒天氣下無(wú)法適應(yīng)短時(shí)電力負(fù)荷激增且發(fā)電廠出力受限情況下，德州供電部門(mén)通過(guò)減少負(fù)荷保障電網(wǎng)正常運(yùn)行的“拉閘限電”行為。

2.2 印度大停電

印度當(dāng)?shù)貢r(shí)間2012 年7 月30 日02：33，北部電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故，損失了大約3.6 GW的電力負(fù)荷，影響了印度30%的人口，約為3.7 億人。當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月31日13：00左右，印度北部、東部、東北部3個(gè)地區(qū)再次發(fā)生大面積停電事故，損失負(fù)荷約4.8 GW，超過(guò)50%的印度人口受到影響（超過(guò)6億人）。這次印度大停電事故是世界上迄今為止影響人口最多的事故。本次停電事故原因一是事故前線路大量停運(yùn)嚴(yán)重削弱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，為大停電埋下了隱患；二是北部地區(qū)超計(jì)劃用電導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線重載運(yùn)行，保護(hù)動(dòng)作跳閘，觸發(fā)了隨后的連鎖反應(yīng)。

2.3 英國(guó)大停電

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2019 年8 月9 日17：00，英國(guó)英格蘭、威爾士地區(qū)發(fā)生大規(guī)模停電事故。事故從英格蘭的中東部地區(qū)和東北部海域開(kāi)始傳播，最終導(dǎo)致英格蘭與威爾士大部分地區(qū)停電，影響了英國(guó)大概100萬(wàn)人口。本次停電事故直接原因一是雷擊引起線路停運(yùn)以及后續(xù)誘發(fā)的一系列故障；二是海上風(fēng)電場(chǎng)涉網(wǎng)技術(shù)特性的不足、分布式電源涉網(wǎng)保護(hù)配置的不合理以及小巴福德電站的網(wǎng)源協(xié)調(diào)存在的不足導(dǎo)致了海上風(fēng)電場(chǎng)、燃?xì)怆娬?、分布式電源疊加脫網(wǎng)，致使損失的電源功率累計(jì)超出了英國(guó)電網(wǎng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 韓國(guó)大停電

2011 年9 月15 日，韓國(guó)首爾、仁川、釜山、大田、京畿道、江原道、忠清北道、忠清南道、慶尚南道等地陸續(xù)發(fā)生大規(guī)模停電事件。各地紅綠燈熄滅，交通癱瘓；銀行的自動(dòng)提款機(jī)停止運(yùn)作，手機(jī)沒(méi)有信號(hào)；市中心寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、中小企業(yè)、棒球場(chǎng)、電影院、大型超市和購(gòu)物中心等均陷入一片混亂。停電家庭多達(dá)212萬(wàn)戶（2011年韓國(guó)全國(guó)人口約5 000 萬(wàn)）。各大醫(yī)院?jiǎn)?dòng)了自備發(fā)電機(jī)才避免大礙。備有獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的三星電子、現(xiàn)代汽車、SK能源、浦項(xiàng)制鐵等大企業(yè)也沒(méi)有受到這次大規(guī)模停電事件影響。

2.5 鄭州內(nèi)澇

2021 年7 月，鄭州出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)降雨天氣，鄭州全市普降大暴雨、特大暴雨，累積平均降水量達(dá)到449 mm。鄭州地區(qū)共計(jì)45 座變電站站區(qū)進(jìn)水，占全部變電站的13%，其中500 kV 2 座、220 kV 7座、110 kV 29座、35 kV 7座。特大暴雨期間，由于站內(nèi)積水過(guò)深危及設(shè)備正常運(yùn)行，共計(jì)10 座變電站主動(dòng)停運(yùn)避險(xiǎn)，占全部變電站的3%。35～220 kV 輸電線路停運(yùn)共計(jì)29 條，其中主動(dòng)避險(xiǎn)停運(yùn)12 條、設(shè)備故障跳閘17 條。停運(yùn)10 kV配電線路479條、開(kāi)閉所472個(gè)，倒桿10 kV線路7 886 基、0.4 kV 9 074 基、斷線1 732.8 km，造成12 425 個(gè)臺(tái)區(qū)、1 263 個(gè)居民小區(qū)、126.63 萬(wàn)戶及89戶重要用戶停電。20座110 kV及以下變電站通信故障，其中9座因光纜中斷造成通信全部失去，11 座因變電站迫停等電源問(wèn)題造成通信全部失去。

