新能源發(fā)電裝機(jī)快速增長(zhǎng) 大電網(wǎng)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

伴隨著世界能源體系向清潔低碳、安全高效轉(zhuǎn)型，我國(guó)能源和電力發(fā)展處于重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，能源供需格局持續(xù)深入調(diào)整。電網(wǎng)作為能源傳輸和轉(zhuǎn)換的核心，承擔(dān)著各大能源基地的能量輸送、可再生能源開(kāi)發(fā)的有序接入、多種能源資源優(yōu)化配置的重要責(zé)任。

近年來(lái)，特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)快速建設(shè)、大容量新能源集中接入以及分布式發(fā)電的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電源、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻變化，影響系統(tǒng)安全的因素更加多元化，穩(wěn)定特性日趨復(fù)雜，電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行難度大幅提升。

(文/中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司 安寧)

特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)初具規(guī)模

新能源發(fā)電裝機(jī)快速增長(zhǎng)

在國(guó)家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)，目前已投產(chǎn)12條特高壓交流及11條特高壓直流工程，形成了西部河西、寧夏、四川大型能源基地集中送出和東部長(zhǎng)三角、山東負(fù)荷中心集中落點(diǎn)的7大直流群。單個(gè)直流群規(guī)模達(dá)到1350萬(wàn)～2800萬(wàn)千瓦，占送出省網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷比例的40%～60%，占落點(diǎn)省網(wǎng)用電負(fù)荷比例的25%～70%。

2019年，公司經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)新能源新增裝機(jī)超過(guò)4745萬(wàn)千瓦，累計(jì)達(dá)3.5億千瓦，裝機(jī)容量超過(guò)水電，成為我國(guó)第二大電源。青海、甘肅新能源發(fā)電裝機(jī)容量占本省電源總裝機(jī)容量超40%。國(guó)家電網(wǎng)成為全球接入新能源規(guī)模最大的電網(wǎng)，新能源利用率96.8%。在未來(lái)5年，新能源裝機(jī)仍將保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，新能源發(fā)電逐步由輔助電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁﹄娫础?/p>

大電網(wǎng)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

隨著遠(yuǎn)距離跨區(qū)輸電規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)以及新能源并網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，電網(wǎng)大范圍優(yōu)化配置資源能力顯著提高，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行難度也大幅提升。

系統(tǒng)運(yùn)行信息掌握不足：新電源發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)與可控能力感知不足，新能源發(fā)電數(shù)量眾多、運(yùn)行狀態(tài)多變，模型參數(shù)難以及時(shí)精確辨識(shí)。電網(wǎng)輸變電設(shè)備全息狀態(tài)感知深度不足，輸變電設(shè)備缺陷識(shí)別能力有待提高，各設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)存在信息孤島與盲區(qū)。系統(tǒng)運(yùn)行方式分析依賴“一次建模、長(zhǎng)期使用”的負(fù)荷模型，新能源電動(dòng)汽車、分布式電源、新型變頻用電設(shè)備等負(fù)荷側(cè)設(shè)備種類不斷增加，負(fù)荷模型和參數(shù)負(fù)荷模型與參數(shù)的時(shí)變性和復(fù)雜性增加。

電網(wǎng)多源數(shù)據(jù)處理能力不足：電網(wǎng)調(diào)度量測(cè)數(shù)據(jù)未得到充分利用，廣域量測(cè)系統(tǒng)(WAMS)、調(diào)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等在線系統(tǒng)實(shí)時(shí)產(chǎn)生大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，但缺乏有效的提取與分析。輸變電設(shè)備傳感數(shù)據(jù)未得到有效利用，大量數(shù)據(jù)沒(méi)有得到充分融合和高效處理，智能變電站信息共享優(yōu)勢(shì)未能充分發(fā)揮。各類衛(wèi)星遙感、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)及人工巡檢數(shù)據(jù)未得到協(xié)同管理和聯(lián)合應(yīng)用，氣象、災(zāi)害等外部環(huán)境信息運(yùn)用不充分，每年因雷擊、風(fēng)害等外部因素以及設(shè)備缺陷造成輸變電設(shè)備停運(yùn)跳閘近千次。

大電網(wǎng)防御能力不足：系統(tǒng)穩(wěn)定形態(tài)日趨復(fù)雜，一體化特征顯著，電力電子型電源群、直流群替代傳統(tǒng)機(jī)組，系統(tǒng)故障行為更加難以預(yù)測(cè)，連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)急劇增加。

系統(tǒng)調(diào)控能力不足：常規(guī)機(jī)組被大量替代，新能源發(fā)電機(jī)組、直流輸電系統(tǒng)不具備常規(guī)電源的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性，系統(tǒng)頻率魯棒性下降，大功率缺失情況下極易誘發(fā)全網(wǎng)頻率問(wèn)題。特高壓直流工程密集投運(yùn)，受端電網(wǎng)電壓支撐能力下降，電壓穩(wěn)定問(wèn)題突出，系統(tǒng)運(yùn)行更加脆弱。

通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提升電網(wǎng)安全運(yùn)行能力

在公司建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)的指引下，針對(duì)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，以特高壓交直流大電網(wǎng)安全高效運(yùn)行為目標(biāo)，抓住能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要契機(jī)，融合先進(jìn)信息通信技術(shù)、控制技術(shù)和能源技術(shù)，有效支撐可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，促進(jìn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”深度互動(dòng)，保障能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)的高效可靠，提升電網(wǎng)運(yùn)行水平。

