新型電力系統(tǒng)是一項(xiàng)涉及多行業(yè)、多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)性工程，尤其離不開(kāi)科學(xué)、高效的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。那么，如何做好新型電力系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)、完善底層邏輯？如何開(kāi)展新型電力系統(tǒng)科研創(chuàng)新、規(guī)劃設(shè)計(jì)等工作？作為國(guó)家電網(wǎng)有限公司電網(wǎng)規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)技術(shù)歸口單位的國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有著自己的見(jiàn)解。帶著上述問(wèn)題，本報(bào)記者近日采訪了國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院總工程師李暉。
新型電力系統(tǒng)有“4個(gè)新”
中國(guó)能源報(bào)：從整個(gè)電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)角度來(lái)看，新型電力系統(tǒng)有哪些“新變化”？
李暉：與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)的供給側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、消費(fèi)側(cè)及二次系統(tǒng)將發(fā)生革命性變化，體現(xiàn)為“4個(gè)新”，即新的電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)、新的電網(wǎng)形態(tài)、新的電力負(fù)荷特性、新的二次系統(tǒng)控制模式。
具體而言，從供給側(cè)看，能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，可再生能源將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，逐步取代化石能源。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)新能源在裝機(jī)規(guī)模上將成為第一大電源，對(duì)電力系統(tǒng)供需平衡和清潔能源消納能力提出了更高要求，需要增加電源裝機(jī)的容量冗余度，同時(shí)配套建設(shè)相應(yīng)的靈活調(diào)節(jié)能力。
從電網(wǎng)側(cè)看，將由以常規(guī)電源、單向供電為主向高比例電力電子化和新能源、雙向供電的電網(wǎng)形態(tài)轉(zhuǎn)變。隨著大型風(fēng)光電基地的開(kāi)發(fā)，跨區(qū)送電將繼續(xù)增加，需加大特高壓及各級(jí)電網(wǎng)發(fā)展力度，提升高比例新能源外送消納能力、多直流承載能力。另一方面，中東部地區(qū)分布式新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)，對(duì)配電網(wǎng)的接入能力提出了更高要求。通過(guò)大電網(wǎng)與配電網(wǎng)靈活互濟(jì)、協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
從消費(fèi)側(cè)看，將由用戶側(cè)單向用電向電能雙向傳輸轉(zhuǎn)變。多元用電負(fù)荷、分布式電源、新型儲(chǔ)能將快速發(fā)展，負(fù)荷特性由傳統(tǒng)的剛性用電需求、單向用電向柔性用電需求、用戶電能雙向傳輸轉(zhuǎn)變，終端能源側(cè)的電力產(chǎn)消者將大量出現(xiàn)，電力供需平衡模式由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。
從二次系統(tǒng)看，電力系統(tǒng)控制模式將發(fā)生深刻變化。隨著新能源電力和電量占比的提升，電力系統(tǒng)不確定性增大、復(fù)雜性增加、可控性變差，這將推動(dòng)一體化控制向主配網(wǎng)協(xié)同、微電網(wǎng)自治等控制模式轉(zhuǎn)變。
“雙高”電力系統(tǒng)問(wèn)題漸顯
中國(guó)能源報(bào)：新型電力系統(tǒng)的“雙高”特征將對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等帶來(lái)哪些新挑戰(zhàn)？
李暉：大規(guī)模新能源裝機(jī)并網(wǎng)帶來(lái)了功率隨機(jī)波動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降、電壓支撐能力不足等問(wèn)題，需要重點(diǎn)關(guān)注電力供應(yīng)保障、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等問(wèn)題。
供需平衡方面，新能源發(fā)電受氣象等自然條件影響較大，可能出現(xiàn)極熱無(wú)風(fēng)、極寒無(wú)光等情況。同時(shí)，常規(guī)電源占比逐漸下降，極端氣象條件下水電的保供作用也存在不確定性，供電保障面臨巨大挑戰(zhàn)。
