智能电网创新——在能源转型时代提高韧性、安全性和可持续性

余贻鑫 ,  刘艳丽 ,  于迪迪

工程（英文） ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (8) : 1 -2.

PDF (1617KB)
工程（英文） ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (8) : 1 -2. DOI: 10.1016/j.eng.2025.07.014
Editorial

智能电网创新——在能源转型时代提高韧性、安全性和可持续性

作者信息 +

Smart Grid Innovations: Increasing Resilience, Security, and Sustainability in the Era of Energy Transition

Author information +
文章历史 +
PDF (1655K)

引用本文

引用格式 ▾
余贻鑫,刘艳丽,于迪迪. 智能电网创新——在能源转型时代提高韧性、安全性和可持续性[J]. 工程（英文）, 2025, 51(8): 1-2 DOI:10.1016/j.eng.2025.07.014

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

在全球气候治理与技术创新的双重推动下，能源体系正经历深刻变革，电力系统也面临根本性重构。智能电网作为这一转型的核心支柱，以其信息物理融合、分布式可再生能源接入和智能数据驱动的特征，正成为新型电力系统的重要支撑。然而，这一融合过程也带来了前所未有的复杂挑战，涉及系统韧性、运行安全、稳定控制与市场机制等多个关键维度。本期特刊汇集5项关键研究，针对上述挑战提出创新方法与深刻见解，助力提升现代电力系统的运行效率、风险抵御能力与可持续性。
在诸多挑战中，极端天气频发对电力基础设施构成严重威胁。李知艺等在本期文中系统梳理了天气威胁的类型，涵盖从飓风、冰暴等短时极端天气，到季风季节出现的可再生能源长期“发电干旱”。研究进一步揭示了这些威胁如何在物理系统与信息系统中引发连锁反应：极端风灾可能同时摧毁输电线路与通信光缆，长期温度异常则会导致线路动态载流量下降，并因大气波导效应干扰无线通信。这类跨域依赖易引发共因故障[如变电站失电导致相连远程终端单元（RTU）失效]与级联故障（如通信中断致使态势感知系统失灵）。为应对这些挑战，作者提出应构建覆盖信息物理系统的全周期韧性体系，具体包括基于先进传感的实时灾害评估、依托数字孪生的资源预配置，以及在通信受限情况下的分布式控制。该框架最终形成一套融合信息侧指标（如可观测性丧失、可控性下降）的定量韧性评估方法，为气候不确定环境下主动配电网（ADN）的韧性提升提供了系统性解决方案。
除应对自然灾害外，低碳转型本身也呼唤市场机制创新。随着“产消者”规模扩大，双向电力流动与碳责任分配问题日益复杂。向月团队开发出一套碳耦合电网费用引导的双层交互优化框架：上层由配电系统运营商（DSO）主导，通过融合碳排放流模型与最优潮流，明确考虑点对点（P2P）交易影响，制定碳耦合网络费用；下层则实现产消者间电能与碳排放权的去中心化P2P市场出清。研究采用改进二分法与自适应交替方向乘子法（ADMM），确保市场均衡快速收敛。在改进的IEEE 33节点系统中进行的测试表明，该模型为未来配电网统筹经济效率、网络安全和碳减排目标提供了可行路径。该框架不仅关注技术运行，更融合经济与环境因素，为解决现代电力系统复杂性问题提供了系统思路。
随着电力电子设备广泛接入，电力系统稳定性分析面临新挑战：当节点电压呈现时变幅频（TVAF）特性时，传统相量分析方法已难以适用。胡家兵团队对电力电子主导电网的功率响应分析进行了范式更新。通过基于原始网络方程与叠加阶跃响应的严格数学推导，他们揭示了有功/无功功率中存在的多时间尺度动态特性，即根源在于电压幅值振荡、频率波动及谐波间相互作用。研究还发现了“电网功率储放”等新现象，对“电感仅传输有功功率”的传统认知形成挑战。通过叠加阶跃响应法与泰勒级数展开，团队论证了快速电压变化如何引发宽频谐波。在工程应用层面，胡家兵团队给出了级数简化的收敛边界，并提出了兼顾主导动态与现实约束的实用表达式。该成果经可再生能源基地现场数据验证，为逆变型电源主导电网的稳定评估与控制提供了关键理论基础。
然而，支撑智能电网韧性的信息基础设施也为电网带来了新型安全威胁。随着分布式电源普及，系统攻击面持续扩大。王琦团队提出一种新型黑盒虚假数据注入攻击（FDIA），不同于以通信网络为目标的传统攻击，该方法直接渗透至分布式电源测量模块内部，通过生成对抗网络（GAN）构建隐蔽攻击向量，可在无需系统详情的条件下绕过常规防护。这项研究警示我们，智能电网依赖的数据驱动算法正面临不断演进的安全威胁，亟须发展新型防御策略以保障系统稳定。作者特别指出，测量模块等以往被忽视的环节可能成为攻击入口，这就要求业界重新审视传统安全体系，发展更具韧性的主动防御机制。
在复杂电网中实现暂态稳定评估，尤其在扰动频发环境下，依赖快速精准的分析工具。刘艳丽与贾瑞芃利用动态安全域（DSR）特有的微分拓扑性质（如无孔洞内域与紧致边界），提出一种两阶段评估方法：第一阶段通过空间划分大幅压缩搜索范围，锁定包含实用DSR（PDSR）边界的临界运行区；第二阶段基于压缩空间中的小样本训练集，采用带梯度惩罚的Wasserstein生成对抗网络（WGAN-GP）快速生成大量临界点，再通过最小二乘法高效拟合超平面形式的PDSR边界。该方法体现了经典电力系统模型与前沿人工智能的深度融合：基于传统分析的空间划分方法与先进的WGAN-GP模型协同工作，既保持了模型的物理可解释性，又借助人工智能（AI）强大的模式识别能力提升评估效率与适应性。在IEEE 39节点系统中的验证表明，这一混合策略可为实时态势感知与安全约束优化提供有力支撑，实现更高效、精确的稳定性评估。
本期特刊中的研究从多个维度推进了智能电网发展：在韧性方面，强化了信息物理系统对自然灾害与隐蔽网络攻击的抵御能力；在稳定分析方面，破解了时变激励下的功率动态规律，实现了基于AI的快速稳定边界生成；在市场机制方面，创新提出了耦合碳责任的点对点交易模式。这些进展共同表明，应对现代电力系统的复杂挑战，既需要深耕专业领域，也必须打破信息物理层与技术经济维度的壁垒，实现跨域融合。
本期特刊中提出的新方法——从GAN攻击模拟、TVAF响应分析、空间加速安全域到碳耦合市场优化——均为未来电网设计提供了关键工具。随着能源转型走向深入，我们相信，只有持续深化工程、计算机科学与经济学之间的跨学科合作，才能构建真正坚韧、安全、可持续的智能电网体系。在此，谨向为这一重要事业作出贡献的各位作者、审稿人与编辑团队致以诚挚谢意。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

AI Summary AI Mindmap
PDF (1617KB)

4998

访问

0

被引

详细
导航
相关文章

AI思维导图

/

〈 〉