2.6 西安大停電

2021 年7 月14 日，西安城區(qū)西郊出現(xiàn)了大面積限電，停電范圍涉及昆明路、太白南路、西三環(huán)沿線等多個(gè)地區(qū)，停電時(shí)間在7.5～13 h 不等，主要分為超電網(wǎng)供電能力停限電以及電網(wǎng)故障停限電兩類，其中絕大部分為超電網(wǎng)供電能力停限電。原因一是用電需求激增，西安地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展是用電需求激增的主要原因，高溫酷暑是入夏以來(lái)用電供需矛盾突出的重要推手，另外，老舊小區(qū)供配電改造釋放用電需求。二是電網(wǎng)建設(shè)滯后，西郊區(qū)域主供電源為330 kV 河寨、草灘變電站，變電容量為3×360 MVA，均已接近滿載，近三年來(lái)持續(xù)重載運(yùn)行，規(guī)劃的330 kV 西郊變電站因?yàn)檫M(jìn)站1 km 左右輸電線路無(wú)法建成導(dǎo)致不能投產(chǎn)。

通過(guò)對(duì)近期國(guó)內(nèi)外重大供電安全事故的調(diào)查和原因分析，如表1 所示，確定各事故的風(fēng)險(xiǎn)源，梳理其風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)機(jī)制，并針對(duì)性提出消滅風(fēng)險(xiǎn)源、阻斷風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)或降低事故損失的有效手段。

表1可見(jiàn)，以上重大事件囊括國(guó)內(nèi)外近期發(fā)生且影響范圍廣、后果嚴(yán)重的各類事件，對(duì)保障新型城市供電安全有重大借鑒意義。在逐個(gè)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)阻斷方案進(jìn)行分類梳理，形成以下結(jié)論：風(fēng)險(xiǎn)源可分為大電源失去、極端災(zāi)害影響、電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱、電網(wǎng)設(shè)備故障、人為因素影響、外力破壞影響、新能源脫網(wǎng)。

表1 國(guó)內(nèi)外重大停電事故分析

3 風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)與阻斷

當(dāng)前城市電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)正呈現(xiàn)信息-物理-社會(huì)耦合的復(fù)雜局面，一旦促發(fā)蝴蝶效應(yīng)式的風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)，將可能誘發(fā)嚴(yán)重后果。城市供電安全風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)，是指在不可避免的內(nèi)外部因素作用和影響下，初始時(shí)刻某一傳導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的不確定性（即風(fēng)險(xiǎn)源），依附于某種傳播媒介或傳導(dǎo)路徑，通過(guò)某種形式被傳遞或擴(kuò)散為大范圍停電事故，進(jìn)而導(dǎo)致城市正常運(yùn)行發(fā)生偏離或失敗的一系列過(guò)程。城市供電安全風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)包括風(fēng)險(xiǎn)源、傳導(dǎo)媒介、傳導(dǎo)節(jié)點(diǎn)和事故影響4個(gè)基本元素，如圖1所示。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)鏈

基于以上定義，本文將結(jié)合新型電力系統(tǒng)的建設(shè)現(xiàn)狀展開(kāi)潛在風(fēng)險(xiǎn)源的傳導(dǎo)與推演。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)推演與阻斷方法

3.1.1 自然災(zāi)害誘發(fā)型風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)

如圖2所示，短時(shí)強(qiáng)降雨所導(dǎo)致的城市內(nèi)澇首先引起了變電站進(jìn)水以及地下配電房水淹，并逐步發(fā)展為全市大面積停電。而用戶應(yīng)急自備電源的缺失進(jìn)一步擴(kuò)大了事故影響，并最終導(dǎo)致城市運(yùn)行的徹底癱瘓。從阻斷風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)過(guò)程的角度看，可提高變配電設(shè)施防澇、防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)，從而防止風(fēng)險(xiǎn)向電網(wǎng)縱深發(fā)展；確保重要用戶應(yīng)急自備電源合理配置，為重要用戶的可靠供電提供支撐。