系統(tǒng)安全方面，隨著部分地區(qū)電源“空心化”特性凸顯，系統(tǒng)頻率、電壓調(diào)節(jié)能力顯著下降。在部分跨區(qū)直流落點(diǎn)密集地區(qū)，交直流連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)日趨嚴(yán)重，交流系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致多回直流同時(shí)換相失敗，給系統(tǒng)造成巨大功率沖擊。
關(guān)鍵技術(shù)待突破
中國(guó)能源報(bào)：電力規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域有哪些關(guān)鍵技術(shù)需重點(diǎn)突破？
李暉：圍繞新型電力系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展方向、發(fā)展路徑、技術(shù)攻關(guān)、體制機(jī)制和示范應(yīng)用等重大問(wèn)題，未來(lái)重點(diǎn)研究領(lǐng)域主要包括能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略與實(shí)施路徑、新能源高效利用技術(shù)、大電網(wǎng)安全與規(guī)劃技術(shù)、電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)新技術(shù)及應(yīng)用等。當(dāng)務(wù)之急是要從新能源和外送輸電技術(shù)兩個(gè)方面開(kāi)展攻關(guān)。
新能源技術(shù)方面，當(dāng)前新能源機(jī)組涉網(wǎng)性能不足，大量并網(wǎng)后系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力顯著下降，易發(fā)生暫態(tài)過(guò)電壓導(dǎo)致的大規(guī)模脫網(wǎng)及連鎖故障。未來(lái)，新能源需要實(shí)現(xiàn)從“并網(wǎng)”到“組網(wǎng)”的角色轉(zhuǎn)變，亟需開(kāi)展新能源發(fā)電虛擬同步控制等技術(shù)研究。同時(shí)，新能源頂峰能力不足，需研究不同時(shí)間尺度的新能源精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和控制技術(shù)。
外送輸電技術(shù)方面，大型風(fēng)光電基地開(kāi)發(fā)外送面臨交流弱支撐問(wèn)題，部分受端電網(wǎng)存在多直流饋入、交直流系統(tǒng)耦合緊密、系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題，需研究新能源直流外送系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)方式優(yōu)化、受端電網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)技術(shù)，攻克新能源孤島直流外送技術(shù)。
同時(shí)，新型電力系統(tǒng)建設(shè)對(duì)“三道防線”提出了更高要求，需研究適用于多運(yùn)行場(chǎng)景的繼電保護(hù)、大范圍多資源協(xié)同緊急控制技術(shù)，增強(qiáng)電網(wǎng)故障下的事中控制、事后恢復(fù)能力。此外，隨著仿真規(guī)模急劇增大，需研究能準(zhǔn)確反映電力電子設(shè)備與大電網(wǎng)交互作用的系統(tǒng)級(jí)仿真技術(shù)。
中國(guó)能源報(bào)：作為業(yè)界知名的規(guī)劃研究機(jī)構(gòu)，國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院在新型電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中將開(kāi)展哪些工作？
李暉：未來(lái)我院將依托新型電力系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟這一平臺(tái)，在主配網(wǎng)規(guī)劃、直流輸電技術(shù)、二次信息系統(tǒng)、示范工程等方面繼續(xù)深入攻關(guān)。
具體而言，在大電網(wǎng)規(guī)劃方面，重點(diǎn)開(kāi)展電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)及路徑演變、電力供需平衡分析和新能源保供能力量化、考慮多時(shí)空尺度靈活資源特性的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃、大規(guī)模新能源基地匯集組網(wǎng)技術(shù)等研究；在配電網(wǎng)規(guī)劃方面，重點(diǎn)開(kāi)展支撐高比例分布式新能源并網(wǎng)的配電系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)等研究；在直流輸電技術(shù)方面，重點(diǎn)開(kāi)展常規(guī)直流系統(tǒng)適應(yīng)性能提升技術(shù)、基于柔性換相換流器的直流設(shè)計(jì)技術(shù)以及大容量IGBT器件、換流變壓器等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研發(fā)；在二次信息系統(tǒng)方面，重點(diǎn)開(kāi)展數(shù)字與能源深度融合技術(shù)、智能調(diào)度運(yùn)行控制技術(shù)等研究；在示范工程方面，重點(diǎn)開(kāi)展大型風(fēng)光電基地外送系統(tǒng)構(gòu)建、規(guī)模化遠(yuǎn)海風(fēng)電組網(wǎng)送出和區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及示范等研究。
