張姝 王培懿

研究背景

2022年2月24日，俄羅斯總統(tǒng)普京宣布授權(quán)俄軍開展對(duì)烏克蘭的“特別軍事行為”。俄烏雙方圍繞烏克蘭境內(nèi)重要城市和軍事要地展開激烈爭(zhēng)奪。俄烏沖突期間，雙方使用了大量新型的無(wú)人機(jī)開展了高強(qiáng)度攻防對(duì)抗，如烏克蘭軍隊(duì)使用“旗手”TB-2無(wú)人機(jī)攻擊俄軍車隊(duì)，俄軍使用了“獵戶座”無(wú)人機(jī)投放導(dǎo)彈打擊烏軍指揮所。可見，俄烏沖突中無(wú)人機(jī)在偵察與目標(biāo)指示、精確打擊與控空優(yōu)勢(shì)、通信鏈與指揮控制等方面發(fā)揮了重要作用。

在無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)中，其飛行和續(xù)航能力至關(guān)重要。而動(dòng)力系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)的心臟，直接決定了無(wú)人機(jī)可執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間。與傳統(tǒng)燃料推進(jìn)系統(tǒng)相比，電力系統(tǒng)具有安靜、環(huán)保等重要優(yōu)勢(shì)，高功率密度、能量密度和循環(huán)壽命的電動(dòng)無(wú)人機(jī)是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)電力系統(tǒng)可分為燃料電池系統(tǒng)、鋰二次電池系統(tǒng)以及混合電池體系，主要依賴于電力供電系統(tǒng)為無(wú)人機(jī)進(jìn)行充電服務(wù)。但是，本次俄烏沖突爆發(fā)后，由于受到俄羅斯的導(dǎo)彈襲擊影響烏克蘭近一半的能源系統(tǒng)面臨癱瘓。烏克蘭電力基礎(chǔ)設(shè)備破壞后，基輔許多地區(qū)斷水?dāng)嚯?，無(wú)法為無(wú)人機(jī)提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。因此，為了給電動(dòng)無(wú)人機(jī)提供可靠的充電電源，提高城市供電系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化以及面臨極端災(zāi)害情況下的持續(xù)供電能力顯得尤為重要。

為了提升無(wú)人機(jī)充電系統(tǒng)的抗災(zāi)能力，提高城市電力系統(tǒng)的韌性是解決極端災(zāi)害下抗毀的關(guān)鍵。電力系統(tǒng)韌性是指系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的預(yù)防抵抗能力，災(zāi)害過(guò)程中的吸收響應(yīng)能力以及系統(tǒng)的快速恢復(fù)能力。有學(xué)者建立了致災(zāi)因子與故障概率之間的關(guān)系模型，提出了一種考慮氣象災(zāi)害時(shí)空特性的輸電系統(tǒng)彈性評(píng)估方法。韌性電力系統(tǒng)關(guān)注極端自然災(zāi)害和極端人為攻擊對(duì)電力系統(tǒng)最后一道防線的破壞以致造成大面積停電問(wèn)題，偏向于小概率、大范圍、長(zhǎng)過(guò)程事件對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施或者網(wǎng)絡(luò)通道造成損壞后的恢復(fù)措施。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)極端天氣下的配電網(wǎng)韌性提高措施已展開了廣泛的研究，這些韌性提高措施可以分為三種運(yùn)行狀態(tài)，即規(guī)劃措施（如線路強(qiáng)化、植被管理等）、災(zāi)前預(yù)防措施（如分布式發(fā)電機(jī)、人員等提前調(diào)配）、災(zāi)中/后恢復(fù)措施（如拓?fù)淝袚Q、利用新能源發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、微電網(wǎng)等）。這些措施有效地提高了配電網(wǎng)災(zāi)前的防御力，降低了網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵負(fù)載或發(fā)電單元受損的概率，并且顯著提高了災(zāi)后關(guān)鍵負(fù)載恢復(fù)的速度和供電的質(zhì)量。而針對(duì)人為戰(zhàn)爭(zhēng)等因素引發(fā)的極端災(zāi)害導(dǎo)致的供電癱瘓，目前還鮮有文獻(xiàn)進(jìn)行相關(guān)電力保供措施的報(bào)道。