圖2 自然災(zāi)害誘發(fā)型風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)鏈

3.1.2 電網(wǎng)建設(shè)滯后型風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)

如圖3所示，地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展是用電需求激增的主要原因，而高溫酷暑是入夏以來(lái)用電供需矛盾突出的重要推手。地區(qū)滯后的電網(wǎng)建設(shè)則進(jìn)一步加劇了城市電網(wǎng)載荷，并最終導(dǎo)致大面積限電停電。為應(yīng)對(duì)此類風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)結(jié)合政策機(jī)制，保障電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度，提升供電能力，滿足負(fù)荷增長(zhǎng)；同時(shí)建設(shè)高彈性電網(wǎng)，結(jié)合動(dòng)態(tài)增容、分布式潮流控制等手段，提高電網(wǎng)輸送能力和轉(zhuǎn)供能力，大幅緩解階段性的供電能力不足。

圖3 電網(wǎng)建設(shè)滯后型風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)鏈

3.1.3 人為因素破壞型風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)

如圖4所示，電網(wǎng)人員的誤操作導(dǎo)致天然氣機(jī)組跳機(jī)，從而引發(fā)系統(tǒng)頻率驟降。同時(shí)，疊加光伏、抽蓄出力低谷等因素，系統(tǒng)對(duì)頻率穩(wěn)定的控制力持續(xù)弱化，最終一次簡(jiǎn)單的人為誤操作在經(jīng)過(guò)多重因素的耦合與疊加后誘發(fā)了嚴(yán)重的大面積限電事故。阻斷這一風(fēng)險(xiǎn)的方案一是加強(qiáng)外部風(fēng)險(xiǎn)防控，提高人員素質(zhì)；二是配置合理比例的儲(chǔ)能裝置和備用電源，增強(qiáng)應(yīng)急備用能力。

圖4 人為因素破壞型風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)鏈

3.2 針對(duì)國(guó)內(nèi)外重大停電事故的風(fēng)險(xiǎn)阻斷推演

3.2.1 美國(guó)德州大停電

本次事件的直接原因?yàn)槌掷m(xù)寒潮，疊加高度的終端電氣化水平引起的電力供應(yīng)短缺，導(dǎo)致大面積限電，進(jìn)一步對(duì)全球芯片供應(yīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。持續(xù)寒潮為不可控因素，高度的終端電氣化水平亦是新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的目標(biāo)之一，因此應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行阻斷，且這一案例對(duì)新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建具有較大的借鑒意義。一方面氣電作為頂峰電源，由于自身運(yùn)維原因未能發(fā)揮可靠的支撐作用，另一方面電源結(jié)構(gòu)的不合理以及外來(lái)電力的缺失助推了這一事件。因此電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和調(diào)峰電源的可靠支撐是最佳解決方案。美國(guó)德州大停電事件傳導(dǎo)鏈如圖5所示。

圖5 2021美國(guó)德州大停電事件傳導(dǎo)鏈

3.2.2 印度大停電

本次事件的原因?yàn)殡娋W(wǎng)薄弱，大量的聯(lián)絡(luò)線重載跳閘，疊加保護(hù)誤動(dòng)、減載能力不足等原因，導(dǎo)致影響人口最多的大停電。首先風(fēng)險(xiǎn)源即電網(wǎng)薄弱的問(wèn)題為最佳治理對(duì)象，應(yīng)按照目標(biāo)引領(lǐng)、規(guī)劃先行的思路，“一張藍(lán)圖繪到底”，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其次高彈性電網(wǎng)的建設(shè)可有效應(yīng)對(duì)短期的供電能力吃緊，避免事故擴(kuò)大。第三電網(wǎng)保護(hù)的薄弱加劇了風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)和擴(kuò)大，應(yīng)加快電網(wǎng)技術(shù)的升級(jí)特別是保護(hù)控制和協(xié)同防御技術(shù)的創(chuàng)新，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免事故風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大和蔓延。印度大停電事件傳導(dǎo)鏈如圖6所示。