中國(guó)能源報(bào)：新型電力系統(tǒng)建設(shè)對(duì)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)的理念、原則、方式方法等帶來(lái)什么影響？
李暉：電力系統(tǒng)規(guī)劃目標(biāo)要統(tǒng)籌安全和綠色。未來(lái)降低碳排放成為電力系統(tǒng)發(fā)展的新目標(biāo)，既要著力降低自身碳排放，還要通過(guò)電能替代承接其他行業(yè)領(lǐng)域的能耗轉(zhuǎn)移，降碳提效的責(zé)任重大。電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)要從單一的“安全保供”向“安全與綠色并舉”轉(zhuǎn)變。
電力平衡理念由確定性向概率性轉(zhuǎn)變。未來(lái)電力平衡工作將由確定性的“缺不缺、缺多少”逐步轉(zhuǎn)向概率性的“不同概率、不同時(shí)長(zhǎng)”。要結(jié)合不同規(guī)模電力缺口的出現(xiàn)概率、持續(xù)時(shí)間、保障難度等多方面因素統(tǒng)籌制定保供措施。未來(lái)需要?jiǎng)?chuàng)新運(yùn)用概率化供需平衡分析方法，為精準(zhǔn)制定保供措施打牢基礎(chǔ)。
電力系統(tǒng)發(fā)展要實(shí)現(xiàn)“剛?cè)峄?jì)”。未來(lái)隨著需求增速逐步穩(wěn)定、用電結(jié)構(gòu)持續(xù)轉(zhuǎn)型，以及新能源、儲(chǔ)能、新型負(fù)荷等新元素的不斷滲透，為滿足電力保供和安全運(yùn)行要求，電力系統(tǒng)發(fā)展既要保持電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、聯(lián)絡(luò)不斷加強(qiáng)的“剛性”模式，還要考慮靈活、智能等“柔性”需求，實(shí)現(xiàn)“剛?cè)峄?jì)”，繼續(xù)構(gòu)筑能源資源大范圍優(yōu)化配置平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)源、荷、儲(chǔ)便捷友好接入和智能協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。
中國(guó)能源報(bào)：目前在研或此前較成熟、現(xiàn)在需要改造升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)，未來(lái)將如何服務(wù)新型電力系統(tǒng)建設(shè)？
李暉：部分送端高比例新能源電力系統(tǒng)電壓支撐能力薄弱、暫態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重，為解決上述問(wèn)題，創(chuàng)新提出“換流站配置大型調(diào)相機(jī)+新能源配置分布式調(diào)相機(jī)”技術(shù)方案。以青海—河南特高壓直流工程為例，在電網(wǎng)側(cè)部署4臺(tái)大型調(diào)相機(jī)、在新能源側(cè)部署21臺(tái)分布式調(diào)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)新能源外送能力提升490萬(wàn)千瓦以上。?
此外，新型電力系統(tǒng)包含大量新能源發(fā)電、特高壓和柔性直流等電力電子裝置，“寬頻振蕩”問(wèn)題需要在規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中準(zhǔn)確識(shí)別，提出有效抑制措施，為后續(xù)規(guī)劃的大型風(fēng)光電和大規(guī)模海上風(fēng)電基地外送建設(shè)提供重要技術(shù)支持。
目前已并網(wǎng)的新能源發(fā)電普遍采用“跟網(wǎng)型”設(shè)計(jì)，機(jī)組并網(wǎng)和穩(wěn)定運(yùn)行高度依賴交流系統(tǒng)。未來(lái)新能源發(fā)電必須參與系統(tǒng)的一次調(diào)頻、提供慣量和電壓支撐，需要重點(diǎn)開(kāi)展“構(gòu)網(wǎng)型”新能源發(fā)電研發(fā)設(shè)計(jì)和示范應(yīng)用，推動(dòng)新能源從?“被動(dòng)跟隨”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)支撐”。
儲(chǔ)能是新型電力系統(tǒng)電力供應(yīng)保障和安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐。新型儲(chǔ)能技術(shù)要突破電池材料、制造工藝和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)，有效降低成本。儲(chǔ)能配置方面要突破源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃和運(yùn)行技術(shù)，充分發(fā)揮儲(chǔ)能調(diào)節(jié)作用，支撐新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
（轉(zhuǎn)載自中國(guó)能源報(bào)）
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