强电磁脉冲威胁与弹性电力系统发展战略

邱爱慈， 别朝红， 李更丰， 李俊娜

(1. 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室， 西安 710049； 2. 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室， 西安 710024)

1 强电磁脉冲环境

1.1 强电磁脉冲环境简介

电磁脉冲(EMP)是多种瞬变电磁现象的统称，描述的是以瞬变电磁场形式出现，能对电子/电力系统产生破坏性电磁效应的能量传递。IEC SC77C定义电场强度大于100 V·m-1的电磁辐射环境为高功率电磁环境(HPEM)。随着技术发展，电磁兼容考虑的电磁环境电场强度已逐步提升至约200 V·m-1。区别于电磁兼容环境，本文所述强电磁脉冲环境一般指电场强度大于1 kV·m-1的瞬态电磁辐射环境。核武器爆炸、高功率微波武器攻击及雷电放电产生各具特征的电磁脉冲。其中，由外大气层核爆产生的高空核爆电磁脉冲(HEMP)因覆盖范围广(半径为103km量级)、攻击强度高和破坏目标多，是威胁最严重的电磁脉冲。因此，本文重点关注HEMP环境。

高空核爆炸在起始瞬间释放γ射线。因高空大气极其稀薄，这些γ射线几乎不受阻碍地直线传播，其中,向下传播的部分在离地面20～40 km高度才逐渐被大气吸收。瞬发γ射线与空气作用产生康普顿电流，电流在地磁场作用下偏转，产生电磁辐射，即HEMP早期环境(E1)。在此之后，缓发γ射线，继续形成康普顿电流，并在地磁偏转作用下持续产生电磁辐射，构成HEMP中期环境(E2)。核爆炸形成的高温等离子体火球向外膨胀时将排斥“挤压”地磁场，在地面产生强度较弱的感应电场，同时核爆炸导致上层稀薄大气电离和膨胀上升，进而在地面感应出地电场和电流，以上过程持续时间在1～100 s量级，产生的电磁场构成HEMP晚期环境(E3)，又称为磁流体动力学电磁脉冲。

HEMP环境典型参数如图1所示[1]。E1电场强度大(104V·m-1量级)、上升时间快(10-9s)，持续数百纳秒，能量的频域主要分布在0.1～100 MHz频段。E2电场降到1～100 V·m-1，变化的时间尺度在1 μs～10 ms，能量的频域主要分布在100 kHz以下。E3的地电场强度由磁场扰动变化率及大地电导率等决定，幅度在0.01 V·m-1量级，脉冲持续可达100 s，主要频段在0.01～1 Hz之间[2]。

图1 典型HEMP时间波形Fig.1 Typical HEMP waveform

1.2 环境相关性

HEMP兼具多种电磁环境的特点，还存在协同效应。其中， E1与静电电磁脉冲均为纳秒时间尺度，但覆盖范围可达103km量级；静电电磁脉冲衰减非常快，范围非常小。E2环境与自然界常见的雷击通道中感应产生的雷电电磁脉冲(LEMP)在频谱范围上类似，但峰值强度比LEMP小很多。LEMP主要频段在10 MHz以下，主频低于1 MHz，电磁场强度与雷电流幅值正相关，且随距离增加而衰减。雷电流峰值可达100 kA量级，在离雷击通道数十米的位置，电场强度可达100 kV·m-1量级，有效作用范围(1～10 km量级)也小得多。太阳风暴引起的地磁暴在地磁场扰动幅度、时间特征、作用范围及感应产生地电场的特性等方面，都可与E3环境相比拟。监测数据表明，特大等级以上的地磁暴产生的地电场强度可达1～10 V·km-1，低于大当量核爆E3(目前标准38 V·km-1)。区别在于，一次地磁暴活动可能持续较长时间，能在一两天内反复多次出现强扰动，而E3只持续数百秒。

2 强电磁脉冲效应机理及对电力系统的危害

2.1 效应机理和主要损伤对象

E1可直接破坏电子信息设备，也能危及电力系统。而E2和E3主要作用于电力系统等广域分布基础设施，导致节点故障或整网瘫痪。HEMP通过天线、电源线、数据线、电力线等的传导耦合作用，或与设备壳体上的孔缝耦合，将电磁能量传递到电子/电力系统内部，在线路上产生大电流,在器部件端口产生高电压，导致局部放电击穿或烧毁，最终造成系统故障失效或瘫痪。图2给出了HEMP与目标作用的机理示意图。

