云南新型電力系統(tǒng)運(yùn)行控制體系的構(gòu)想

鄭外生，陳亦平，周保榮

(1.中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣州 510663；2.中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣州 510663；3. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州 510663)

0 引言

建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已成為世界各地電力系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢(shì)，許多國(guó)家和地區(qū)陸續(xù)提出了構(gòu)建100%可再生能源電力系統(tǒng)的設(shè)想[1 - 2]。從資源稟賦上看，我國(guó)西北地區(qū)將逐步由火電為主、風(fēng)光為輔轉(zhuǎn)換為風(fēng)光為主、火電為輔[3]，而西南地區(qū)則具備構(gòu)建水風(fēng)光協(xié)調(diào)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

云南省是全國(guó)重要的綠色電力基地和西電東送基地。2016年云南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，有效解決了云南電力外送交直流并聯(lián)運(yùn)行、長(zhǎng)距離輸電斷面“強(qiáng)直弱交”帶來的安全穩(wěn)定問題[4 - 6]，打開了云南外送輸電規(guī)模的空間，構(gòu)建了適應(yīng)大規(guī)模清潔能源基地直流外送的運(yùn)行控制體系，支撐了30 GW省內(nèi)負(fù)荷、40 GW外送電力的安全運(yùn)行，外送電量占比超40%，年送電量突破140 TWh。

2021年云南全省電源總裝機(jī)容量超過100 GW，其中水電裝機(jī)74 GW、新能源裝機(jī)13 GW，清潔能源裝機(jī)占比達(dá)86%，發(fā)電量占比接近90%[7 - 9]。隨著云南電力供應(yīng)出現(xiàn)“電力電量雙缺”情況，“十四五”期間新能源將跨越式增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年裝機(jī)將達(dá)到50 GW，發(fā)電量占比超過20%。

作為世界上技術(shù)最先進(jìn)、特性最復(fù)雜、電力最綠色的異步送端大電網(wǎng)之一，云南電網(wǎng)將呈現(xiàn)水電為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與風(fēng)光為主的新型電力系統(tǒng)進(jìn)行季節(jié)性轉(zhuǎn)換態(tài)勢(shì)。豐水期高比例水電、大規(guī)模直流外送，當(dāng)水電大發(fā)乃至失去調(diào)節(jié)能力時(shí)，外送通道長(zhǎng)期高負(fù)荷甚至反調(diào)峰運(yùn)行配合消納[10]?？菟陔S著風(fēng)電大發(fā)和外送降低，新能源滲透率顯著提高，風(fēng)電發(fā)電量已超火電成為云南第二大電源，水電則承擔(dān)著穩(wěn)定支撐并為整個(gè)南方區(qū)域提供靈活性調(diào)節(jié)資源的作用。盡管新能源年度發(fā)電量占比尚不突出，云南電網(wǎng)在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中仍具有顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。云南電網(wǎng)圍繞新能源高滲透下安全穩(wěn)定運(yùn)行和異步互聯(lián)系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)的調(diào)度運(yùn)行控制體系將具備顯著的引領(lǐng)示范作用。

本文首先對(duì)比分析了國(guó)際上典型區(qū)域的新型電力系統(tǒng)建設(shè)情況和面臨的挑戰(zhàn)；在此基礎(chǔ)上，對(duì)云南2025年新能源高滲透率運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行模擬和分析；給出云南電網(wǎng)構(gòu)建新能源高滲透率下電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制體系的意見和建議。

1 國(guó)內(nèi)外典型新能源高滲透運(yùn)行場(chǎng)景

通常用新能源滲透率來衡量系統(tǒng)中的新能源發(fā)電水平，可以分為電量滲透率(發(fā)電量占比)和電力滲透率(瞬時(shí)有功功率出力占比)[11 - 14]。

電量滲透率(renewable energy sources for electricity penetration，RES-E)為不同時(shí)間尺度下可再生能源發(fā)電量在總發(fā)電量中的占比。

電力滲透率可以用系統(tǒng)非同步電源滲透率(system non-synchronous penetration, SNSP)來表征。SNSP的計(jì)算公式為：

(1)

式中：Pns(t)為新能源發(fā)電功率；Pd(t)為負(fù)荷需求；Pip(t)和Pep(t)分別為直流輸電通道的饋入功率和送出功率，其中同步網(wǎng)內(nèi)部直流不納入計(jì)算。