圖6 2012印度大停電事件傳導(dǎo)鏈

3.2.3 英國(guó)大停電

本次事件的直接原因是雷擊跳閘引發(fā)新能源疊加脫網(wǎng)，繼而導(dǎo)致?lián)p失功率超出設(shè)防，反映的是小概率故障引發(fā)大規(guī)模停電的問(wèn)題。破解這一風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)以阻斷風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)為主，對(duì)新能源為主體的新型電力系統(tǒng)運(yùn)行尤其具有借鑒意義，在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中應(yīng)加強(qiáng)新能源控制能力和涉網(wǎng)性能的提升，通過(guò)“三道防線”的優(yōu)化和協(xié)同防御策略的實(shí)施，保障可再生能源對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定支撐。英國(guó)大停電事件傳導(dǎo)鏈如圖7所示。

圖7 2019英國(guó)大停電事件傳導(dǎo)鏈

3.2.4 韓國(guó)大停電

本次事故的直接原因是人為因素，共有三方面：一是負(fù)荷預(yù)測(cè)失敗，供需預(yù)測(cè)項(xiàng)目是于2000年初制定的，間隔十余年，當(dāng)時(shí)的預(yù)測(cè)項(xiàng)目已經(jīng)很難準(zhǔn)確地反映出此后氣候變化頻繁發(fā)生、電力需求增長(zhǎng)高于預(yù)期等現(xiàn)實(shí)情況；二是檢修導(dǎo)致備用容量不足，大量發(fā)電站的檢修導(dǎo)致系統(tǒng)最大可調(diào)出力降低；三是電力部門(mén)應(yīng)對(duì)不當(dāng)，未能提早預(yù)報(bào)拉閘限電，突然停電導(dǎo)致國(guó)民陷入恐慌，事故后，單方面采取了拉閘限電措施，未考慮應(yīng)對(duì)程序。本次事件可歸為技術(shù)落后的原因，應(yīng)通過(guò)提升人員素質(zhì)，提高負(fù)荷預(yù)測(cè)能力從風(fēng)險(xiǎn)源頭解決。韓國(guó)大停電事件傳導(dǎo)鏈如圖8所示。

圖8 2011年韓國(guó)大停電事件傳導(dǎo)鏈

3.2.5 鄭州內(nèi)澇

本次事件的直接原因?yàn)槎虝r(shí)強(qiáng)降雨引起的城市內(nèi)澇，部分專家學(xué)者稱之為百年一遇，屬不可抗因素，因此應(yīng)從風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)過(guò)程尋求突破。方案一，提高變配電設(shè)施防澇、防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)，但設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)濟(jì)性為互斥關(guān)系，不計(jì)成本地提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)防小概率事件顯然不是科學(xué)的防御方案，但確保設(shè)施現(xiàn)狀符合既定規(guī)范可避免大部分的損失。方案二，確保重要用戶防御措施得當(dāng)、應(yīng)急自備電源配置合理。這一方案為兜底性方案，可保障重點(diǎn)崗位、重要業(yè)務(wù)的持續(xù)運(yùn)行，以避免事故范圍擴(kuò)大和事故影響升級(jí)。鄭州內(nèi)澇事件傳導(dǎo)鏈如圖9所示。

圖9 2021年鄭州內(nèi)澇事件傳導(dǎo)鏈

3.2.6 西安大停電

本次事件的直接原因?yàn)殡娋W(wǎng)建設(shè)滯后，疊加夏峰負(fù)荷超預(yù)期，導(dǎo)致變電站重過(guò)載，電網(wǎng)供電能力不足，引發(fā)大面積限電。一是電網(wǎng)建設(shè)滯后這一風(fēng)險(xiǎn)在城市范圍內(nèi)普遍存在，應(yīng)結(jié)合政策機(jī)制保障電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度，提升供電能力，滿足負(fù)荷增長(zhǎng)。二是通過(guò)建設(shè)高彈性電網(wǎng)，結(jié)合動(dòng)態(tài)增容、分布式潮流控制等手段，提高電網(wǎng)輸送能力和轉(zhuǎn)供能力，緩解階段性供電不足并提高資產(chǎn)效率。西安大停電事件傳導(dǎo)鏈如圖10所示。

