徐泰山：新型电力系统运行与控制下的“不变”与“变”

新型电力系统运行与控制下的“不变”与“变”

南瑞研究院副院长、技术战略研究中心主任 徐泰山

　　构建以新能源为主体的新型电力系统，是“碳达峰、碳中和”目标背景下党中央对电力系统发展作出的最新重大决策。虽然构建新型电力系统是一场全方位的变革，面临诸多挑战，但是新型电力系统也是传统电力系统的继承和发展。针对电力系统运行与控制领域，从设备构成、系统作用、电力电量平衡、稳态控制、综合防御、电力市场等6个方面探讨二者之间的“不变”与“变”，旨在抛砖引玉。

　　一是新型电力系统的设备构成不变，但新能源发电、电力电子设备和柔性负荷占比发生很大变化。随着电力系统设备构成比的变化，电力系统的安全稳定特性将发生深刻变化。源侧低惯量、低短路比特征突出，安全稳定支撑能力不断被削弱，荷侧动态特性越来越复杂，网侧交直流、多直流间耦合更加紧密，电力系统受扰后的稳定特性由传统机电模式主导向机电—电磁多模式耦合交互影响演化。为了提升新型电力系统抗扰水平，保障电网安全高效运行，不仅要充分发挥新能源发电主动支撑和负荷参与灵活互动的能力，而且要构建规模化电力电子设备广域协调控制系统。

　　二是大电网能源资源大范围优化配置枢纽平台的主体作用不变，但对其优化配置的灵活、高效能力要求将极大提高。我国能源资源自然禀赋和消费需求空间分布特征，决定了以新能源为主体的新型电力系统必然要支撑新能源电力的远距离大规模输送。未来随着能源富集地区新能源深度开发和经济发达地区用电需求持续增长，以特高压交直流输电为骨干网架的跨区互联电网电力优化配置作用愈加突出，需要充分发挥各区域电力生产和消费的互补特性，实现电力在更大范围空间、时间互济；此外，随着负荷中心大规模分布式新能源的开发利用和用能方式转变，电网形态将形成大电网与微网、分布式能源系统、直流电网等多种新形态电网并存格局，负荷侧不再是单纯的电力消费者，也是电力生产者，需要通过以大电网枢纽平台的多种形态电网协同互动，实现电力需求、电力生产的灵活转换和新能源的高效消纳。

　　三是电力电量平衡的基本要求和优化任务不变，但优化决策由确定性向考虑不确定性转变，碳排放将作为优化目标中考虑的重要因素。传统电力系统一次能源主要由稳定可控的煤、水等常规能源提供，超短期、短期、中长期负荷变化也在可预测范围内，可以采用确定性优化的方法进行电力电量平衡优化决策。但新型电力系统中源荷双侧不确定性强，基于确定性进行电力电量平衡优化制定调度计划，造成的计划与实际的偏差难以通过实时控制进行平衡，需要考虑源荷不确定性进行电力电量平衡优化决策。此外，随着低碳化成为电力系统运行的一项重要指标，需要量化各类电源的碳排放指标，甚至负荷的碳排放指标，将降低碳排放纳入电力电量平衡优化决策目标。

　　四是电力系统稳态控制的定位与作用不变，但决策和控制方式将由基于当前运行状态的实时校正控制向兼顾未来运行状态的预测超前控制转变。传统电力系统源荷两侧在短时间尺度内通常变化不大，系统运行状态的过渡相对比较平滑，通过实时监视电网频率、电压、联络线功率和输电设备/通道功率对电网进行校正控制，可以满足稳态控制的要求。新型电力系统中，源荷双侧功率注入与外部环境、用电意愿等因素强耦合，具有强随机性，电力系统运行状态波动加剧，采用针对当前运行状态的实时校正控制可能出现频繁双向调节，甚至受调节速度制约导致控制失败，需要考虑未来超短期运行状态的风险评估结果，采取基于预测的超前控制实现运行状态的连续滚动校正。

　　五是电力系统“三道防线”的综合防御理念不变，但设计原则将从基于概率准则的防御向基于风险准则的防御转变。传统电力系统中，基于对各类故障发生的统计概率和演化规律的认识，按概率大小定性地进行各类故障防御等级划分，通过预防控制、紧急控制和校正控制，实现不同等级故障的时空协调综合防御。新型电力系统中，电网运行场景的演化随内外部环境变化而具有强不确定性，同时由于交直流、高占比电力电子设备间动态交互影响的增强，故障的演化规律更加复杂，高维不确定性极有可能引发小概率高风险事件的发生，需要基于风险准则进行防御等级划分和防御措施协调制定。

　　六是电力市场交易的目标和作用不会变，但电力市场交易将由电能市场和辅助服务市场分别交易向二者一体化交易转变，辅助服务定价将从契约、市场等现行模式向基于场景模拟和风险效用评估的新模式转变。电力市场交易的作用是通过多利益主体参与市场博弈，以市场化的手段促进电量灵活交易，在满足可靠性要求下，降低电力系统整体运行成本。除输配电成本之外，电力系统运行成本包括电能成本和辅助服务成本，由于电力系统运行成本与可靠性要求直接相关，需要统筹考虑电能市场和辅助服务市场，以运行总成本最小为目标进行整体优化。通过电力系统运行场景模拟和故障仿真，实现考虑场景概率、故障概率的可靠性评估和辅助服务风险效用分析。根据不同辅助服务资源的各类辅助服务风险效用，对辅助服务成本进行分摊。