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新型電力系統(tǒng)運行與控制中的“不變”與“變”

南瑞集團所屬南瑞研究院副院長、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)，是碳達峰、碳中和目標(biāo)背景下黨中央對電力系統(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。下面針對電力系統(tǒng)運行與控制領(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、電力市場等六個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)動態(tài)特性越來越復(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)機電模式主導(dǎo)向機電-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)安全高效運行，不僅要充分發(fā)揮新能源發(fā)電主動支撐和負荷參與靈活互動的能力，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)化配置樞紐平臺的主體作用不變，但對其優(yōu)化配置的靈活、高效能力要求將極大提高。我國能源資源自然稟賦和消費需求空間分布特征，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距離大規(guī)模輸送。未來隨著能源富集地區(qū)新能源深度開發(fā)和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)用電需求持續(xù)增長，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)和消費的互補特性，實現(xiàn)電力在更大范圍空間、時間互濟；此外，隨著負荷中心大規(guī)模分布式新能源的開發(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，負荷側(cè)不再是單純的電力消費者，也是電力生產(chǎn)者，需要通過以大電網(wǎng)樞紐平臺的多種形態(tài)電網(wǎng)協(xié)同互動，實現(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、中長期負荷變化也在可預(yù)測范圍內(nèi)，可以采用確定性優(yōu)化的方法進行電力電量平衡優(yōu)化決策。但新型電力系統(tǒng)中源荷雙側(cè)不確定性強，基于確定性進行電力電量平衡優(yōu)化制定調(diào)度計劃，造成的計劃與實際的偏差難以通過實時控制進行平衡，需要考慮源荷不確定性進行電力電量平衡優(yōu)化決策。此外，隨著低碳化成為電力系統(tǒng)運行的一項重要指標(biāo)，需要量化各類電源的碳排放指標(biāo)，甚至負荷的碳排放指標(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)前運行狀態(tài)的實時校正控制向兼顧未來運行狀態(tài)的預(yù)測超前控制轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)源荷兩側(cè)在短時間尺度內(nèi)通常變化不大，系統(tǒng)運行狀態(tài)的過渡相對比較平滑，通過實時監(jiān)視電網(wǎng)頻率、電壓、聯(lián)絡(luò)線功率和輸電設(shè)備/通道功率對電網(wǎng)進行校正控制，可以滿足穩(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、用電意愿等因素強耦合，具有強隨機性，電力系統(tǒng)運行狀態(tài)波動加劇，采用針對當(dāng)前運行狀態(tài)的實時校正控制可能出現(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，需要計及未來超短期運行狀態(tài)的風(fēng)險評估結(jié)果，采取基于預(yù)測的超前控制實現(xiàn)運行狀態(tài)的連續(xù)滾動校正。

五是電力系統(tǒng)“三道防線”的綜合防御理念不變，但設(shè)計原則將從基于概率準(zhǔn)則的防御向基于風(fēng)險準(zhǔn)則的防御轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，基于對各類故障發(fā)生的統(tǒng)計概率和演化規(guī)律的認識，按概率大小定性地進行各類故障防御等級劃分，通過預(yù)防控制、緊急控制和校正控制，實現(xiàn)不同等級故障的時空協(xié)調(diào)綜合防御。新型電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)運行場景的演化隨內(nèi)外部環(huán)境變化而具有強不確定性，同時由于交直流、高占比電力電子設(shè)備間動態(tài)交互影響的增強，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)險事件的發(fā)生，需要基于風(fēng)險準(zhǔn)則進行防御等級劃分和防御措施協(xié)調(diào)制定。

六是電力市場交易的目標(biāo)和作用不會變，但電力市場交易將由電能市場和輔助服務(wù)市場分別交易向二者一體化交易轉(zhuǎn)變，輔助服務(wù)定價將從契約、市場等現(xiàn)行模式向基于場景模擬和風(fēng)險效用評估的新模式轉(zhuǎn)變。電力市場交易的作用是通過多利益主體參與市場博弈，以市場化的手段促進電量靈活交易，在滿足可靠性要求下，降低電力系統(tǒng)整體運行成本。除輸配電成本之外，電力系統(tǒng)運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)籌考慮電能市場和輔助服務(wù)市場，計及可靠性約束，以運行總成本最小為目標(biāo)進行整體優(yōu)化。通過電力系統(tǒng)運行場景模擬和故障仿真，實現(xiàn)考慮場景概率、故障概率的可靠性評估和輔助服務(wù)風(fēng)險效用分析。根據(jù)不同輔助服務(wù)資源的各類輔助服務(wù)風(fēng)險效用，對輔助服務(wù)成本進行分攤。

來源：中國電力報

南瑞集團徐泰山：新型電力系統(tǒng)運行與控制中的“不變”與“變”

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