受新能源波動(dòng)性和低利用小時(shí)數(shù)影響，新能源電力高滲透率場(chǎng)景將遠(yuǎn)早于電量高滲透率場(chǎng)景出現(xiàn)。國(guó)內(nèi)外典型新能源高滲透場(chǎng)景如表1所示。

表1 不同地區(qū)電網(wǎng)的新能源滲透率Tab.1 RES Penetration Levels in the power grids in different areas

電力系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力與資源稟賦、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電源構(gòu)成和氣候條件等密切相關(guān)，不同地區(qū)的新型電力系統(tǒng)建設(shè)將面臨不同問題和發(fā)展路徑。依托大型交流互聯(lián)電網(wǎng)的支撐能力，丹麥、葡萄牙和南澳大利亞已出現(xiàn)過SNSP超過100%的場(chǎng)景。在獨(dú)立同步電網(wǎng)中，受系統(tǒng)頻率、電壓等穩(wěn)定問題的制約，SNSP水平普遍低于大型同步電網(wǎng)，目前愛爾蘭島、得克薩斯系統(tǒng)均出現(xiàn)了SNSP超過65%的情況[15]。

1.1 澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)NEM

NEM 電網(wǎng)是世界上最狹長(zhǎng)的交流互聯(lián)電網(wǎng)之一，從昆士蘭一直延伸到南澳大利亞，跨越海峽到塔斯馬尼亞，全長(zhǎng)約5 000 km，呈樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

截至2021年10月澳大利亞NEM(國(guó)家電力市場(chǎng))的總裝機(jī)容量60 GW，風(fēng)能和太陽能裝機(jī)容量已達(dá) 22 GW，負(fù)荷需求范圍為16～35 GW，峰值負(fù)荷35 GW，新能源瞬時(shí)滲透率略低于50%，其中南澳州電網(wǎng)瞬時(shí)滲透率最高可達(dá)142%。NEM電網(wǎng)的樹狀拓?fù)湎拗屏溯旊娤到y(tǒng)強(qiáng)度，直接制約了SNSP的進(jìn)一步提升。NEM要求輸電網(wǎng)指定點(diǎn)保持最低的短路電流水平以及各區(qū)域最低同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)要求。

根據(jù)澳大利亞能源市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)AEMO針對(duì)NEM電網(wǎng)的可再生能源整合研究(renewable integration study, RIS)報(bào)告[16 - 17]，到2025年，NEM新能源瞬時(shí)滲透率最高可達(dá)75%以上，如果未采取RIS推薦的預(yù)防措施，則將進(jìn)一步限制風(fēng)電、光伏的發(fā)電能力。

1.2 美國(guó)得克薩斯州電力可靠性委員會(huì)ERCOT

ERCOT為美國(guó)得州90%的電力負(fù)荷提供服務(wù)，其峰值負(fù)荷達(dá)75 GW，通過1.2 GW的HVDC輸電線路與其他電網(wǎng)建立弱聯(lián)系[18]。ERCOT的風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量約為25 GW，光伏容量約為3.6 GW，風(fēng)電滲透率最高達(dá)66%。根據(jù)ERCOT 2016年的長(zhǎng)期穩(wěn)定評(píng)估報(bào)告[19]，2031年ERCOT區(qū)域電網(wǎng)可再生能源發(fā)電容量將達(dá)到40 GW。

西部狹長(zhǎng)Panhandle區(qū)域的風(fēng)電集群受穩(wěn)定性限制出現(xiàn)了嚴(yán)重的送電阻塞[19]，ERCOT對(duì)此引入系統(tǒng)強(qiáng)度指標(biāo)，采用同步調(diào)相機(jī)等動(dòng)態(tài)設(shè)備來提升地區(qū)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

