新型電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展電力需求為首要目標(biāo)，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)與多能互補(bǔ)為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開(kāi)放互動(dòng)基本特征的電力系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，能源是“主戰(zhàn)場(chǎng)”、電力是“主力軍”。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是推動(dòng)電力清潔低碳發(fā)展的必然選擇，對(duì)支持實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，保障區(qū)域能源供應(yīng)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(dǎo)地位。新能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性特點(diǎn)，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(yíng)等方面將面臨重大挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在能源時(shí)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(shí)間上尺度更?。焖俨▌?dòng)變化）；不確定性主導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行特性，強(qiáng)波動(dòng)性要求系統(tǒng)頻繁調(diào)節(jié)；電源和負(fù)荷的雙向響應(yīng)成為常態(tài)，調(diào)節(jié)的方式更加多樣。但無(wú)論新型電力系統(tǒng)還是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)運(yùn)行層面都須滿(mǎn)足三項(xiàng)約束：安全、供應(yīng)、消納，這三者須同時(shí)滿(mǎn)足。

發(fā)電側(cè)：加快電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的建設(shè)

到2025年南方電網(wǎng)將具備支撐新能源新增裝機(jī)1億千瓦以上的接入消納能力，非化石能源占比達(dá)到60%以上；到2030年具備支撐新能源再新增裝機(jī)1億千瓦以上的接入消納能力，推動(dòng)新能源成為南方區(qū)域第一大電源，非化石能源占比達(dá)到65%以上。新型電力系統(tǒng)需要傳統(tǒng)電源提供運(yùn)行和調(diào)節(jié)支撐，對(duì)傳統(tǒng)電源的調(diào)節(jié)靈活性要求更高，如德國(guó)風(fēng)力發(fā)電電量占達(dá)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(yùn)行和保障供應(yīng)的邊界，目前容量市場(chǎng)建設(shè)滯后，現(xiàn)在的電力市場(chǎng)未體現(xiàn)容量?jī)r(jià)值，亟需建設(shè)容量市場(chǎng)為新型電力系統(tǒng)提供有效支撐。

電力市場(chǎng)交易的作用是通過(guò)多利益主體參與市場(chǎng)博弈，以市場(chǎng)化的手段促進(jìn)電量靈活交易，在滿(mǎn)足可靠性要求下降低電力系統(tǒng)整體運(yùn)行成本。除輸配電成本外，電力系統(tǒng)運(yùn)行成本包括電能成本和輔助服務(wù)成本，由于電力系統(tǒng)運(yùn)行成本與可靠性要求直接相關(guān)，需統(tǒng)籌考慮電能市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)、計(jì)及可靠性約束，以運(yùn)行總成本最小為目標(biāo)進(jìn)行整體優(yōu)化。通過(guò)電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景模擬和故障仿真，實(shí)現(xiàn)考慮場(chǎng)景概率、故障概率的可靠性評(píng)估和輔助服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)效用分析。根據(jù)不同輔助服務(wù)資源的各類(lèi)輔助服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)效用，對(duì)輔助服務(wù)成本進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

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(lái)源，輔助服務(wù)市場(chǎng)是其主戰(zhàn)場(chǎng)，宜抓緊研究建設(shè)新型電力系統(tǒng)配套的輔助服務(wù)市場(chǎng)，尤其是備用市場(chǎng)，這里強(qiáng)調(diào)與新型電力系統(tǒng)配套的特指兩個(gè)方面：要考慮包含不同時(shí)間尺度的備用市場(chǎng)，因?yàn)樾履茉床煌瑫r(shí)間尺度的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率差別很大，備用市場(chǎng)應(yīng)能覆蓋各時(shí)間尺度預(yù)測(cè)偏差帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)；要構(gòu)建發(fā)用兩側(cè)共同參與的市場(chǎng)，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(chǎng)造成的市場(chǎng)力和價(jià)格大幅波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

輸電側(cè)：策劃計(jì)算工作由后臺(tái)轉(zhuǎn)向前臺(tái)

