中國儲能網(wǎng)訊：
1 研究背景
隨著能源轉型加速推進，電力系統(tǒng)“雙高”特征更加顯著，逐漸由量變進入質變，跨入世界電力發(fā)展的“無人區(qū)”，傳統(tǒng)問題持續(xù)累積，新的問題不斷涌現(xiàn)，亟需加快構建與高比例新能源相匹配的新型電力系統(tǒng)，破除發(fā)展制約。
從平衡層面看，新能源固有的隨機性、趨同性隨著裝機規(guī)模持續(xù)擴大，供需雙側特性在各時間尺度上均不完全匹配，電力供應由穩(wěn)定可控向“靠天吃飯”轉變。
從穩(wěn)定層面看，新能源和直流大量替代傳統(tǒng)同步電源，低慣量、弱支撐、低阻尼特性持續(xù)削弱系統(tǒng)穩(wěn)定物理基礎，常規(guī)N-1故障可能導致大規(guī)模新能源、多回直流連鎖故障。
從調節(jié)層面看，新能源潮汐式波動特征引發(fā)電網(wǎng)潮流跨省區(qū)、跨電壓等級涌動，增加電力系統(tǒng)保安全、保供應、保消納難度。
新型電力系統(tǒng)構建需遵循科學發(fā)展規(guī)律，通過多個五年規(guī)劃逐步建成?！笆逦濉笔菍崿F(xiàn)全社會碳達峰的戰(zhàn)略攻堅期、電力系統(tǒng)轉型升級的關鍵窗口期，起到承接與破局的歷史使命，需革新發(fā)展理念，提出應對方法——統(tǒng)籌源、網(wǎng)、荷、儲、技術、市場、政策等全要素，立足系統(tǒng)視角提出新的規(guī)劃理論，在規(guī)劃階段化解風險；明確未來破局所需的核心技術發(fā)展方向，降低轉型和發(fā)展成本，推動電力系統(tǒng)發(fā)展行穩(wěn)致遠。
2 論文解決問題及意義
1）“轉型深水區(qū)面臨哪些卡點”。系統(tǒng)剖析了新型電力系統(tǒng)在供需平衡、安全穩(wěn)定、調節(jié)能力三大維度的挑戰(zhàn)，明確“十五五”規(guī)劃亟需化解的矛盾。
2）“如何構建科學的規(guī)劃體系”。提出“源、網(wǎng)、荷、儲、技術、市場、政策”全要素協(xié)同規(guī)劃新理念，全面統(tǒng)籌“安全-保供-消納”三元邊界，從規(guī)劃源頭化解系統(tǒng)性風險。
3）“技術革新的核心方向是什么”。明確六個重點攻關領域，形成覆蓋多類型電源、直流輸電、供用電、構網(wǎng)型技術、長時儲能、仿真工具的全鏈條技術解決方案。
4）“研究成果的實踐價值何在”。為“十五五”電力行業(yè)發(fā)展提供頂層設計思路與可落地的實施路徑，支撐新型電力系統(tǒng)構建，服務能源強國建設，助力實現(xiàn)全社會碳達峰目標。
3 論文重點內容
1）新型電力系統(tǒng)發(fā)展面臨的三大挑戰(zhàn)。
①供需平衡難度增大。新能源置信出力水平不足，儲能電量搬移能力對平衡影響加大，平衡挑戰(zhàn)由晚峰電力缺口轉為“調節(jié)電量”缺口；送受端光伏發(fā)電“同質化”，全網(wǎng)面臨“晚峰發(fā)不了、午間要不了”的挑戰(zhàn)；極端天氣趨于常態(tài)化，對源荷雙側影響顯著。
②安全穩(wěn)定風險凸顯。新能源弱抗擾性帶來暫時性功率沖擊風險，沖擊規(guī)模呈擴大趨勢；大直流和直流群加大系統(tǒng)永久性功率沖擊風險，送受端頻率穩(wěn)定風險加劇；系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平削弱，制約新能源接納能力；電力電子化設備引入新型功率沖擊，新型穩(wěn)定問題不斷涌現(xiàn)。
③調節(jié)能力裕度不足。沙戈荒基地自身調節(jié)能力、系統(tǒng)整體調節(jié)能力需進一步統(tǒng)籌；調峰受阻替代網(wǎng)架受阻成為新能源消納主要矛盾，并擴展為全局性問題；新能源出力快速波動和電網(wǎng)潮流涌動帶來持續(xù)高低頻風險，且隨新能源增加不斷加劇。
(a)各區(qū)域新能源出力箱線圖
(b)各區(qū)域新能源利用小時數(shù)箱線圖
圖1 新能源電力電量特性
2）“十五五”規(guī)劃新理念。
①優(yōu)化電源功能定位和規(guī)模布局，夯實電力保供物質基礎。優(yōu)化各類電源定位，提升保供能力；以系統(tǒng)需求引領，補足各類電源支撐能力；按照“安全充?！痹瓌t超前研究極端天氣電力供應保障能力。
②推動交直流電網(wǎng)協(xié)同發(fā)展，發(fā)揮電網(wǎng)樞紐平臺作用。優(yōu)化加強交流網(wǎng)架結構，提升電網(wǎng)適應性；突破“主動支撐型”直流技術，按照“解耦和支撐”原則實現(xiàn)交直流協(xié)同發(fā)展，破除“強直弱交”難題；堅持全國一盤棋，統(tǒng)籌優(yōu)化中長期電力流，做好送受協(xié)同、遠近協(xié)同。