綜上所述，電動(dòng)無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力與充電系統(tǒng)的可靠性直接相關(guān)，而極端災(zāi)害的不確定性嚴(yán)重威脅著供電的安全、可靠、穩(wěn)定。本文首先分別從極端自然災(zāi)害、極端人為災(zāi)害的角度下簡(jiǎn)要敘述其對(duì)供電系統(tǒng)的影響；由此延伸出為解決該問(wèn)題應(yīng)著重提升供電系統(tǒng)韌性的關(guān)鍵技術(shù)；最后，為應(yīng)對(duì)外部不可抗的緊急災(zāi)害，對(duì)未來(lái)國(guó)防供電系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行了展望。

極端災(zāi)害對(duì)無(wú)人機(jī)充電系統(tǒng)的影響

極端自然災(zāi)害對(duì)供電系統(tǒng)的影響

目前電動(dòng)無(wú)人機(jī)的電源主要依賴于城市配電系統(tǒng)進(jìn)行充電。隨著能源轉(zhuǎn)型的不斷推進(jìn)，風(fēng)電、光伏等清潔能源高比例接入電網(wǎng)，新能源的發(fā)電功率受到自然災(zāi)害的影響越發(fā)突出。其發(fā)電出力隨天氣變化而波動(dòng)，極端氣候條件下出力更是“大起大落”。因此，供電系統(tǒng)一旦發(fā)生大范圍停電事故，將連鎖產(chǎn)生諸多次生和衍生災(zāi)害事件，會(huì)產(chǎn)生巨大的直接和間接損失。

極端冰雪自然災(zāi)害下輸電線路嚴(yán)重覆冰和積雪會(huì)引起絕緣子閃絡(luò)、線路跳閘、斷線、倒塔、導(dǎo)線舞動(dòng)和通信中斷等事故。極端暴雨災(zāi)害會(huì)淹沒(méi)配、變電設(shè)備直接導(dǎo)致故障，極端暴雨時(shí)溫度和濕度等環(huán)境劇烈變化，配電設(shè)備會(huì)出現(xiàn)受潮凝露，改變了配電設(shè)備故障概率。2021年2月18日，美國(guó)得州暴風(fēng)雪災(zāi)情嚴(yán)重造成交通中斷與電網(wǎng)癱瘓，市民生活受到嚴(yán)重影響。2021年7月，河南發(fā)生特大暴雨，降雨量高達(dá)202mm/ h，造成鄭州等城市嚴(yán)重內(nèi)澇，40多所35kV及以上變電站、1000多條10kV及以上配電線路停運(yùn)。極端地震災(zāi)害發(fā)生后，交通網(wǎng)與配電網(wǎng)都將受到不同程度的損壞，如架空電線桿倒塌造成配電網(wǎng)線路損壞，道路損壞造成交通網(wǎng)受損從而影響搶修資源的調(diào)度等。2008年5月12日，我國(guó)四川省汶川縣發(fā)生8.0級(jí)特大地震，使得川西北電網(wǎng)癱瘓，四川省全網(wǎng)瞬時(shí)損失負(fù)荷達(dá)31.8%，造成了綿陽(yáng)、廣元、巴中等多地區(qū)停電。

極端人為災(zāi)害對(duì)供電系統(tǒng)的影響

人類對(duì)電力的依賴越來(lái)越大，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，曾出現(xiàn)一國(guó)為了獲得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利，采用非常手段破壞另一個(gè)國(guó)家的電力系統(tǒng)，一旦國(guó)家的電力系統(tǒng)遭受到攻擊，將帶來(lái)毀滅性打擊。因此，電力系統(tǒng)的物理攻擊和網(wǎng)絡(luò)攻擊成為了戰(zhàn)爭(zhēng)中攻擊的高價(jià)值目標(biāo)。