圖10 2021年西安大停電事件傳導(dǎo)鏈

4 實(shí)際電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

以上針對(duì)每件事故進(jìn)行的災(zāi)害傳導(dǎo)推演及阻斷，對(duì)于評(píng)估實(shí)際電網(wǎng)具有參考和借鑒意義。以美國(guó)德州發(fā)生寒潮為例，一方面，對(duì)該事件進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)推演可以為災(zāi)害場(chǎng)景集的建立提供思路，在評(píng)估實(shí)際網(wǎng)絡(luò)如浙江電網(wǎng)的時(shí)候，可以建立相同的寒潮沖擊模型，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)推演，從而評(píng)估浙江電網(wǎng)在寒潮場(chǎng)景下的可靠性。另一方面，經(jīng)過(guò)美國(guó)德州事故的阻斷分析，可將相同的阻斷方案應(yīng)用于浙江電網(wǎng)，評(píng)估阻斷方案是否能有效解決寒潮帶來(lái)的問(wèn)題或降低寒潮帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)每件事故進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)和阻斷，都為實(shí)際電網(wǎng)評(píng)估提供了災(zāi)害場(chǎng)景集的建模和風(fēng)險(xiǎn)阻斷方案。

在評(píng)估實(shí)際電網(wǎng)時(shí)，需考慮實(shí)際電網(wǎng)自身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。災(zāi)害作用在電網(wǎng)拓?fù)渖系哪骋粋€(gè)節(jié)點(diǎn)或支路時(shí)，需要進(jìn)行最優(yōu)潮流計(jì)算，考慮支路潮流是否超過(guò)支路容量，考慮電網(wǎng)是否滿足穩(wěn)定約束等。評(píng)估流程如圖11 所示。圖11（a）表示對(duì)實(shí)際電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)的推演，根據(jù)第3章重大城市電網(wǎng)事故的分析，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景集，計(jì)算每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)作用在實(shí)際電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)如切機(jī)、切負(fù)荷量、重要用戶損失程度，考慮穩(wěn)定約束進(jìn)行最優(yōu)潮流計(jì)算。圖11（b）表示對(duì)實(shí)際電網(wǎng)施加風(fēng)險(xiǎn)阻斷方案的推演，計(jì)算施加風(fēng)險(xiǎn)阻斷方案后的切機(jī)、切負(fù)荷量、重要用戶損失程度等指標(biāo)，同樣考慮穩(wěn)定約束進(jìn)行最優(yōu)潮流計(jì)算。

圖11 實(shí)際電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程及阻斷推演框架

5 城市供電安全提升舉措

新型電力系統(tǒng)是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的跨越升級(jí)，是清潔低碳、安全高效能源體系的重要組成部分，承載著能源轉(zhuǎn)型的歷史使命。為應(yīng)對(duì)多元風(fēng)險(xiǎn)耦合作用下的新挑戰(zhàn)，本文提出以下舉措阻斷風(fēng)險(xiǎn)，提升城市供電安全。

5.1 強(qiáng)化應(yīng)急保障電源配置

優(yōu)化電源布局，規(guī)劃建設(shè)一批具有靈活調(diào)節(jié)能力、孤島運(yùn)行能力以及黑啟動(dòng)能力的抗災(zāi)保障電源，重點(diǎn)加快杭州、寧波、溫州、舟山等地區(qū)應(yīng)急電源建設(shè)，力爭(zhēng)“十四五”末期全省應(yīng)急備用和調(diào)峰電源容量達(dá)到30 GW。加快建設(shè)充足的具有托底保供和應(yīng)急調(diào)峰作用的氣電機(jī)組，大力發(fā)展抽水蓄能、儲(chǔ)能等系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源，加快樂(lè)清電廠三期等6.32 GW清潔煤電、長(zhǎng)龍山等3.4 GW抽蓄電站建設(shè)，實(shí)現(xiàn)新增天然氣發(fā)電機(jī)組7 GW以上。

