新型電力系統(tǒng)的實時調(diào)控技術(shù)思考與建議

廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 楊民京

新型電力系統(tǒng)是以新能源為供給主體、以確保能源電力安全為基本前提、以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展電力需求為首要目標，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統(tǒng)。實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，能源是“主戰(zhàn)場”、電力是“主力軍”。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是推動電力清潔低碳發(fā)展的必然選擇，對支持實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，保障區(qū)域能源供應安全具有重要意義。

新型電力系統(tǒng)的顯著特征是新能源在電源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導地位。新能源具有隨機性、波動性、間歇性特點，系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源需求大，且新能源大規(guī)模并網(wǎng)后系統(tǒng)呈現(xiàn)高度電力電子化特征，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比在持續(xù)可靠供電、電網(wǎng)安全穩(wěn)定和生產(chǎn)經(jīng)營等方面將面臨重大挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)相對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在能源時空配置方面空間上尺度更大（新能源能量密度低，更加分散）、時間上尺度更小（快速波動變化）；不確定性主導系統(tǒng)運行特性，強波動性要求系統(tǒng)頻繁調(diào)節(jié)；電源和負荷的雙向響應成為常態(tài)，調(diào)節(jié)的方式更加多樣。但無論新型電力系統(tǒng)還是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，在實時運行層面都須滿足三項約束：安全、供應、消納，這三者須同時滿足。

發(fā)電側(cè)：加快電力輔助服務市場的建設(shè)

到2025年南方電網(wǎng)將具備支撐新能源新增裝機1億千瓦以上的接入消納能力，非化石能源占比達到60%以上；到2030年具備支撐新能源再新增裝機1億千瓦以上的接入消納能力，推動新能源成為南方區(qū)域第一大電源，非化石能源占比達到65%以上。新型電力系統(tǒng)需要傳統(tǒng)電源提供運行和調(diào)節(jié)支撐，對傳統(tǒng)電源的調(diào)節(jié)靈活性要求更高，如德國風力發(fā)電電量占達30%、光伏電量占比接近20%、傳統(tǒng)能源的靈活性調(diào)節(jié)可至30%。另外考慮新能源發(fā)電的不確定性，需傳統(tǒng)電源容量作為支撐系統(tǒng)安全運行和保障供應的邊界，目前容量市場建設(shè)滯后，現(xiàn)在的電力市場未體現(xiàn)容量價值，亟需建設(shè)容量市場為新型電力系統(tǒng)提供有效支撐。

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(guān)，需統(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(jù)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。

另外，新型電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)電源不再以發(fā)電量作為主要收入來源，輔助服務市場是其主戰(zhàn)場，宜抓緊研究建設(shè)新型電力系統(tǒng)配套的輔助服務市場，尤其是備用市場，這里強調(diào)與新型電力系統(tǒng)配套的特指兩個方面：要考慮包含不同時間尺度的備用市場，因為新能源不同時間尺度的預測準確率差別很大，備用市場應能覆蓋各時間尺度預測偏差帶來的風險；要構(gòu)建發(fā)用兩側(cè)共同參與的市場，既是物理上系統(tǒng)調(diào)節(jié)的需要，也是防范極端天氣條件下單邊參與市場造成的市場力和價格大幅波動風險。

輸電側(cè)：策劃計算工作由后臺轉(zhuǎn)向前臺

傳統(tǒng)模式下，電網(wǎng)安排的運行方式，基于傳統(tǒng)系統(tǒng)的強運行規(guī)律，根據(jù)對規(guī)律的預測和發(fā)展的研判，據(jù)此來安排運行方式，并通過極大和極小方式的分析計算來做安全邊界的校核，屬于從后臺到前臺的主動式工作流程，系統(tǒng)的運行總體服從人的安排；新型電力系統(tǒng)能源配置的時間尺度小、空間尺度大，意味著實時、前臺直接面對系統(tǒng)的短期的快速波動變化和超大的運行邊界條件，過去的工作流程很難適應新型電力系統(tǒng)的時空特性，需要前臺具備強大的分析決策和電網(wǎng)深度駕馭能力。

國家電網(wǎng)關(guān)于建設(shè)新型電力系統(tǒng)行動計劃的五個方面，第一方面就是發(fā)展柔性輸電網(wǎng)和先進配電網(wǎng)技術(shù)。南方電網(wǎng)推行調(diào)控一體化，目標在于主網(wǎng)全面遙控，讓調(diào)度臺具有直接操作電網(wǎng)的手，未來還要有深度駕馭電網(wǎng)的腦，能夠在線快速計算分析、決策調(diào)整，柔性輸電網(wǎng)就是要求輸電網(wǎng)能夠靈活調(diào)整運行方式，實現(xiàn)安全、供應、消納的三者全部，過去后臺的工作要在未來前臺化，這對調(diào)度臺提出很高的要求，實時調(diào)度層面要抓緊提出功能需求，推動開展相關(guān)功能建設(shè)。

在調(diào)度臺前臺系統(tǒng)設(shè)計方面，運用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及先進傳感測量、通信信息、控制技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)改造和升級傳統(tǒng)物理電網(wǎng)，逐步實現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)自我感知、故障缺陷自我診斷、電網(wǎng)控制自主決策等高級功能。通過實現(xiàn)電網(wǎng)與多能源系統(tǒng)、用戶大數(shù)據(jù)交互，提升電網(wǎng)的靈活性和適應性，服務大規(guī)模集中式、分布式新能源并網(wǎng)和消納，實現(xiàn)能源資源優(yōu)化配置和高效利用，促進源網(wǎng)荷儲協(xié)同發(fā)展。