1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)對(duì)伊拉克的供電設(shè)施實(shí)施空襲，使其85%的電力供應(yīng)陷入癱瘓。1999年，北約對(duì)南聯(lián)盟使用空襲，炸毀了大量的電力供應(yīng)設(shè)施和交通樞紐。2019年3月7日，委內(nèi)瑞拉電力系統(tǒng)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊，導(dǎo)致全國(guó)交通癱瘓、醫(yī)院手術(shù)中斷、所有通訊線路中斷。3月8日和3月9日在供電恢復(fù)的過(guò)程中，該國(guó)再次遭受持續(xù)性的電磁攻擊。2022年10月，俄軍的打擊目標(biāo)轉(zhuǎn)為烏克蘭的戰(zhàn)爭(zhēng)潛力—基礎(chǔ)設(shè)施，首要目標(biāo)就是其輸變電系統(tǒng)，隨著而來(lái)的嚴(yán)冬，烏克蘭電力設(shè)施的癱瘓，加速了其在戰(zhàn)場(chǎng)上的潰敗速度。

極端災(zāi)害下無(wú)人機(jī)充電系統(tǒng)抗毀性智能提升技術(shù)

供電系統(tǒng)抗毀性智能評(píng)估技術(shù)

抗毀性評(píng)估是系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和薄弱環(huán)節(jié)識(shí)別的重要方法，評(píng)估結(jié)果可用于支撐電網(wǎng)運(yùn)行決策和投資建設(shè)。有效的電力系統(tǒng)抗毀性評(píng)估框架應(yīng)致力于將破壞性事件發(fā)生的可能性以及影響降至最低，并為資源的部署調(diào)度提供正確的指導(dǎo)，以便在事件發(fā)生時(shí)高效地響應(yīng)和恢復(fù)。目前電力系統(tǒng)抗毀性評(píng)估的方法有兩類，一類是定性法包括問(wèn)卷調(diào)查法、矩陣分析法、層次分析法。另一類是定量評(píng)估包括統(tǒng)計(jì)法、推理分析法、仿真模擬法。由于定性評(píng)估對(duì)評(píng)價(jià)者有一定依賴性，較為主觀，而在定量評(píng)估中仿真模擬法很容易與場(chǎng)景結(jié)合，易于理解和接受，基于仿真模擬法的電力系統(tǒng)評(píng)估框架具有一定的優(yōu)勢(shì)，包括嚴(yán)重災(zāi)害下故障場(chǎng)景生成、系統(tǒng)響應(yīng)與恢復(fù)模型構(gòu)建、抗毀性指標(biāo)體系構(gòu)建、評(píng)估結(jié)果應(yīng)用四個(gè)部分。

構(gòu)建嚴(yán)重災(zāi)害模型，需要構(gòu)建元件故障概率與致災(zāi)因子強(qiáng)度之間函數(shù)關(guān)系模型，最后將災(zāi)害模型與脆弱性模型結(jié)合，通過(guò)隨機(jī)抽樣生成嚴(yán)重災(zāi)害中電力系統(tǒng)元件故障場(chǎng)景。系統(tǒng)響應(yīng)模型用于分析極端事件和控制措施作用下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或狀態(tài)變化，系統(tǒng)恢復(fù)模型用于分析運(yùn)行控制、應(yīng)急搶修等措施作用下系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程?？箽灾笜?biāo)體系是評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)韌性水平的準(zhǔn)繩，指標(biāo)體系構(gòu)建包括指標(biāo)劃分和指標(biāo)度量?jī)蓚€(gè)方面，但目前系統(tǒng)抗毀性評(píng)估大多從技術(shù)維度出發(fā)，側(cè)重于評(píng)價(jià)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)抗毀性或功能抗毀性，很少?gòu)慕?jīng)濟(jì)、社會(huì)維度關(guān)注抗毀性不足帶來(lái)的潛在性或間接性后果?？箽蕴嵘桨傅臎Q策者除了關(guān)心單一提升措施可行性和有效性外，還需要考慮其經(jīng)濟(jì)性，基于評(píng)估結(jié)果的抗毀性提升方案制定為多目標(biāo)、多決策變量的智能優(yōu)化問(wèn)題。