图2 HEMP与目标作用机理示意图Fig.2 Schematic diagram of HEMP damage mechanism on target

E1峰值场强高，主要频段在1～100 MHz，能有效地耦合作用于地面暴露的大多数导体线缆(典型长度1 ～100 m量级或以上)。对于一般的架空电力线，E1作用产生的耦合开路电压可达103kV量级，耦合短路电流可达4 000 A，脉宽100 ns[3]。输变电系统中，电压110 kV等级以下的线路、变电站对雷电冲击的绝缘电压要求一般为几百千伏。E1产生的感应过电压会对110 kV等级以下的线路，产生危害。一般电子设备通常连接长度几米到几十米不等的控制线或信号线，在早期HEMP作用下耦合开路电压可达几十千伏。大部分设备在电磁兼容设计时一般要求耐受1 kV量级瞬变电压，如果屏蔽、接地等措施不到位，线缆端口防护没有足够裕度，很容易被E1引起的浪涌损伤。

因此，E1的损伤机理主要包含2个方面：第一，控制保护和通信等电网二次设备被扰乱或损坏，出现拒动或误动作，不能继续快速隔离故障、保证系统稳定运行；第二，在110 kV及以下的输配电线路和设备上，感应过电压引起绝缘损坏和短路。损伤对象主要包括：1)电网调度控制中心，包括计算机、SCADA/EMS、通信、控制等自动化设备/系统、发电厂DCS及PLC；2)枢纽变电站的二次保护控制设备，如继电保护器、无功补偿装置；3)智能化配电网控制、通信、在线检测等设备/系统；4)直流输电换流阀、光伏发电厂等大型电力电子装备；5)110 kV以下的线路设备，如变压器、绝缘子、断路器等电力设备。

E3主要与长度100 km量级的接地导体回路(如电力系统中的高压输电线路)耦合，能在线路中产生近似直流的地磁感应电流(GIC)，峰值可达1 KA[3]，对远距离的高压输电线路本身影响很小，但对线路末端的大型变压器、断路器及互感器等关键器/部件危害很大。以变压器为例，当GIC流过变压器时，使变压器产生直流偏磁，可造成变压器局部过热，振动、噪声加剧，机械性能及抗短路性能下降甚至故障，引发更大的电网事故。

2.2 国内外评估初步结论

考虑到电力供应的重要性，美国评估认为电力系统的易损性是所有基础设施中最关键的。图3为美国评估电力系统在HEMP攻击下易损性的一个典型案例[1]。由图3可见，在美国中北部俄亥俄州首府哥伦布市上空发生百万吨级核爆炸时，产生的HEMP攻击可以覆盖美国中东部1 700余座高压和超高压变电站，导致图中黑色环线所示区域电力完全崩溃，停电区域面积约178.7 km2，受影响人口1.3亿，占总人口约40%，完全恢复可能要数年。

图3 美国评估电力系统在HEMP攻击下的易损性典型案例Fig.3 Typical case of power system vulnerability evaluation under HEMP in the United States

图4为我国评估电力系统在HEMP攻击下易损性的一个典型案例，以某电网为例，模拟HEMP造成系统500 kV变电站故障时，系统失负荷的情况。算例系统共有49座500 kV变电站，负荷水平为89 800 MW。由图4可见，当受到影响的变电站超过25座时，网络多处解列，系统无法保持供需平衡，处于崩溃状态。

图4 我国评估电力系统在HEMP攻击下的易损性典型案例Fig 4 Typical case of power system vulnerability evaluation under HEMP

以陕西电网部分区域为例，模拟HEMP造成系统330 kV变电站故障时，系统失负荷的情况。算例系统共有750 kV变电站4座，330 kV变电站110座，电网总装机21 279 MW，负荷水平为16 890 MW。模拟电网中某5座变电站受到影响，导致电网全停时的黑启动过程，不同恢复策略下的负荷恢复曲线如图5所示。几种方案下全面复电时长均超过5 h，系统损失负荷超过40 000 MW·h。因此，初步评估认为，HEMP攻击引起的电力系统大面积故障，可能导致系统瘫痪，造成灾难性的后果。