傳統(tǒng)模式下，電網(wǎng)安排的運(yùn)行方式，基于傳統(tǒng)系統(tǒng)的強(qiáng)運(yùn)行規(guī)律，根據(jù)對(duì)規(guī)律的預(yù)測(cè)和發(fā)展的研判，據(jù)此來(lái)安排運(yùn)行方式，并通過(guò)極大和極小方式的分析計(jì)算來(lái)做安全邊界的校核，屬于從后臺(tái)到前臺(tái)的主動(dòng)式工作流程，系統(tǒng)的運(yùn)行總體服從人的安排；新型電力系統(tǒng)能源配置的時(shí)間尺度小、空間尺度大，意味著實(shí)時(shí)、前臺(tái)直接面對(duì)系統(tǒng)的短期的快速波動(dòng)變化和超大的運(yùn)行邊界條件，過(guò)去的工作流程很難適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的時(shí)空特性，需要前臺(tái)具備強(qiáng)大的分析決策和電網(wǎng)深度駕馭能力。

國(guó)家電網(wǎng)關(guān)于建設(shè)新型電力系統(tǒng)行動(dòng)計(jì)劃的五個(gè)方面，第一方面就是發(fā)展柔性輸電網(wǎng)和先進(jìn)配電網(wǎng)技術(shù)。南方電網(wǎng)推行調(diào)控一體化，目標(biāo)在于主網(wǎng)全面遙控，讓調(diào)度臺(tái)具有直接操作電網(wǎng)的手，未來(lái)還要有深度駕馭電網(wǎng)的腦，能夠在線(xiàn)快速計(jì)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(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)安全、供應(yīng)、消納的三者全部，過(guò)去后臺(tái)的工作要在未來(lái)前臺(tái)化，這對(duì)調(diào)度臺(tái)提出很高的要求，實(shí)時(shí)調(diào)度層面要抓緊提出功能需求，推動(dòng)開(kāi)展相關(guān)功能建設(shè)。

在調(diào)度臺(tái)前臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及先進(jìn)傳感測(cè)量、通信信息、控制技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)改造和升級(jí)傳統(tǒng)物理電網(wǎng)，逐步實(shí)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(jí)功能。通過(guò)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與多能源系統(tǒng)、用戶(hù)大數(shù)據(jù)交互，提升電網(wǎng)的靈活性和適應(yīng)性，服務(wù)大規(guī)模集中式、分布式新能源并網(wǎng)和消納，實(shí)現(xiàn)能源資源優(yōu)化配置和高效利用，促進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)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(qiáng)簡(jiǎn)有序、靈活可靠、先進(jìn)適用”的先進(jìn)配電網(wǎng)，支持分布式新能源接入。先進(jìn)配電網(wǎng)指配網(wǎng)側(cè)的高度可控，對(duì)被感知目標(biāo)的全面可觀和精確測(cè)控，使得目標(biāo)越發(fā)“透明”，基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的數(shù)字化管理，對(duì)配網(wǎng)側(cè)的調(diào)節(jié)資源，分布式風(fēng)電與光伏、儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)和可中斷、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等各類(lèi)資源進(jìn)行穿透式的控制，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于現(xiàn)在主網(wǎng)傳統(tǒng)電源的精準(zhǔn)控制，同時(shí)要將其參與電力市場(chǎng)交易，做到物理上可管控、市場(chǎng)上可配置。這里對(duì)配用電側(cè)的通信和自動(dòng)化技術(shù)提出很高的要求，從物理上為數(shù)字化電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)提供基礎(chǔ)。

另外，新能源上網(wǎng)布點(diǎn)多后，需考慮存儲(chǔ)電能的問(wèn)題，要進(jìn)一步規(guī)范儲(chǔ)能裝置并網(wǎng)業(yè)務(wù)，按照所接電壓等級(jí)統(tǒng)一納入調(diào)度管理，優(yōu)先解決安全問(wèn)題再到效率、效益問(wèn)題。充電樁作為其中的上網(wǎng)布點(diǎn)，有可能在沒(méi)有用戶(hù)時(shí)是閑置占用配變?nèi)萘康?，?dāng)用戶(hù)較多時(shí)會(huì)大量用電，配變重過(guò)載問(wèn)題需綜合考慮，也有可能在未來(lái)汽車(chē)充電飽和后反送電上網(wǎng)也會(huì)存在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上網(wǎng)的關(guān)系，需加以區(qū)分。