能源互聯(lián)網(wǎng)的多能靈活互補(bǔ)技術(shù)

從城市發(fā)展的角度城市能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)單一能源的縱向貫通和多種能源之間的橫向融合具有重要意義。從能源利用的角度，城市能源互聯(lián)網(wǎng)使得城市內(nèi)多樣化能源實(shí)現(xiàn)了物理上的互聯(lián)互通和能量上的融合互濟(jì)，大大提高了區(qū)域能源的靈活性和利用效率。

在城市能源互聯(lián)網(wǎng)中各種形式的能源通過(guò)供冷系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)以及新型的管理模式，將各種多樣化的能源進(jìn)行縱向貫通和橫向融合，形成一個(gè)能量互補(bǔ)和信息互聯(lián)互通的區(qū)域能源平臺(tái)。其中，供冷系統(tǒng)由供冷管網(wǎng)組成，與電—冷轉(zhuǎn)化設(shè)備、地源熱泵、冷熱電聯(lián)供設(shè)備和儲(chǔ)冷裝置相連接，滿足用戶對(duì)供冷的需求；熱力系統(tǒng)由熱力管網(wǎng)組成，與冷熱電聯(lián)供機(jī)組、光熱機(jī)組、鍋爐以及儲(chǔ)熱裝置相連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能的統(tǒng)一匯集與調(diào)配；電力系統(tǒng)連接各種發(fā)電機(jī)組及電能轉(zhuǎn)化裝置，以實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、匯集、分配和消費(fèi)，并通過(guò)各種轉(zhuǎn)化裝置實(shí)現(xiàn)電能和其他種類能源的轉(zhuǎn)換；燃料系統(tǒng)包含石油、天然氣等燃料的供應(yīng)管網(wǎng)，是城市能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，通過(guò)燃油汽車和燃?xì)馄嚺c交通系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，并分別通過(guò)燃?xì)鈾C(jī)組和燃?xì)忮仩t與電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)；交通系統(tǒng)由各種交通形式交通混合組成的系統(tǒng)，通過(guò)電動(dòng)汽車和電氣化軌道交通與電力系統(tǒng)互聯(lián)，通過(guò)燃油汽車和燃?xì)馄嚺c燃料系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。

城市能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包含單一能源系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行和多種能源之間的轉(zhuǎn)化兩部分。城市配電系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?yōu)化包括分布式電源靈活接入技術(shù)、交直流混合配電網(wǎng)技術(shù)、混合儲(chǔ)能技術(shù)、柔性組網(wǎng)技術(shù)、多樣化負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)、源—網(wǎng)—荷協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)；城市配電系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)化技術(shù)包括多樣化能源混合建模技術(shù)、多類型能源轉(zhuǎn)換技術(shù)、多能源站布局和網(wǎng)絡(luò)混合規(guī)劃技術(shù)、分層分區(qū)分類型能源優(yōu)化控制技術(shù)、城市能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行安全和防御技術(shù)；配電系統(tǒng)建設(shè)支撐技術(shù)包括大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算、區(qū)塊鏈技術(shù)、多元異構(gòu)信息融合技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、5G技術(shù)等。

供電系統(tǒng)靈活性資源智能優(yōu)化技術(shù)