图5 电力系统极端事件后的故障恢复过程模拟Fig.5 Restoration process simulation of power system from blackout caused by extreme events

3 国内外研究现状及应对策略

3.1 美国研究现状

美国将强电磁脉冲防御纳入国家安全战略，重视威胁评估、关键节点加固减缓、应急响应及快速恢复综合策略,已形成较为完善的组织管理体系和相应的标准/规范，具备完善的实验设施和设备等。

在国家层面，美国于2001，2006，2015，2018年4次成立电磁脉冲委员会，积极推进强电磁脉冲的防御，提出快速恢复策略和行动计划。主要包括：2009年，能源部《智能电网报告》首次明确恢复力是智能电网显著特征之一[4]；2010年，国土安全部发表《能源领域专项计划》[5]；2013年，总统政策令PPD-21要求联邦政府统筹协调提高重要基础设施恢复力[6]；2014年，能源部举行国家弹性电力系统研讨会[7]；2015年，总统签署法案，有关电力安全和战略变压器储备[8]；2016年，能源部发布《电磁脉冲恢复力联合战略》[9]；2017年，能源部颁布《电磁脉冲恢复力行动计划》[10]；2018年，能源部设立网络安全、能源安全和应急响应办公室(CSEER)；国防部陆续公布新的“电磁脉冲对美国攻击威胁评估委员会”报告[11]；2019年，总统签署“协调国家对电磁脉冲应变能力”的行政命令[12]；2020年，总统签署行政命令，要求保护美国大电网的安全性、完整性和可靠性[13]。

技术层面主要涉及3方面。1)美国国防部投资7 700万美元启动弹性电力系统建设计划，目标是发展出能应对电力损失的自动化系统，能在电网遭受攻击情况下7天内恢复电力供应。提出对大型电力变压器、应急移动变电站等进行战略储备的计划。有消息表明，该技术已投入应用[14]。2)以提高快速恢复力为导向，研发新技术，制定强电磁脉冲防御行动计划。提出了弹性电网(REG)建设计划，提高电网的快速恢复能力，核心技术是研发具有浪涌电流限制的高温超导电缆，使配电级多个变电站能够互联，为系统潮流提供多条通路，并于2014年在纽约州杨克斯进行安装与测试[15]。3)加强对数据中心的保护。2014年，ETS-Lindgren 公司联手 Page Southerland Page 公司，建成红边脉冲防护系统，保护两层楼的数据中心[16],并达到MIL-STD-188-125(美国国防部接口标准--基于C4I设施高空电磁脉冲防护标准)要求。

在试验条件层面，美国拥有齐备的试验设施。针对通信设备/系统的各种HEMP辐照试验，美国研发数十台/套不同用途的辐照环境模拟装置。针对电力系统等长线缆电压耦合效应研究，美国研发车载高压注入试验设施，用于开展变压器、绝缘子等的绝缘耐受能力考核。另外，美国防部建设长脉冲电流注入试验平台，用于变压器E3损伤试验。

3.2 我国现状与差距

我国学者和产业界在过去很长时间内集中于冰、雪及雷电等自然灾害对电力安全危害的研究，对HEMP等电磁脉冲环境对电力安全危害的关注不够。2013年开始，本文第一作者带领研究团队开始关注基础设施电磁安全问题，先后在中国工程院重点和重大咨询项目的支持下，以电力系统为重点研究关键基础设施面临的电磁脉冲威胁和应对策略，提出将关键基础设施的电磁脉冲防御研究列入国家重点研发计划，分行业建设国家电磁脉冲防护研究中心等建议，在行业内具有一定的影响力。

在应对策略方面，本文第一作者带领的研究团队开展了一系列开创性工作[17-19]。2015年11月，在我国首次提出弹性电网与恢复力的基本概念，探讨我国的弹性电网建设，并提出建议与意见。以“小概率-高损失”极端事件为出发点，结合电力系统可靠性分析和风险评估领域的研究基础，开展了一系列弹性电力系统关键技术研究[17]。2016年，科技部启动国家重点研发计划--“公共安全风险防控与应急技术装备”专项，设置项目“重大事故灾难次生衍生与多灾种耦合致灾机理与规律”。西安交通大学牵头承担了该项目的课题三“地磁暴对油气管网和电网的致灾机理与规律”。2019年，由西安交通大学和中国电力科学研究院共同承担的中国工程院咨询研究项目“能源转型下弹性电力系统发展战略研究”，先后联合国家电网公司、南方电网公司和中国华能集团有限公司，开展效应研究和试验装备研制。