③加強負荷特性研判，強化供需雙側協(xié)同。深入分析發(fā)展趨勢，科學預測電力需求；考慮極端天氣影響，加強負荷特性研判；推動可控負荷、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調節(jié)，加速形成供需協(xié)同格局。
④強化儲能作用發(fā)揮，推進調節(jié)能力建設。以保障電力供應為導向，明確系統(tǒng)調節(jié)容量需求；發(fā)揮儲能快速爬坡能力，應對新能源驟升驟降挑戰(zhàn)；強化儲能穩(wěn)定支撐能力，引入穩(wěn)定新要素。
⑤依托新技術破局，降低電力系統(tǒng)轉型成本。以系統(tǒng)需求引領設備創(chuàng)新，提升電力電子技術對交流電的適配性；根據(jù)電網(wǎng)強度適配直流技術路線，滿足主動支撐需求；引入不發(fā)/少發(fā)有功的穩(wěn)定新要素，釋放新能源消納空間；加強系統(tǒng)調控技術，避免調節(jié)問題向穩(wěn)定問題擴展。
⑥通過市場機制優(yōu)化資源配置，推動規(guī)劃與運行協(xié)同。以市場為核心進行資源配置，高效配置平衡、穩(wěn)定、調節(jié)資源；通過市場機制激活存量資源，降低系統(tǒng)綜合成本；以安全機組組合滿足系統(tǒng)支撐需要，守牢“雙高”安全底線；健全完善市場機制，為新型電力系統(tǒng)建設保駕護航。
3）重點技術攻關方向。
①電源技術。煤電向“深調峰、快調節(jié)、強支撐、高效率、高韌性、低排放”的新一代煤電發(fā)展，水電推進擴機、增容、加裝大泵等改造；核電、氣電推進靈活性提升。
②直流輸電技術。適配不同電網(wǎng)強度，發(fā)展柔直、SLCC、CLCC等多技術路線，研究弱支撐環(huán)境下孤島送出技術、構網(wǎng)型運行技術，實現(xiàn)交直流解耦合和對系統(tǒng)的主動支撐。
③供用電技術。構建分布式資源聚合調控框架，解決與大電網(wǎng)的適配問題，參與電網(wǎng)多時間尺度運行，挖掘負荷時空轉移潛力。
④構網(wǎng)型技術。明確構網(wǎng)設備“能量儲備、過流能力”物質基礎，加強設備模型和控制參數(shù)管理，研究構網(wǎng)型/跟網(wǎng)型設備配比、規(guī)模及布點問題。
⑤長時儲能技術。設計跨能源品種融合發(fā)展場景，發(fā)展氫儲能等長時儲能，應對極端氣象下多時間尺度能量時移需求。
圖2 電源技術發(fā)展路線
圖3 構網(wǎng)型技術物質基礎及控制管理
4）規(guī)劃工具迭代與模式升級。
①電氣計算工具升級與模式革新。加快仿真算法從機電暫態(tài)仿真向機電-電磁混合、全電磁暫態(tài)仿真升級；解決大直流、大基地和分布式新能源等電力電子設備精細化仿真問題。
②生產(chǎn)模擬工具邏輯完善與功能擴展。引入氣象和市場等新要素，為供需平衡提供概率化邊界；構建分鐘級生產(chǎn)模擬模型，刻畫系統(tǒng)運行全環(huán)節(jié)，評估多時間尺度調節(jié)缺口。
③考慮“三元邊界”的智能規(guī)劃工具構建與應用。統(tǒng)籌安全、保供、消納三元邊界，構建深度強化學習框架，在新型電力系統(tǒng)規(guī)劃中補強穩(wěn)定、平衡、調節(jié)要素。
圖4 運行方式自動計算框架及關鍵技術
圖5 面向新型電力系統(tǒng)的多層級生產(chǎn)模擬框架
圖6 考慮安全、保供、消納三元邊界的智能規(guī)劃方法
4 結論
系統(tǒng)梳理了我國電力系統(tǒng)發(fā)展概況，分析了亟需關注的重大問題，剖析了未來發(fā)展面臨的主要形勢；提出了涵蓋源、網(wǎng)、荷、儲、技術、市場等全要素的規(guī)劃理念，通過綜合施策在規(guī)劃階段超前化解風險；明確了新技術攻關重點和應用方向，突破發(fā)展制約、降低發(fā)展成本；通過加強仿真工具和能力建設，實現(xiàn)對特性和風險的深度認知，有效應對系統(tǒng)性風險和結構性矛盾。
未來相當長時間內，電力系統(tǒng)仍將以交流電為主體，同時新能源、直流等電力電子設備保持快速增長，依托耦合系統(tǒng)實現(xiàn)“雙碳”目標是必然之路。后續(xù)需進一步明確能源轉型進程中平衡、穩(wěn)定、調節(jié)之間的作用關系，剖析發(fā)展過程主要矛盾，破除安全-綠色-經(jīng)濟“能源不可能三角”，奠定新型電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展格局，服務能源強國建設。