城市電網(wǎng)的源側(cè)、網(wǎng)側(cè)以及荷側(cè)廣泛分布著大量靈活性資源，一方面能提高配電網(wǎng)正常運(yùn)行條件下的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，另一方面能通過(guò)相互協(xié)同減少極端事件下的配電網(wǎng)負(fù)荷損失。源側(cè)的靈活性資源主要有分布式電源、微網(wǎng)以及可移動(dòng)發(fā)電資源。源側(cè)的靈活性資源利用率高、安裝靈活、供電方便，在時(shí)間上具有出力可調(diào)整的時(shí)間靈活性，在空間上具有接入位置可調(diào)整的空間靈活性，具有時(shí)—空協(xié)同配合特性。在復(fù)雜群發(fā)故障的情況下具有為關(guān)鍵負(fù)荷持續(xù)供電的能力，可以減少停電后的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，在極端事件發(fā)生的災(zāi)前—災(zāi)中—災(zāi)后三個(gè)階段根據(jù)不同災(zāi)害的差異化特性調(diào)整恢復(fù)方法，提升城市電網(wǎng)的能量運(yùn)行分配能力和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，加速關(guān)鍵負(fù)荷恢復(fù)過(guò)程。網(wǎng)側(cè)靈活資源包括部署在配電網(wǎng)的自動(dòng)開關(guān)、手動(dòng)開關(guān)，以及線路維修資源。開關(guān)操作通過(guò)改變配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一方面可以在災(zāi)前做做預(yù)先調(diào)整，以降低災(zāi)害對(duì)配電網(wǎng)的影響，另一方面在災(zāi)后可以根據(jù)發(fā)電資源和網(wǎng)架情況對(duì)負(fù)荷恢復(fù)的策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度提高持續(xù)供電能力。網(wǎng)側(cè)的靈活源是通過(guò)改變配電網(wǎng)拓?fù)?，?yōu)化電能流向，使極端災(zāi)害事件后有限的發(fā)電資源能夠更有效地供給關(guān)鍵負(fù)荷，從而提高配電網(wǎng)恢復(fù)力。

此外，荷側(cè)靈活資源也可以提升配電網(wǎng)的彈性，減小重要負(fù)荷的失電率和失電時(shí)間。荷側(cè)的靈活性資源主要包括又需求側(cè)響應(yīng)帶來(lái)的可控柔性負(fù)荷以及用戶對(duì)于停電時(shí)間的容忍度?？煽厝嵝载?fù)荷區(qū)別于傳統(tǒng)的剛性負(fù)荷，具備柔性調(diào)控能力，可以根據(jù)需求改變用電行為。柔性負(fù)荷在災(zāi)害發(fā)生前可以作為負(fù)荷正常運(yùn)行，在災(zāi)中和災(zāi)后可以配合源側(cè)以及網(wǎng)側(cè)資源將緊缺的電能優(yōu)先提供給關(guān)鍵負(fù)荷，電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等雙向能量交換型負(fù)荷還可以作為電源為配電網(wǎng)輸送電能。用戶對(duì)于用電量需求的差異性可以為配電網(wǎng)故障恢復(fù)帶來(lái)時(shí)間和空間上的靈活性。同樣，用戶對(duì)于停電時(shí)間的接受度不同也會(huì)帶來(lái)靈活性。在極端事件發(fā)生后，負(fù)荷側(cè)的靈活性可以將緊缺的發(fā)電資源進(jìn)行更有效的分配，從而提高關(guān)鍵負(fù)荷的持續(xù)供電能力，并配合故障恢復(fù)過(guò)程中的運(yùn)行方式進(jìn)行多階段的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

供電系統(tǒng)分布式微電網(wǎng)供能技術(shù)

