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、技術戰(zhàn)略研究中心主任 徐泰山
構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)運行與控制領域，從設備構成、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)的設備構成不變，但新能源發(fā)電、電力電子設備和柔性負荷占比發(fā)生很大變化。隨著電力系統(tǒng)設備構成比的變化，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，荷側動態(tài)特性越來越復雜，網側交直流、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，而且要構建規(guī)?；娏﹄娮釉O備廣域協(xié)調控制系統(tǒng)。
二是大電網能源資源大范圍優(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架的跨區(qū)互聯(lián)電網電力優(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)利用和用能方式轉變，電網形態(tài)將形成大電網與微網、分布式能源系統(tǒng)、直流電網等多種新形態(tài)電網并存格局，負荷側不再是單純的電力消費者，也是電力生產者，需要通過以大電網樞紐平臺的多種形態(tài)電網協(xié)同互動，實現(xiàn)電力需求、電力生產的靈活轉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)化任務不變，但優(yōu)化決策由確定性向考慮不確定性轉變，碳排放將作為優(yōu)化目標中考慮的重要因素。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測范圍內，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)中源荷雙側不確定性強，基于確定性進行電力電量平衡優(yōu)化制定調度計劃，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，需要量化各類電源的碳排放指標，甚至負荷的碳排放指標，將降低碳排放納入電力電量平衡優(yōu)化決策目標。
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)的預測超前控制轉變。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)源荷兩側在短時間尺度內通常變化不大，系統(tǒng)運行狀態(tài)的過渡相對比較平滑，通過實時監(jiān)視電網頻率、電壓、聯(lián)絡線功率和輸電設備/通道功率對電網進行校正控制，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，采用針對當前運行狀態(tài)的實時校正控制可能出現(xiàn)頻繁雙向調節(jié)，甚至受調節(jié)速度制約導致控制失敗，需要計及未來超短期運行狀態(tài)的風險評估結果，采取基于預測的超前控制實現(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，但設計原則將從基于概率準則的防御向基于風險準則的防御轉變。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)調綜合防御。新型電力系統(tǒng)中，電網運行場景的演化隨內外部環(huán)境變化而具有強不確定性，同時由于交直流、高占比電力電子設備間動態(tài)交互影響的增強，故障的演化規(guī)律更加復雜，高維不確定性極有可能引發(fā)小概率高風險事件的發(fā)生，需要基于風險準則進行防御等級劃分和防御措施協(xié)調制定。
六是電力市場交易的目標和作用不會變，但電力市場交易將由電能市場和輔助服務市場分別交易向二者一體化交易轉變，輔助服務定價將從契約、市場等現(xiàn)行模式向基于場景模擬和風險效用評估的新模式轉變。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成本，由于電力系統(tǒng)運行成本與可靠性要求直接相關，需要統(tǒng)籌考慮電能市場和輔助服務市場，計及可靠性約束，以運行總成本最小為目標進行整體優(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風險效用分析。根據不同輔助服務資源的各類輔助服務風險效用，對輔助服務成本進行分攤。
來源：中國電力報
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