新能源發電裝機快速增長 大電網安全面臨嚴峻挑戰

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伴隨著世界能源體系向清潔低碳、安全高效轉型，我國能源和電力發展處於重要戰略機遇期，能源供需格局持續深入調整。電網作為能源傳輸和轉換的核心，承擔著各大能源基地的能量輸送、可再生能源開發的有序接入、多種能源資源優化配置的重要責任。

近年來，特高壓交直流互聯電網快速建設、大容量新能源集中接入以及分布式發電的高速發展和廣泛應用，電源、電網結構發生了深刻變化，影響系統安全的因素更加多元化，穩定特性日趨複雜，電網調控運行難度大幅提升。

(文/中國電力科學研究院有限公司 安寧)

特高壓交直流混聯電網初具規模

新能源發電裝機快速增長

在國家電網有限公司經營範圍內，目前已投產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三角、山東負荷中心集中落點的7大直流群。單個直流群規模達到1350萬～2800萬千瓦，佔送出省網發電負荷比例的40%～60%，佔落點省網用電負荷比例的25%～70%。

2019年，公司經營範圍內新能源新增裝機超過4745萬千瓦，累計達3.5億千瓦，裝機容量超過水電，成為我國第二大電源。青海、甘肅新能源發電裝機容量佔本省電源總裝機容量超40%。國家電網成為全球接入新能源規模最大的電網，新能源利用率96.8%。在未來5年，新能源裝機仍將保持平穩增長，新能源發電逐步由輔助電源轉變為主力電源。

大電網安全面臨嚴峻挑戰

隨著遠距離跨區輸電規模持續增長以及新能源併網規模持續擴大，電網大範圍優化配置資源能力顯著提高，電網調度運行難度也大幅提升。

系統運行信息掌握不足：新電源發電運行狀態與可控能力感知不足，新能源發電數量眾多、運行狀態多變，模型參數難以及時精確辨識。電網輸變電設備全息狀態感知深度不足，輸變電設備缺陷識別能力有待提高，各設備監控系統存在信息孤島與盲區。系統運行方式分析依賴「一次建模、長期使用」的負荷模型，新能源電動汽車、分布式電源、新型變頻用電設備等負荷側設備種類不斷增加，負荷模型和參數負荷模型與參數的時變性和複雜性增加。

電網多源數據處理能力不足：電網調度量測數據未得到充分利用，廣域量測系統(WAMS)、調控監測系統等在線系統實時產生大量運行數據，但缺乏有效的提取與分析。輸變電設備傳感數據未得到有效利用，大量數據沒有得到充分融合和高效處理，智能變電站信息共享優勢未能充分發揮。各類衛星遙感、直升機、無人機及人工巡檢數據未得到協同管理和聯合應用，氣象、災害等外部環境信息運用不充分，每年因雷擊、風害等外部因素以及設備缺陷造成輸變電設備停運跳閘近千次。

大電網防禦能力不足：系統穩定形態日趨複雜，一體化特徵顯著，電力電子型電源群、直流群替代傳統機組，系統故障行為更加難以預測，連鎖故障風險急劇增加。

系統調控能力不足：常規機組被大量替代，新能源發電機組、直流輸電系統不具備常規電源的轉動慣量特性，系統頻率魯棒性下降，大功率缺失情況下極易誘發全網頻率問題。特高壓直流工程密集投運，受端電網電壓支撐能力下降，電壓穩定問題突出，系統運行更加脆弱。

通過技術創新提升電網安全運行能力

在公司建設具有中國特色國際領先的能源網際網路企業戰略目標的指引下，針對我國能源轉型發展的需求，以特高壓交直流大電網安全高效運行為目標，抓住能源網際網路建設的重要契機，融合先進信息通信技術、控制技術和能源技術，有效支撐可再生能源大規模開發利用，促進「源網荷儲」深度互動，保障能源生產、傳輸、消費的高效可靠，提升電網運行水平。

積極發展柔性輸電技術，優化堅強網架布局：優化骨幹網架，實現主網架合理分層分區。在特高壓交流主網架基礎上，優化受端電網500千伏網架，合理分層分區，加強電網薄弱環節建設，提升電網整體的平衡能力和嚴重故障抵禦能力，實現區域電網資源優化配置;協調電網和電源規劃，合理安排新能源併網規模及消納方向，通過協調電網與電源規劃，適時適度加強主網架結構以滿足新能源輸送與消納需求，多措並舉提升清潔能源消納效率，提高大電網系統調節水平;發展和應用柔性交直流輸電技術，提高系統運行的可靠性和穩定性，通過柔性交直流輸電系統靈活迅速的控制能力，提高重要斷面輸電能力，應對新能源接入需求，豐富系統穩定控制手段。

推進決策與防禦智能化，提升電網安全保障：引入先進的人工智慧技術，實現數據驅動和知識驅動的安全穩定分析及決策方法;建立先進適用的電網保護控制體系，提高網絡安全防護能力，服務電網安全運行，貫通和融合二次系統信息流，提升電網運行數據採集能力和可靠性，提升全景監測與多業務協同能力;充分發揮儲能系統靈活響應特性，實現對系統的慣量支撐、一次調頻以及電壓支撐，提高系統的功角、頻率和電壓穩定性;基於大數據和泛在響應控制，融合電網實時量測數據及電網穩定機理，形成基於系統實時狀態的緊急控制策略，提升安控措施對各類故障的匹配度，實現電力系統安全穩定綜合防禦;以現代化信息通信技術為支撐，綜合運用衛星、遙感、北鬥、無線傳感等「天—空—地」立體量測技術和人工智慧技術，構建大電網設備全方位立體化監測網絡，實現設備狀態全面感知和智能分析，實現自然災害預防預判和應急處置，全面推動智慧輸變電的跨越，全面提升輸變電設備的風險防控水平。

提升在線決策水平，提高電網調控能力：基於用電信息和量測信息的深度感知，獲取負荷特性及構成的實時數據，利用大數據和人工智慧分析技術，實現按站分時精準負荷建模，準確反映負荷模型的時變性，提升電網負荷模型精確度，準確把握電網輸電能力;基於人機知識交互與協同工作、人在迴路的機器學習等先進人工智慧技術，實現調度在線決策持續趨優進化，協助調度運行人員實時準確掌握大電網的穩定狀況、涵蓋電源、負荷以及儲能等各類因素的全面可用調控資源水平、可再生能源的消納能力，為電網調度運行提供一體化運行展示和決策支持;構建新一代電網調控系統，提升調度運行智能化水平，在PMU/WAMS量測數據的基礎上，建立「源網荷儲」廣泛互聯的全網廣域信息系統，結合人工智慧、超實時計算等先進計算技術對全網信息進行實時分析，實現響應驅動的安全穩定在線量化評估。

發揮「源網荷儲」互動活力，促進新能源消納：基於新能源場站等值模型參數在線測量分析及參數準確性校核，實現場站模型的精確刻畫和參數的小時級/分鐘級辨識，提高模型參數準確性;分析電網對新能源電源的涉網性能需求，優化新能源的源網協調控制策略，提高頻率和電壓支撐能力，推動新能源與電網的良性互動，提升電網對新能源的消納水平;利用儲能參與系統的二次調頻，提高系統的頻率和聯絡線功率調控能力，在負荷側配置儲能，促進分布式可再生能源的消納，結合峰谷電價政策，實現電網需求側響應;發揮負荷側互補潛力，在不影響安全生產和正常生活的前提下，靈活調節能源轉換關係和各類能源佔比，增強源荷互動活力。