極端災(zāi)害無(wú)疑會(huì)造成某些地區(qū)的停電事故發(fā)生，此時(shí)最重要的任務(wù)就是盡快恢復(fù)電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵負(fù)荷，最大限度降低客戶的經(jīng)濟(jì)損失與不良影響。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)恢復(fù)方法是通過(guò)改變配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)恢復(fù)受災(zāi)停電的負(fù)載。然而，當(dāng)面對(duì)極端災(zāi)害時(shí)，區(qū)域變電站可能會(huì)出現(xiàn)故障，以致來(lái)自主網(wǎng)的電能無(wú)法傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)中；同時(shí)配電網(wǎng)內(nèi)的部分關(guān)鍵設(shè)施可能被破壞。有學(xué)者基于體系架構(gòu)提出了一種新的多微電網(wǎng)兩階段能量管理調(diào)度方法。通過(guò)充分利用系統(tǒng)內(nèi)的各種發(fā)電資源，實(shí)現(xiàn)多微電網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)斷開連接情況下的供電最大化。

微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要區(qū)別是：在配電網(wǎng)層面上，微電網(wǎng)內(nèi)添加了一些靈活的電力組件（如分布式發(fā)電單元），從而其操作會(huì)更加靈活；并且可以減少由于集中發(fā)電、長(zhǎng)距離輸電導(dǎo)致的配電網(wǎng)脆弱性?？紤]到極端災(zāi)害來(lái)臨時(shí)，個(gè)別微電網(wǎng)可能會(huì)遭到破壞，或內(nèi)部的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)無(wú)法供應(yīng)所有的負(fù)載的情況，研究者提出了采用讓微電網(wǎng)之間分享發(fā)電和蓄電容量，即一種互補(bǔ)的方法由于儲(chǔ)能系統(tǒng)（energy storage system）利用能源容量和充放電能力的不同，它可以通過(guò)長(zhǎng)期的應(yīng)用（如減少網(wǎng)絡(luò)流量擁擠或提高孤立地區(qū)的供電安全度）提高配網(wǎng)的韌性。有學(xué)者研究了大量的分布式社區(qū)儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)的韌性的影響，建立光儲(chǔ)和風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)模型和負(fù)荷需求響應(yīng)模型，考慮網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中的網(wǎng)損成本，以負(fù)荷恢復(fù)總價(jià)值為最大目標(biāo)，建立了源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化的配電網(wǎng)韌性提升策略。由于其內(nèi)部含有大量的分布式能源，其操作十分靈活，極端災(zāi)害下發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)不確定性，微電網(wǎng)被破壞的幾率很低。然而單一微電網(wǎng)的能源處理能力有限，電力傳輸可由配電操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，操作系統(tǒng)基于微電網(wǎng)群的架構(gòu)，指導(dǎo)其在集群中的參與和互聯(lián)，并確定最佳的電力傳輸協(xié)調(diào)運(yùn)作，加快電力系統(tǒng)的恢復(fù)。

未來(lái)城市國(guó)防供電系統(tǒng)建設(shè)的展望

極端災(zāi)害下平—急兩用供電設(shè)備的建設(shè)

目前地面電網(wǎng)主要供電服務(wù)于民用需求，現(xiàn)有電廠、變電站、配變臺(tái)區(qū)等電能輸送、裝換的環(huán)節(jié)均僅考慮民用負(fù)載。因此，導(dǎo)致極端災(zāi)害下現(xiàn)有的供能方式難以支撐高彈性抗毀傷技術(shù)的落地實(shí)施，因此針對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的極端災(zāi)害，需要研究城市電網(wǎng)平—急兩用的供電設(shè)備。