配用電側(cè)：提升數(shù)字化管理及需求側(cè)管理

建設(shè)“強簡有序、靈活可靠、先進適用”的先進配電網(wǎng)，支持分布式新能源接入。先進配電網(wǎng)指配網(wǎng)側(cè)的高度可控，對被感知目標的全面可觀和精確測控，使得目標越發(fā)“透明”，基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)配網(wǎng)的數(shù)字化管理，對配網(wǎng)側(cè)的調(diào)節(jié)資源，分布式風電與光伏、儲能、微電網(wǎng)、電動汽車和可中斷、可調(diào)節(jié)負荷等各類資源進行穿透式的控制，實現(xiàn)類似于現(xiàn)在主網(wǎng)傳統(tǒng)電源的精準控制，同時要將其參與電力市場交易，做到物理上可管控、市場上可配置。這里對配用電側(cè)的通信和自動化技術(shù)提出很高的要求，從物理上為數(shù)字化電網(wǎng)運營提供基礎(chǔ)。

另外，新能源上網(wǎng)布點多后，需考慮存儲電能的問題，要進一步規(guī)范儲能裝置并網(wǎng)業(yè)務，按照所接電壓等級統(tǒng)一納入調(diào)度管理，優(yōu)先解決安全問題再到效率、效益問題。充電樁作為其中的上網(wǎng)布點，有可能在沒有用戶時是閑置占用配變?nèi)萘康模斢脩糨^多時會大量用電，配變重過載問題需綜合考慮，也有可能在未來汽車充電飽和后反送電上網(wǎng)也會存在市場競爭上網(wǎng)的關(guān)系，需加以區(qū)分。

用電側(cè)還需推動加快實施電力需求側(cè)管理，引導用戶科學用能，鼓勵引導供需互動、節(jié)約高效的能源消費方式。配合政府建立完善電力需求響應機制，激勵各類電力市場主體挖掘調(diào)峰資源，引導非生產(chǎn)性空調(diào)負荷、工業(yè)負荷等柔性負荷主動參與需求響應，探索靈活多樣的市場化需求響應交易模式。通過需求側(cè)管理提升電力系統(tǒng)整體效率和效益，降低能耗水平。

儲能側(cè)：加大抽水蓄能電站的建設(shè)推進儲能技術(shù)規(guī)模化應用

我國基于大電網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)和國外基于微網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)不同（微網(wǎng)主要應用新型儲能或電動車），在我國大容量的抽水蓄能在未來仍是解決新能源發(fā)電不穩(wěn)定的主要工具。目前國家政策允許電網(wǎng)投資抽蓄，將抽水蓄能容量電價納入輸配電價回收、作為蓄能主要收入來源，這對電網(wǎng)是重大利好；電量電價包括抽水電價和發(fā)電電價應通過市場方式形成，按照成本從低到高依次調(diào)用，既可控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)成本，也有利于支撐抽水蓄能的發(fā)展建設(shè)。目前對于電源方配套建設(shè)的抽水蓄能政策還不明晰，但應允許業(yè)主以更加靈活的方式參與調(diào)度運行，如和自己風光能源打捆提供穩(wěn)定的出力、甚至允許出現(xiàn)單個蓄能逆系統(tǒng)調(diào)峰的情況，給業(yè)主方更大的靈活自主性才能更大鼓勵新能源業(yè)主配套建設(shè)抽水蓄能積極性。

目前南方電網(wǎng)已推動中長期抽水蓄能選點規(guī)劃，加快陽江、梅州、南寧、惠州中洞、肇慶浪江、江門鶴城等抽水蓄能電站規(guī)劃建設(shè)。同時也推動儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中多場景應用，支撐大規(guī)模新能源消納，充分利用儲能技術(shù)實現(xiàn)電力削峰填谷，提升能源電力整體利用效率。電源側(cè)著力推動儲能與新能源互補發(fā)展，電網(wǎng)側(cè)推進儲能調(diào)峰調(diào)頻應用，用戶側(cè)推動儲能實現(xiàn)負荷削峰填谷。搭建平臺聚合電動汽車儲能調(diào)節(jié)潛力，研究構(gòu)建虛擬電廠，調(diào)動各類資源潛力，到2030年全網(wǎng)電化學儲能裝機達到2000萬千瓦。

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)，但新型電力系統(tǒng)也是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的繼承和發(fā)展，對于電網(wǎng)調(diào)度鏈條的各個環(huán)節(jié)都有需改善的地方。發(fā)電側(cè)需加快電力輔助服務市場的建設(shè)，根據(jù)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；輸電側(cè)在實時調(diào)度層面要抓緊提出功能需求，將后臺工作轉(zhuǎn)向前臺化，推動電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化調(diào)控；配電側(cè)對通信和自動化技術(shù)需提出更高的要求，從物理上為數(shù)字化電網(wǎng)運營提供基礎(chǔ)；用電側(cè)還需加強需求側(cè)響應管理；儲能側(cè)需加大抽水蓄能電站的建設(shè)力度，并推進儲能技術(shù)規(guī)模化應用。