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新型電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制中的“不變”與“變”

南瑞集團(tuán)所屬南瑞研究院副院長(zhǎng)、技術(shù)戰(zhàn)略研究中心主任徐泰山

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)背景下黨中央對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)展作出的最新重大決策。雖然構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是一場(chǎng)全方位的變革，面臨諸多挑戰(zhàn)，但是新型電力系統(tǒng)也是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的繼承和發(fā)展。下面針對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制領(lǐng)域，從設(shè)備構(gòu)成、系統(tǒng)作用、電力電量平衡、穩(wěn)態(tài)控制、綜合防御、電力市場(chǎng)等六個(gè)方面探討二者之間的“不變”與“變”，旨在拋磚引玉。

一是新型電力系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成不變，但新能源發(fā)電、電力電子設(shè)備和柔性負(fù)荷占比發(fā)生很大變化。隨著電力系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成比的變化，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定特性將發(fā)生深刻變化。源側(cè)低慣量、低短路比特征突出，安全穩(wěn)定支撐能力不斷被削弱，荷側(cè)動(dòng)態(tài)特性越來(lái)越復(fù)雜，網(wǎng)側(cè)交直流、多直流間耦合更加緊密，電力系統(tǒng)受擾后的穩(wěn)定特性由傳統(tǒng)機(jī)電模式主導(dǎo)向機(jī)電-電磁多模式耦合交互影響演化。為了提升新型電力系統(tǒng)抗擾水平，保障電網(wǎng)安全高效運(yùn)行，不僅要充分發(fā)揮新能源發(fā)電主動(dòng)支撐和負(fù)荷參與靈活互動(dòng)的能力，而且要構(gòu)建規(guī)?；娏﹄娮釉O(shè)備廣域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

二是大電網(wǎng)能源資源大范圍優(yōu)化配置樞紐平臺(tái)的主體作用不變，但對(duì)其優(yōu)化配置的靈活、高效能力要求將極大提高。我國(guó)能源資源自然稟賦和消費(fèi)需求空間分布特征，決定了以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)必然要支撐新能源電力的遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸送。未來(lái)隨著能源富集地區(qū)新能源深度開(kāi)發(fā)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)用電需求持續(xù)增長(zhǎng)，以特高壓交直流輸電為骨干網(wǎng)架的跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)電力優(yōu)化配置作用愈加突出，需要充分發(fā)揮各區(qū)域電力生產(chǎn)和消費(fèi)的互補(bǔ)特性，實(shí)現(xiàn)電力在更大范圍空間、時(shí)間互濟(jì)；此外，隨著負(fù)荷中心大規(guī)模分布式新能源的開(kāi)發(fā)利用和用能方式轉(zhuǎn)變，電網(wǎng)形態(tài)將形成大電網(wǎng)與微網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng)、直流電網(wǎng)等多種新形態(tài)電網(wǎng)并存格局，負(fù)荷側(cè)不再是單純的電力消費(fèi)者，也是電力生產(chǎn)者，需要通過(guò)以大電網(wǎng)樞紐平臺(tái)的多種形態(tài)電網(wǎng)協(xié)同互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電力需求、電力生產(chǎn)的靈活轉(zhuǎn)換和新能源的高效消納。

三是電力電量平衡的基本要求和優(yōu)化任務(wù)不變，但優(yōu)化決策由確定性向考慮不確定性轉(zhuǎn)變，碳排放將作為優(yōu)化目標(biāo)中考慮的重要因素。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)一次能源主要由穩(wěn)定可控的煤、水等常規(guī)能源提供，超短期、短期、中長(zhǎng)期負(fù)荷變化也在可預(yù)測(cè)范圍內(nèi)，可以采用確定性?xún)?yōu)化的方法進(jìn)行電力電量平衡優(yōu)化決策。但新型電力系統(tǒng)中源荷雙側(cè)不確定性強(qiáng)，基于確定性進(jìn)行電力電量平衡優(yōu)化制定調(diào)度計(jì)劃，造成的計(jì)劃與實(shí)際的偏差難以通過(guò)實(shí)時(shí)控制進(jìn)行平衡，需要考慮源荷不確定性進(jìn)行電力電量平衡優(yōu)化決策。此外，隨著低碳化成為電力系統(tǒng)運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)，需要量化各類(lèi)電源的碳排放指標(biāo)，甚至負(fù)荷的碳排放指標(biāo)，將降低碳排放納入電力電量平衡優(yōu)化決策目標(biāo)。