在弹性电力系统关键技术研究方面，国家电网公司大力开展弹性电力系统研究，立项研究能源转型下的弹性电力系统发展战略；中国电力科学研究院成立电力系统非常规状态研究中心，推进电力系统安全防御顶层设计；南方电网公司建设保底电网，力保核心区域和关键用户在极端自然灾害下不停电或少停电；南方电网公司总调设立电力安全风险管控办公室，应对基准风险及极端情况下电力安全风险；2020年4月，国家电网公司浙江省分公司创新性地提出建设“能源互联网形态下多元融合的高弹性电网”，并将此作为国家电网战略在浙江落地的主阵地。

综上所述，与美国相比，我国能源转型背景下的安全风险更加突出。因电源侧灵活性有待提高，电网结构仍有短板，与互联网高度融合的发展趋势使电力系统风险面增加。另外，与美国相比，我国在试验设施和试验数据等方面差距依然较大。但我国电力系统仍具有自身的优势：1)我国电网是近20年唯一未发生重大停电事故的大型电网。2)我国电网具有全盘统筹建设和集中管控调度的体制优势，具有以特高压输变电为代表的制造产业优势。3)我国能源科技创新成果丰硕，包含特高压输电、风光储一体化示范、综合能源服务、虚拟电厂及智慧电厂等。4)我国电网具有推进电网电磁防御的坚实基础和重要发展契机，并具备人才队伍优势。综合分析认为，我国电网目前处于大力发展阶段，及早启动电网HEMP防御适时且必要。

3.3 国内弹性电力系统的提出与发展现状

电力安全关乎国计民生，需要高度重视。电力系统容易遭受各种自然灾害的影响，如2012年的飓风桑迪，导致了美国大规模停电、通信中断、火灾和交通事故，造成了上百亿美元的损失；2018年的台风山竹，也造成我国5省(区)近300万人受灾。此外，电力系统也容易遭受人为攻击的影响，如2015年乌克兰电力部门遭受到恶意代码攻击，造成了数小时的停电事故；2019年3月7日至27日，委内瑞拉电网连续发生了2次大范围停电事故。根据国外媒体报道，委内瑞拉电网停电的原因是陆续遭到了5轮攻击，古里水电站、变电站、变压器及输电线路都成为了攻击目标。由于停电，委内瑞拉部分地区供水、通信及公共交通等受到严重影响，导致民众无法进行正常生活和生产。此次委内瑞拉大面积停电持续时间之长，影响范围之大，十分罕见，使电力安全受到社会的广泛关注。

电力安全的相关研究已取得了一系列的成果，应对以强电磁脉冲为典型代表的极端事件的相关研究也已起步。电力系统作为国家重要基础设施，亟需对极端自然灾害及未来可能发生的人为袭击做好准备，在此背景下，弹性电力系统与恢复力的概念应运而生。学术界对恢复力的准确定义尚没有定论，在电力系统研究中，普遍认同将恢复力定义为电力系统针对小概率高损失极端事件的预防、抵御及快速恢复负荷的能力，将弹性电力系统定义为具有恢复力的电力系统[17-22]。恢复力应对的是小概率高风险的扰动事件，其研究旨在考虑影响电网的各类事件的故障模式，提出能够全面考虑电网特性的弹性电网恢复力评估方法及指标体系，给出切实可行的弹性电网恢复力提升策略。图6为弹性电力系统应对极端事件的基本过程，包括预先准备、抵御、响应与适应和快速恢复4个阶段。

图6 弹性电力系统应对极端事件的基本过程Fig.6 Basic process of resilient power system against extreme events

图7为极端事件发生前后弹性电力系统状态示意图[23]，可以反映弹性电力系统的基本特点，描述了电力系统的负荷损失在极端事件发生前、中、后的变化情况，其中，虚线是常规电力系统负荷损失变化曲线，实线为弹性电力系统负荷损失变化曲线。由图7可见，与常规电力系统相比，弹性电力系统在极端事件下系统负荷损失累积量更小，表现为下降幅度低和持续时间短，这是弹性电力系统的主要特征和优势。弹性电力系统应对极端事件主要有2个方面的措施，即硬件设施上的加强和软件上的恢复策略。前者成本高但效果好，后者成本低但提升效果有限。因此，需要在成本与效果中寻找平衡。弹性电力系统正是寻求这样一种平衡，它在加强重要元件的基础上，通过资源调度及运行策略的优化，提高系统容灾能力，使系统在故障后能快速恢复。