1.3 愛爾蘭EirGrid及北愛爾蘭SONI

愛爾蘭2021—2030年國(guó)家能源氣候計(jì)劃制定了2030年實(shí)現(xiàn)70%可再生能源發(fā)電占比的目標(biāo)，這促使EirGrid和SONI研究新能源高滲透率運(yùn)行場(chǎng)景下全島電網(wǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)措施[20]。截至2020年底，全島負(fù)荷峰值達(dá)6.5 GW，風(fēng)電裝機(jī)容量超5.5 GW，風(fēng)電長(zhǎng)時(shí)出力峰值達(dá)4.23 GW，2020年的電量滲透率可達(dá)40%。愛爾蘭通過兩條0.5 GW HVDC輸電線路與英國(guó)建立聯(lián)系，由于HVDC輸電容量占15%的愛爾蘭峰值負(fù)荷，直流閉鎖等故障將對(duì)愛爾蘭電網(wǎng)產(chǎn)生極大影響。為了保障電網(wǎng)安全，愛爾蘭制定了最小同步機(jī)開機(jī)方式要求并將全島的SNSP作為一項(xiàng)重要監(jiān)控指標(biāo)。愛爾蘭正在逐步將SNSP指標(biāo)提高，如圖1所示。2021年2月，愛爾蘭成功完成了連續(xù)運(yùn)行12 d的70% SNSP試驗(yàn)，如圖2所示，證明了高SNSP運(yùn)行的可行性，愛爾蘭還計(jì)劃在2030年將SNSP提高至95%以上以實(shí)現(xiàn)70% RES-E目標(biāo)。

圖1 愛爾蘭電網(wǎng)2015—2021年SNSP提升過程Fig.1 Raising process of Irish SNSP from 2015 to 2021

圖2 愛爾蘭2021年2月70% SNSP試驗(yàn)Fig.2 70% SNSP trial of Irish in Feb. 2021

根據(jù)澳大利亞、得克薩斯州和愛爾蘭全島的新能源高滲透率運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和研究報(bào)告，表2總結(jié)了NEM、ERCOT和EirGrid & SONI 3個(gè)區(qū)域影響電網(wǎng)SNSP的關(guān)鍵制約因素，并從頻率控制、電壓控制和其他要求三方面進(jìn)行對(duì)比[16]。

表2 新能源高滲透率運(yùn)行的關(guān)鍵制約因素對(duì)比Tab.2 Comparison of key constrains of high SNSP

1.4 西北電網(wǎng)情況

西北地區(qū)煤炭、可再生資源豐富，電源規(guī)模持續(xù)快速增長(zhǎng)，未來隨著多個(gè)特高壓直流投運(yùn)，西北直流外送總規(guī)模接近億千瓦級(jí)別，并逐步形成三大直流群：新疆與西北聯(lián)網(wǎng)通道直流群、東部直流群、青海直流群，使得西北電網(wǎng)成為直流、新能源、負(fù)荷“三個(gè)億級(jí)”規(guī)模的電網(wǎng)。

西北電網(wǎng)2021年新能源裝機(jī)占比已超過40%，年度電量滲透率超過20%，火電裝機(jī)占比仍有48%，目前正在推進(jìn)“荷隨源動(dòng)”的新型平衡體系，以支撐更高的新能源滲透水平。未來“高占比新能源”、“特高壓直流大送端”特點(diǎn)更加突出。在新能源功率大發(fā)期間，一旦大功率直流故障，直流功率大幅變化會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊，電網(wǎng)暫態(tài)低電壓、過電壓交替出現(xiàn)，導(dǎo)致直流近區(qū)新能源進(jìn)入低電壓穿越，引發(fā)對(duì)電網(wǎng)的二次沖擊；電網(wǎng)暫態(tài)過電壓可能會(huì)導(dǎo)致新能源大規(guī)模脫網(wǎng)，引發(fā)系統(tǒng)頻率、電壓等發(fā)生連鎖反應(yīng)。

2 云南2025年新能源高滲透場(chǎng)景分析

2.1 云南新能源與水電的季節(jié)性互補(bǔ)特性

風(fēng)光水季節(jié)性互補(bǔ)是云南電源結(jié)構(gòu)最顯著的特征。文獻(xiàn)[21]對(duì)云南分類電源的出力特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明：1)水電年出力呈現(xiàn)豐期多、枯期少的特點(diǎn)，三江干流水電總體利用小時(shí)數(shù)約4 400 h，發(fā)電量豐枯比為67:33左右；2)風(fēng)電年出力呈現(xiàn)豐期小、枯期大的特點(diǎn)，全年發(fā)電小時(shí)數(shù)在2 600 h左右，發(fā)電豐枯比為33:67左右；3)光伏年平均出力呈現(xiàn)出豐期出力小、枯期出力大的特點(diǎn)，全年發(fā)電小時(shí)數(shù)在1 300 h左右，發(fā)電豐枯比為46:54 左右。2021年云南分類電源發(fā)電特性如圖3所示，隨著風(fēng)光裝機(jī)的快速增長(zhǎng)，該特性將更加明顯。