四是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制的定位與作用不變，但決策和控制方式將由基于當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)校正控制向兼顧未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)超前控制轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)源荷兩側(cè)在短時(shí)間尺度內(nèi)通常變化不大，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)渡相對(duì)比較平滑，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)視電網(wǎng)頻率、電壓、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率和輸電設(shè)備/通道功率對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行校正控制，可以滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)控制的要求。新型電力系統(tǒng)中，源荷雙側(cè)功率注入與外部環(huán)境、用電意愿等因素強(qiáng)耦合，具有強(qiáng)隨機(jī)性，電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)波動(dòng)加劇，采用針對(duì)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)校正控制可能出現(xiàn)頻繁雙向調(diào)節(jié)，甚至受調(diào)節(jié)速度制約導(dǎo)致控制失敗，需要計(jì)及未來(lái)超短期運(yùn)行狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，采取基于預(yù)測(cè)的超前控制實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)滾動(dòng)校正。

五是電力系統(tǒng)“三道防線(xiàn)”的綜合防御理念不變，但設(shè)計(jì)原則將從基于概率準(zhǔn)則的防御向基于風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的防御轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，基于對(duì)各類(lèi)故障發(fā)生的統(tǒng)計(jì)概率和演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，按概率大小定性地進(jìn)行各類(lèi)故障防御等級(jí)劃分，通過(guò)預(yù)防控制、緊急控制和校正控制，實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)故障的時(shí)空協(xié)調(diào)綜合防御。新型電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景的演化隨內(nèi)外部環(huán)境變化而具有強(qiáng)不確定性，同時(shí)由于交直流、高占比電力電子設(shè)備間動(dòng)態(tài)交互影響的增強(qiáng)，故障的演化規(guī)律更加復(fù)雜，高維不確定性極有可能引發(fā)小概率高風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生，需要基于風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則進(jìn)行防御等級(jí)劃分和防御措施協(xié)調(diào)制定。

六是電力市場(chǎng)交易的目標(biāo)和作用不會(huì)變，但電力市場(chǎng)交易將由電能市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)分別交易向二者一體化交易轉(zhuǎn)變，輔助服務(wù)定價(jià)將從契約、市場(chǎng)等現(xiàn)行模式向基于場(chǎng)景模擬和風(fēng)險(xiǎn)效用評(píng)估的新模式轉(zhuǎn)變。電力市場(chǎng)交易的作用是通過(guò)多利益主體參與市場(chǎng)博弈，以市場(chǎng)化的手段促進(jìn)電量靈活交易，在滿(mǎn)足可靠性要求下，降低電力系統(tǒng)整體運(yùn)行成本。除輸配電成本之外，電力系統(tǒng)運(yùn)行成本包括電能成本和輔助服務(wù)成本，由于電力系統(tǒng)運(yùn)行成本與可靠性要求直接相關(guān)，需要統(tǒng)籌考慮電能市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)，計(jì)及可靠性約束，以運(yùn)行總成本最小為目標(biāo)進(jìn)行整體優(yōu)化。通過(guò)電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景模擬和故障仿真，實(shí)現(xiàn)考慮場(chǎng)景概率、故障概率的可靠性評(píng)估和輔助服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)效用分析。根據(jù)不同輔助服務(wù)資源的各類(lèi)輔助服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)效用，對(duì)輔助服務(wù)成本進(jìn)行分?jǐn)偂?/section>

來(lái)源：中國(guó)電力報(bào)

南瑞集團(tuán)徐泰山：新型電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制中的“不變”與“變”

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