图7 极端事件发生前后弹性电力系统状态示意图Fig.7 Schematic diagram of power system performance during an extreme events

4 弹性电力系统发展战略、发展目标、关键 技术及发展路径

4.1 弹性电力系统发展战略和发展目标

为更有效地应对强电磁脉冲威胁等极端事件，我国弹性电力系统发展战略需要综合考虑电力系统的资源需求、发展趋势、技术现状及国情特点等因素，体现发展弹性电力系统的重要性、前瞻性与可行性。能源转型下系统的不确定性、开放性和复杂性不断增加，电力系统在极端事件威胁下的运行风险急剧增大，立足于我国电力系统规模大、传输距离长、电压等级高及网架结构复杂的特点，结合能源转型的背景，在综合分析弹性电力系统的各项基础条件下，提出我国弹性电力系统发展战略与发展目标。

弹性电力系统的建设可采取“三步走”的发展战略，大力推行关键技术攻关，挖掘电力系统弹性资源，尽快开展工程示范，促进我国电力系统向弹性电力系统模式的转变，力争将现有电力系统提升为具有高抵抗能力、强恢复能力及快响应能力的弹性电力系统，实现在极端事件攻击下电力系统全面恢复与核心区域电网恢复的时间目标。

4.2 弹性电力系统关键技术

开展弹性电力系统关键技术研究应注重系统性与整体性，开展强电磁脉冲环境模拟、风险和薄弱环节辨识、电力系统恢复力评估和电力系统恢复力提升等关键技术研究，有效提升电力系统应对重大灾变的恢复能力，全方位保障我国能源转型下的电力安全。

1) 强电磁脉冲环境模拟技术

为明确强电磁脉冲下系统的易损关键设备及其损伤概率和风险等级，需要构建强电磁脉冲模拟环境，包括典型设备/系统的机动式试验环境、高电压注入试验环境、大电流长脉冲试验环境和设备级传导注入环境等，发展以效应特征为导向的试验和测试方法，研究损伤效应机理，通过试验梳理易损关键设备及其损伤概率和风险等级。研究极端事件作用机理，搭建环境模拟、试验效应和仿真平台，通过模拟仿真等手段明确强电磁脉冲等极端事件对电力系统的影响范围与作用方式。

2) 风险与薄弱环节识别技术

提升电力系统弹性的前提是准确识别我国电力系统应对极端事件面临的最大风险和薄弱环节。传统电力系统风险评估是基于电力系统正常运行状态的平均结果，而针对小概率-高损失极端事件，需要提出相应的最大风险识别方法，才能准确预判最坏场景，提出应对策略。现有的识别方法存在2方面不足：一是和最大风险评估类似，考虑的因素较为单一，很少考虑到新能源和新型负荷等能源转型特征的影响；二是衡量指标还是基于“大平均”下的正常运行状态，不能识别出极端事件下的薄弱环节。因此，需要结合我国电力系统发展特点，从电源特性、电网结构及信息自动化等方面分析应对极端事件的最大风险。在风险评估的基础上，考虑极端事件对电力系统的影响机理，对电力系统进行易损性分析与关键环节辨识，结合数据统计分析确定我国电力系统的薄弱环节。

3) 电力系统恢复力评估技术

构建电力系统恢复力模型，研究评估理论与方法。对极端自然灾害对电力系统的影响建模，在此基础上构建灾前、灾中、灾后三阶段电力系统恢复力评估框架。极端事件下的恢复力评估方法基于多源数据，并结合元件状态模型，根据电力系统的故障后果对恢复力进行评估。电力系统的多源多层次恢复力评估指标体系包含负荷、网架、设备、弹性资源、应急管理、气象监测等层面。