5.2 督促用戶加強(qiáng)自身防范

一是動(dòng)態(tài)更新和維護(hù)重要用戶信息清單，督促用戶嚴(yán)格落實(shí)規(guī)范要求，配置應(yīng)急電源、保留應(yīng)急接口，定期開(kāi)展安全檢查、預(yù)防性試驗(yàn)等。二是按照誰(shuí)的資產(chǎn)誰(shuí)負(fù)責(zé)原則，針對(duì)新增配電房，嚴(yán)格執(zhí)行防澇要求，不符合要求的不予驗(yàn)收送電。針對(duì)既有配電房，下發(fā)整改通知，加快落實(shí)1 252座開(kāi)閉所和6 649座地下配電房“下改上”或防澇補(bǔ)強(qiáng)措施。三是強(qiáng)化城市“供電安全、人人有責(zé)”輿論引導(dǎo)，營(yíng)造重安全、知安全、促安全的良好社會(huì)氛圍。

5.3 推動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)施科學(xué)布局

充分發(fā)揮浙江抽水蓄能電站場(chǎng)址資源優(yōu)勢(shì)，加快打造千萬(wàn)千瓦級(jí)抽水蓄能基地建設(shè)，統(tǒng)籌推進(jìn)集中式和分布式抽蓄協(xié)調(diào)發(fā)展，開(kāi)展小水電抽蓄改造。積極發(fā)展“新能源+儲(chǔ)能”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”和綜合能源的發(fā)展模式，研究電化學(xué)、飛輪、壓縮空氣儲(chǔ)能等多樣化儲(chǔ)能形式。深入開(kāi)展氫能全產(chǎn)業(yè)鏈分析，推進(jìn)氫電耦合等新型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用。到2025 年，推動(dòng)抽水蓄能總裝機(jī)容量達(dá)8 GW，新型儲(chǔ)能達(dá)3 GW以上。

5.4 建立健全政策支撐體系

一是健全常規(guī)電源為新能源調(diào)峰的輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制和市場(chǎng)機(jī)制，制定自備電廠管理辦法，鼓勵(lì)自備電廠參與系統(tǒng)調(diào)峰，明確收費(fèi)政策。二是推動(dòng)《浙江省電力條例》立法實(shí)施，保護(hù)電力規(guī)劃選址和路徑，確保依法實(shí)施的電力工程建設(shè)不受任何單位和個(gè)人阻撓、破壞和危害。三是完善需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制，落實(shí)補(bǔ)貼資金來(lái)源，支持用戶廣泛參與需求側(cè)響應(yīng)，為新型電力系統(tǒng)提供全局性調(diào)節(jié)手段。四是加快支持儲(chǔ)能發(fā)展的政策制定，統(tǒng)籌建立合理的儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制，爭(zhēng)取重大風(fēng)險(xiǎn)保障及由于輸變電設(shè)備無(wú)法落地開(kāi)展的儲(chǔ)能項(xiàng)目納入輸配電價(jià)成本。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著雙碳目標(biāo)的提出，中國(guó)正加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。城市作為電力負(fù)荷中心，具有負(fù)荷密度高、重要用戶密集、安全可靠性和供電質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定和諧和人民群眾生產(chǎn)生活的平穩(wěn)有序。因此本文提出新型電力系統(tǒng)背景下的城市供電風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)與阻斷推演方法，分析了新型電力系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中所面臨的新風(fēng)險(xiǎn)，梳理了國(guó)內(nèi)外重大城市供電安全事故，并針對(duì)典型供電安全事故提出細(xì)化阻斷推演方法和實(shí)際電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程及風(fēng)險(xiǎn)阻斷推演框架。最后，給出新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中城市供電安全提升舉措。