積極發(fā)展柔性輸電技術(shù)，優(yōu)化堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架布局：優(yōu)化骨干網(wǎng)架，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)架合理分層分區(qū)。在特高壓交流主網(wǎng)架基礎(chǔ)上，優(yōu)化受端電網(wǎng)500千伏網(wǎng)架，合理分層分區(qū)，加強(qiáng)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)建設(shè)，提升電網(wǎng)整體的平衡能力和嚴(yán)重故障抵御能力，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)資源優(yōu)化配置;協(xié)調(diào)電網(wǎng)和電源規(guī)劃，合理安排新能源并網(wǎng)規(guī)模及消納方向，通過(guò)協(xié)調(diào)電網(wǎng)與電源規(guī)劃，適時(shí)適度加強(qiáng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以滿足新能源輸送與消納需求，多措并舉提升清潔能源消納效率，提高大電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水平;發(fā)展和應(yīng)用柔性交直流輸電技術(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，通過(guò)柔性交直流輸電系統(tǒng)靈活迅速的控制能力，提高重要斷面輸電能力，應(yīng)對(duì)新能源接入需求，豐富系統(tǒng)穩(wěn)定控制手段。

推進(jìn)決策與防御智能化，提升電網(wǎng)安全保障：引入先進(jìn)的人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)的安全穩(wěn)定分析及決策方法;建立先進(jìn)適用的電網(wǎng)保護(hù)控制體系，提高網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力，服務(wù)電網(wǎng)安全運(yùn)行，貫通和融合二次系統(tǒng)信息流，提升電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集能力和可靠性，提升全景監(jiān)測(cè)與多業(yè)務(wù)協(xié)同能力;充分發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)靈活響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的慣量支撐、一次調(diào)頻以及電壓支撐，提高系統(tǒng)的功角、頻率和電壓穩(wěn)定性;基于大數(shù)據(jù)和泛在響應(yīng)控制，融合電網(wǎng)實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)及電網(wǎng)穩(wěn)定機(jī)理，形成基于系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的緊急控制策略，提升安控措施對(duì)各類故障的匹配度，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定綜合防御;以現(xiàn)代化信息通信技術(shù)為支撐，綜合運(yùn)用衛(wèi)星、遙感、北斗、無(wú)線傳感等“天—空—地”立體量測(cè)技術(shù)和人工智能技術(shù)，構(gòu)建大電網(wǎng)設(shè)備全方位立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全面感知和智能分析，實(shí)現(xiàn)自然災(zāi)害預(yù)防預(yù)判和應(yīng)急處置，全面推動(dòng)智慧輸變電的跨越，全面提升輸變電設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)防控水平。

提升在線決策水平，提高電網(wǎng)調(diào)控能力：基于用電信息和量測(cè)信息的深度感知，獲取負(fù)荷特性及構(gòu)成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)和人工智能分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)按站分時(shí)精準(zhǔn)負(fù)荷建模，準(zhǔn)確反映負(fù)荷模型的時(shí)變性，提升電網(wǎng)負(fù)荷模型精確度，準(zhǔn)確把握電網(wǎng)輸電能力;基于人機(jī)知識(shí)交互與協(xié)同工作、人在回路的機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度在線決策持續(xù)趨優(yōu)進(jìn)化，協(xié)助調(diào)度運(yùn)行人員實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握大電網(wǎng)的穩(wěn)定狀況、涵蓋電源、負(fù)荷以及儲(chǔ)能等各類因素的全面可用調(diào)控資源水平、可再生能源的消納能力，為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行提供一體化運(yùn)行展示和決策支持;構(gòu)建新一代電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)，提升調(diào)度運(yùn)行智能化水平，在PMU/WAMS量測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”廣泛互聯(lián)的全網(wǎng)廣域信息系統(tǒng)，結(jié)合人工智能、超實(shí)時(shí)計(jì)算等先進(jìn)計(jì)算技術(shù)對(duì)全網(wǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)驅(qū)動(dòng)的安全穩(wěn)定在線量化評(píng)估。

發(fā)揮“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)活力，促進(jìn)新能源消納：基于新能源場(chǎng)站等值模型參數(shù)在線測(cè)量分析及參數(shù)準(zhǔn)確性校核，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站模型的精確刻畫(huà)和參數(shù)的小時(shí)級(jí)/分鐘級(jí)辨識(shí)，提高模型參數(shù)準(zhǔn)確性;分析電網(wǎng)對(duì)新能源電源的涉網(wǎng)性能需求，優(yōu)化新能源的源網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略，提高頻率和電壓支撐能力，推動(dòng)新能源與電網(wǎng)的良性互動(dòng)，提升電網(wǎng)對(duì)新能源的消納水平;利用儲(chǔ)能參與系統(tǒng)的二次調(diào)頻，提高系統(tǒng)的頻率和聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)控能力，在負(fù)荷側(cè)配置儲(chǔ)能，促進(jìn)分布式可再生能源的消納，結(jié)合峰谷電價(jià)政策，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng);發(fā)揮負(fù)荷側(cè)互補(bǔ)潛力，在不影響安全生產(chǎn)和正常生活的前提下，靈活調(diào)節(jié)能源轉(zhuǎn)換關(guān)系和各類能源占比，增強(qiáng)源荷互動(dòng)活力。