4) 电力系统恢复力提升技术

现阶段开展电力系统恢复力提升研究应注重对现有资源的有效利用，将弹性电力系统研究融入已有或正在发展的技术，从系统加固、应急响应和快速恢复等3个方面开展弹性电力系统的研究。引入“容灾”思想，不追求系统的全面加固，采取“关键节点加固+应急响应”的思路，争取减缓效应，快速恢复。在系统加固方面，进行电力系统重要节点识别、加固及关键设备冗余化；为实现更高弹性的加固效果，分析识别电力系统关键元件，进行重点加固与强化，需要重点关注通信、控制和保护等二次系统。在应急响应与控制策略方面，采取弃线保杆和变电站主动停运等主动响应措施，机组组合优化、紧急负荷削减、广域保护和控制、主动孤岛运行等紧急控制策略，注重不同基础设施间的信息共享和协调指挥，提升电力系统对极端事件的响应与恢复能力。减小极端事件对电力系统的影响，同时为灾后快速恢复做好充分准备。在快速恢复关键技术方面，基于气象信息、用户侧反馈、系统脆弱性分析和现场监测等多信息源融合的系统状态感知技术可有效提升极端事件后电力系统的恢复能力。高级量测体系(advanced metering infrastructure, AMI)、综合应用故障指示器、微型相量测量装置(micro-phasor measurement units, μPMU)及智能电表等设备/系统及时将停电信息通报给电力公司。此外，发展电力系统快速恢复关键技术应注重源、网、荷协同恢复，通过发电、输电和用电协调制定系统防御与恢复策略也是重要的研究方向。

5) 完善市场对恢复力提升的激励补偿机制

电力市场及需求侧响应能提高电力系统弹性。美国PJM公司在2014年极地大气漩涡(Porla Vortex，一种发生于极地上空的大规模气旋)中曾3次启动需求侧响应[24]，尽管电价一度被抬高到1.8 美元/(kW·h)，但成功保障了供电。极端天气下的需求侧响应比传统机组调节方法更可靠、响应速度更快、调节更灵活，因此，能更有效地提升电力系统弹性，降低系统运行成本。现有电力市场机制并没有对恢复力的提升措施建立相应的激励机制，需进一步完善对恢复力提升的激励与补偿机制，将电力市场的激励机制引入网架强化及灾后恢复中。加快弹性电力系统与电力、能源市场的融合，未来研究的重点包括弹性资源的聚集、弹性参与的电力市场机制设计、基于电力市场的应急响应和灾后恢复方法，构建极端事件下基于各类弹性资源的更加完善的市场机制。

6) 结合数据挖掘、机器学习和人工智能等新技术

数据挖掘、机器学习和人工智能等新技术在应对极端事件、提升弹性方面具有强大潜力。如人工智能技术构建的地震模拟、评估和响应系统能减少基础设施因地震造成的损失[25]。利用大数据技术实现灾害实时数据的广泛收集，提高海量数据的融合处理能力，为应急人员提供实时动态策略，从而构建弹性城市[26]。在风险分析、薄弱环节辨识以及应急响应决策等环节中与数据挖掘、机器学习和人工智能等新兴技术结合，进一步提升评估和决策的效率和准确性。例如通过对极端事件影响的用户数和停电时间数据等分析可以辨识关键基础设施存在的薄弱环节[27]，如图8所示。

图8 通过大规模数据分析辨识基础设施薄弱环节Fig.8 Weaknesses identify of infrastructure via large-scale data analysis

7) 开展系统级数字仿真和示范验证及弹性电力系统建设目标仿真验证示范

开展系统级数字仿真和示范验证及弹性电力系统建设目标仿真验证示范，推进弹性电力系统整体建设。研究弹性配电网实时监测、在线风险评估和精细化预警的技术原理提升系统风险感知能力。完成对极端事件的建模，明确极端灾害对弹性配电网的影响，建立极端事件下配电网弹性的评价指标体系，并提出有效的评估算法，用于指导配电系统规划及运行。建立弹性配电网全景信息可视化平台，集成配电网事故演变及快速恢复仿真平台、潜力用户柔性价值评估及柔性控制软件模块，开展弹性配电网全景信息可视化系统平台的建设与示范。