目前，具備高抗毀傷的裝備通常是高功率短時(shí)沖擊負(fù)荷，在接入電網(wǎng)后，功率變化幅度大，這特種設(shè)備的大規(guī)模接入可能帶來(lái)嚴(yán)重的公網(wǎng)安全問(wèn)題。因此，針對(duì)高抗毀傷的裝備接入城市電網(wǎng)需要開展的技術(shù)：（1）量化電網(wǎng)接口位置選擇指標(biāo)以及接入容量限制。依據(jù)特種裝備系統(tǒng)的組成、工作模式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、供電技術(shù)條件和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出一種描述特種裝備沖擊特性的通用拓?fù)淠Ｐ?。研究城市電網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式，建立城市電網(wǎng)各部分的動(dòng)態(tài)模型，然后研究考慮特種裝備支撐能力評(píng)估的自適應(yīng)尋優(yōu)方法，提高評(píng)估的準(zhǔn)確性和快速性。（2）高抗毀傷沖擊性地面特種裝備接入城市電網(wǎng)時(shí)還需要研發(fā)低壓配電網(wǎng)絡(luò)的短時(shí)大功率脈沖負(fù)載供電裝置，研究脈沖能量的精準(zhǔn)控制、波形的調(diào)節(jié)方案等，解決地面電源供電與裝備接口的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。（3）研發(fā)規(guī)?；胤N裝備接入城市地面電網(wǎng)的優(yōu)化決策軟件。構(gòu)建時(shí)空數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、圖數(shù)據(jù)庫(kù)等模塊實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式的可視化界面設(shè)計(jì)。

極端災(zāi)害下的分布式微能網(wǎng)的建設(shè)

目前我國(guó)供電模式是集中供電模式，它是利用單一大電源對(duì)某一地區(qū)或者某一電網(wǎng)進(jìn)行供電，雖然可以節(jié)省電力傳輸過(guò)程中的損耗，也容易管理，提高效益但是容易受到電源端故障影響。這種供電模式是集中“自上而下”供電，依賴主干網(wǎng)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)少，攻擊目標(biāo)強(qiáng)。如果采用分散式的微能網(wǎng)，可充分發(fā)揮各種能源的產(chǎn)能特征、多能互補(bǔ)、梯級(jí)利用等分布式供能優(yōu)勢(shì)，形成不依賴主網(wǎng)的靈活性供能架構(gòu)。

微能網(wǎng)是一個(gè)集成能源互聯(lián)、轉(zhuǎn)化、耦合、存儲(chǔ)等功能于一體的小型綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)。微能網(wǎng)以配電、配氣、供熱/冷等多種供能系統(tǒng)耦合互聯(lián)形成，與外部能源集線器之間實(shí)現(xiàn)能源的多能互補(bǔ)和就地消納。針對(duì)用戶用能的需求特點(diǎn)和本地資源條件，微能網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)分布式能源生產(chǎn)的互補(bǔ)、能源梯級(jí)利用和高效運(yùn)行。針對(duì)極端災(zāi)害事件下，采用分布式微能網(wǎng)作為新型供電模式，以分散方式在供電區(qū)域附近布置供電、供氣以及供熱/冷等多種形式的供能網(wǎng)絡(luò)，也可以就近區(qū)域進(jìn)行微能網(wǎng)組網(wǎng)，形成微能網(wǎng)群。微能網(wǎng)群主要具備以下優(yōu)勢(shì)：（1）通過(guò)區(qū)域內(nèi)微能網(wǎng)及供能、儲(chǔ)能、用能設(shè)備之間的能源協(xié)調(diào)控制和能源轉(zhuǎn)化互供，微能網(wǎng)群能夠更有效地應(yīng)對(duì)可再生能源和負(fù)荷的不確定性、單一微能網(wǎng)備用容量不足等各種復(fù)雜工況，為區(qū)域提供緊急能源支撐，提高微能網(wǎng)解決能源短缺問(wèn)題的能力。（2）微能網(wǎng)群能更大限度地提升微能網(wǎng)群內(nèi)分布式供能系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能單元的能效，增強(qiáng)區(qū)域整體的供能可靠性、靈活性與運(yùn)行穩(wěn)定性。

極端災(zāi)害下電力物理信息系統(tǒng)攻防智能建設(shè)