用電側(cè)還需推動(dòng)加快實(shí)施電力需求側(cè)管理，引導(dǎo)用戶(hù)科學(xué)用能，鼓勵(lì)引導(dǎo)供需互動(dòng)、節(jié)約高效的能源消費(fèi)方式。配合政府建立完善電力需求響應(yīng)機(jī)制，激勵(lì)各類(lèi)電力市場(chǎng)主體挖掘調(diào)峰資源，引導(dǎo)非生產(chǎn)性空調(diào)負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷等柔性負(fù)荷主動(dòng)參與需求響應(yīng)，探索靈活多樣的市場(chǎng)化需求響應(yīng)交易模式。通過(guò)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(chǔ)能側(cè)：加大抽水蓄能電站的建設(shè)推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用

我國(guó)基于大電網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)和國(guó)外基于微網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)不同（微網(wǎng)主要應(yīng)用新型儲(chǔ)能或電動(dòng)車(chē)），在我國(guó)大容量的抽水蓄能在未來(lái)仍是解決新能源發(fā)電不穩(wěn)定的主要工具。目前國(guó)家政策允許電網(wǎng)投資抽蓄，將抽水蓄能容量電價(jià)納入輸配電價(jià)回收、作為蓄能主要收入來(lái)源，這對(duì)電網(wǎng)是重大利好；電量電價(jià)包括抽水電價(jià)和發(fā)電電價(jià)應(yīng)通過(guò)市場(chǎng)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(duì)于電源方配套建設(shè)的抽水蓄能政策還不明晰，但應(yīng)允許業(yè)主以更加靈活的方式參與調(diào)度運(yùn)行，如和自己風(fēng)光能源打捆提供穩(wěn)定的出力、甚至允許出現(xiàn)單個(gè)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(lì)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(dòng)中長(zhǎng)期抽水蓄能選點(diǎn)規(guī)劃，加快陽(yáng)江、梅州、南寧、惠州中洞、肇慶浪江、江門(mén)鶴城等抽水蓄能電站規(guī)劃建設(shè)。同時(shí)也推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中多場(chǎng)景應(yīng)用，支撐大規(guī)模新能源消納，充分利用儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)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(dòng)儲(chǔ)能與新能源互補(bǔ)發(fā)展，電網(wǎng)側(cè)推進(jìn)儲(chǔ)能調(diào)峰調(diào)頻應(yīng)用，用戶(hù)側(cè)推動(dòng)儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷削峰填谷。搭建平臺(tái)聚合電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)潛力，研究構(gòu)建虛擬電廠，調(diào)動(dòng)各類(lèi)資源潛力，到2030年全網(wǎng)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)達(dá)到2000萬(wàn)千瓦。

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)背景下黨中央對(duì)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(chǎng)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(duì)于電網(wǎng)調(diào)度鏈條的各個(gè)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(wù)市場(chǎng)的建設(shè)，根據(jù)不同輔助服務(wù)資源的各類(lèi)輔助服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)效用對(duì)輔助服務(wù)成本進(jìn)行分?jǐn)偅惠旊妭?cè)在實(shí)時(shí)調(diào)度層面要抓緊提出功能需求，將后臺(tái)工作轉(zhuǎn)向前臺(tái)化，推動(dòng)電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化調(diào)控；配電側(cè)對(duì)通信和自動(dòng)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(yùn)營(yíng)提供基礎(chǔ)；用電側(cè)還需加強(qiáng)需求側(cè)響應(yīng)管理；儲(chǔ)能側(cè)需加大抽水蓄能電站的建設(shè)力度，并推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。