4.3 弹性电力系统发展路径

弹性电力系统的建设应采取有序发展的思路，采取“基础理论—关键技术—项目示范”的“三步走”发展路线，力争在2035年完成弹性电力系统的整体建设。第1阶段，加快推进基础理论研究与相关技术标准的形成，研究极端事件模型，分析电力系统元件故障机理，建立环境模拟条件，梳理最大风险点与薄弱环节，在行业内形成防范应对极端事件、建设弹性电力系统的共识，为新技术和新设备的开发与应用提供坚实的理论基础。第2阶段，推进弹性电力系统关键技术研究与核心装备研发，针对梳理的薄弱环节，提高弹性电力系统的投资与建设标准，加强二次系统基础建设，构建起坚强网架结构，满足重要用户设备防灾与快速复电要求。第3阶段，统筹推进弹性电力系统整体规划建设，以基础理论指导实践工作，开展关键技术在行业的试点应用，以点带面逐步推进弹性电力系统建设，努力加快弹性电力系统基础理论和关键技术向实践工作的转化，实现弹性电力系统建设目标。

第1阶段(2020年～2025年)：建立环境模拟条件，确定系统最大风险点与薄弱环节，开展基础理论研究。

明确极端事件对电力系统的影响机理，研究极端事件下电力系统复杂故障模式，建立电力系统元件故障概率模型，形成应对极端事件的电力系统弹性评估理论与评估方法。基于极端事件与元件故障的建模成果建立环境模拟条件，明确对极端事件影响进行分析所必要的试验和统计数据，确定维持电力系统基本功能的关键设备、网络和系统，评估哪些设备、网络和系统易受到电磁脉冲等极端事件的影响。

加强各界对电力系统弹性重要性的认识，构建弹性电力系统的评价指标体系，推进弹性电力系统相关标准的制定，完善现有的电力系统应对极端事件的评价方法，建立弹性电网规划和运行的基础分析、系统规划、技术要求、项目评估等标准，推进相关标准体系的形成，提升决策科学性。

第2阶段(2025年～2030年)：对电力系统关键节点进行加固，推进关键技术研究与核心装备研发，建立模拟仿真平台。

针对梳理的薄弱环节，提高弹性电力系统的投资与建设标准，加强二次系统基础建设，构建起坚强网架结构，尽量避免核心区域与重要用户在极端事件与严重故障情况下失负荷现象的发生，满足重要用户设备防灾与快速复电要求，提高供电安全与严重故障下的快速复电能力。

以“平时预”、“灾前防”、“灾中守”、“灾后抢”和“事后评”为导向统筹推进弹性电力系统关键技术研究。研究先进传感测量与通信技术，提高电力系统的感知力和恢复力；大力发展极端事件中电力系统的应急抵御关键技术，建立一套应对极端事件的防御体系；研究资源优化配置、应急物资调度及关键受损元件识别等优化和分析理论，构建一套完善的极端事件下弹性电力系统响应、调度及修复的策略体系；研究故障诊断、输配电网协同恢复技术、主动配电网及微网恢复策略为代表的电力系统快速恢复关键技术；充分挖掘机器学习、人工智能、5G通信及规模化信息负荷的跨区域快速转移等新兴技术在弹性电力系统中的应用潜力。

推进弹性电力系统关键设备的研发，如弹性电力系统可视化模拟仿真平台、灾害模拟推演平台及防灾减灾仿真平台、液态金属储能、电力电子变压器和超导电缆等设备，为弹性电力系统建设提供有力支撑。

第3阶段(2030年～2035年)：推动弹性电力系统项目示范落地，实现弹性电力系统建设目标。

推进弹性电力系统项目的示范应用，完善配套的管理体系及工作机制，探索能源转型背景下高供电可靠性区域的供电解决方案，及时总结分析弹性电力系统新技术与新设备在实际应用过程中的优势、适用场景和存在的关键问题，积累相关经验，推进弹性电力系统整体规划建设，最终实现弹性电力系统建设目标。

5 小结

本文以HEMP环境特征、效应、危害及初步评估结果为切入点，兼顾能源转型下电力系统面临的安全问题，分析了国内外在电力系统强电磁脉冲防御工作的差距和优势，建议尽早启动HEMP防御工作。在应对策略方面，提出采取“三步走”的发展战略，大力推行关键技术攻关，挖掘电力系统弹性资源，尽快开展工程示范，促进我国电力系统向弹性电力系统模式的转变，力争将现有电力系统提升为具有高抵抗能力、强恢复能力和快响应能力的弹性电力系统，实现在极端事件攻击下电力系统全面恢复与核心区域电网恢复的时间目标。期望经过全行业15年的努力，建成具备快速恢复力的弹性电力系统。