現(xiàn)有城市供電系統(tǒng)已發(fā)展成電力網(wǎng)和信息網(wǎng)并重且緊密融合而成的系統(tǒng)。這種將電力網(wǎng)和對(duì)信息網(wǎng)結(jié)合的這種新型電力系統(tǒng)架構(gòu)統(tǒng)稱之為電力信息物理系統(tǒng)。除了單一網(wǎng)絡(luò)的抗毀性提升外，電力網(wǎng)和信息網(wǎng)的交互機(jī)理、建立電力信息物理相依網(wǎng)絡(luò)模型、辨識(shí)信息物理系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、研究電力信息物理系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)失效過(guò)程、抗毀性、攻防博弈以及魯棒性，對(duì)保障大型供電系統(tǒng)的安全具有重要意義。

電力信息物理系統(tǒng)是一次電網(wǎng)與信息系統(tǒng)深度融合而成的二元耦合系統(tǒng)。目前，小世界網(wǎng)絡(luò)模型和無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型的提出推動(dòng)了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的進(jìn)一步發(fā)展，可以通過(guò)使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)分析電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)脆弱性。其次，電網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)的受損將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)連通性下降，發(fā)生在重要節(jié)點(diǎn)上嚴(yán)重災(zāi)害會(huì)引發(fā)級(jí)聯(lián)故障，導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。因此，信息物理系統(tǒng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的辨識(shí)是提高大型城市供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)。最后，對(duì)城市電力系統(tǒng)物理系統(tǒng)的攻防博弈進(jìn)行研究，其一般思路是，首先對(duì)電力信息物理系統(tǒng)攻防行為進(jìn)行建模，確定攻擊者和防御者的資源，給出相應(yīng)的行動(dòng)策略；求解均衡點(diǎn)，得到最優(yōu)的攻防策略。從攻擊者來(lái)說(shuō)，最終的目標(biāo)是對(duì)電力系統(tǒng)造成的破壞性最大；對(duì)防御者來(lái)說(shuō)，目標(biāo)是通過(guò)合理的分配防御資源，使電力系統(tǒng)受到的損失達(dá)到最小。通過(guò)對(duì)極端災(zāi)害下城市電力物理信息系統(tǒng)攻防智能建設(shè)，可以建立城市供電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)體系，并在仿真中測(cè)試電力物理信息系統(tǒng)的抗毀性，并通過(guò)求解攻防魯棒優(yōu)化模型，提升防御攻擊博弈下的魯棒性。

結(jié)論

無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)決定了續(xù)航時(shí)間，也是發(fā)揮無(wú)人機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)作用的重要關(guān)鍵指標(biāo)依據(jù)。目前電動(dòng)無(wú)人機(jī)主要依賴于供電系統(tǒng)進(jìn)行電源的充電，但是由于極端災(zāi)害對(duì)供電系統(tǒng)的安全威脅，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)充電系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定面臨巨大挑戰(zhàn)。為了提升供電系統(tǒng)的抗毀性，本文首先總結(jié)了極端災(zāi)害對(duì)供電系統(tǒng)的影響，并對(duì)現(xiàn)有提升電力系統(tǒng)韌性的智能技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。針對(duì)俄烏沖突等戰(zhàn)爭(zhēng)事件，為了保障供電系統(tǒng)的局部正常運(yùn)行，論文從平-急兩用供電設(shè)備研發(fā)、分布式微能網(wǎng)構(gòu)架、電力物理信息系統(tǒng)智能攻防等提出了國(guó)防供電系統(tǒng)愿景的基本技術(shù)內(nèi)涵。通過(guò)對(duì)正常、極端等工況下供電系統(tǒng)優(yōu)化部署以及智能技術(shù)提升，能夠在極端災(zāi)害面前最小化負(fù)荷的損失，為電動(dòng)無(wú)人機(jī)等電動(dòng)力作戰(zhàn)裝備提供持續(xù)的電力供應(yīng)。