圖3 云南分類電源發(fā)電量年特性Fig.3 Annual electricity production characteristics of different types of generations in Yunnan

2.2 云南新能源的枯水期高滲透特性

云南電網(wǎng)是典型的水電外送系統(tǒng)，豐水期和枯水期外送水平差別明顯。枯水期外送減少、省內(nèi)負(fù)荷偏低疊加新能源出力高，導(dǎo)致新能源發(fā)電滲透率顯著提高[22 - 23]。

以2021年云南負(fù)荷、外送能力、新能源出力作為基準(zhǔn)，2025年省內(nèi)負(fù)荷按照年增長(zhǎng)率8.5%測(cè)算，考慮到當(dāng)前新能源裝機(jī)規(guī)模已基本可體現(xiàn)風(fēng)光電源的集群和互補(bǔ)效應(yīng)，為簡(jiǎn)化分析，2025年新能源出力按照規(guī)劃裝機(jī)容量增長(zhǎng)等幅放大[24]。預(yù)計(jì)2025年新能源電量年滲透率將由目前的10%提升至20%以上，枯水期月滲透率將由目前的20%提升至40%以上，如圖4所示。

圖4 云南2025年新能源月電量滲透率Fig.4 Monthly electricity generation penetration of new energy in Yunnan, 2025

2025年1月至3月期間云南網(wǎng)SNSP將常態(tài)化運(yùn)行在60%以上，如圖5所示。目前按照參考故障下的臨界頻率變化率約束，云南電網(wǎng)控制SNSP在40%水平[25]，迫切需要研究適應(yīng)未來高SNSP場(chǎng)景的運(yùn)行控制技術(shù)。

圖5 云南2025年枯水期SNSP特性Fig.5 SNSP characteristic during dry season in Yunnan, 2025

2.3 異步互聯(lián)系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)需求

云南外送電力占比高，清潔能源發(fā)電運(yùn)行特性季節(jié)性變化大，實(shí)時(shí)出力存在間歇性及反調(diào)峰特性，直流聯(lián)絡(luò)線在為云南提供穩(wěn)定支撐和跨區(qū)域互濟(jì)方面發(fā)揮著重要的作用。

2021年云南典型調(diào)峰特性曲線如圖6所示，典型日2為水電大發(fā)，外送通道長(zhǎng)期高負(fù)荷甚至反調(diào)峰運(yùn)行，中東部電網(wǎng)的靈活性資源有效支撐了云南清潔能源消納。典型日1為云南則發(fā)揮水電優(yōu)良的調(diào)節(jié)作用，為整個(gè)南方區(qū)域提供靈活性資源。

圖6 云南2021年典型調(diào)峰特性Fig.6 Typical characteristics of peak regulation in Yunnan during 2021

基于各區(qū)域的電源、負(fù)荷互補(bǔ)特性，優(yōu)化網(wǎng)省兩級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)發(fā)輸電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)從日前到日內(nèi)的多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)，能夠顯著降低各省調(diào)峰調(diào)頻壓力。

3 新能源高滲透情況下運(yùn)行控制體系

由上述分析可以發(fā)現(xiàn)，未來云南電網(wǎng)將成為全國(guó)新能源滲透率最高的獨(dú)立省級(jí)同步電網(wǎng)之一，圍繞新能源滲透率可承載水平和系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)需求，在運(yùn)行控制領(lǐng)域需要重點(diǎn)推進(jìn)以下工作。

3.1 關(guān)鍵監(jiān)控指標(biāo)體系

當(dāng)前新能源機(jī)組基本采用跟網(wǎng)型并網(wǎng)模式，安全穩(wěn)定運(yùn)行依賴于同步機(jī)提供的慣量和電壓支撐。傳統(tǒng)同步機(jī)大都存在功率低限或無法長(zhǎng)時(shí)間低功率運(yùn)行，在新能源高滲透情況下，系統(tǒng)運(yùn)行是受同步機(jī)最低開機(jī)方式約束的電力電量平衡過程。鑒于運(yùn)行方式的強(qiáng)不確定性，需要重點(diǎn)監(jiān)控的指標(biāo)包括：SNSP、系統(tǒng)慣量、短路比、最低同步機(jī)開機(jī)方式等。

1)系統(tǒng)慣量是目前最為關(guān)注的監(jiān)控指標(biāo)之一。臨界慣量要求通常由臨界頻率變化率(RoCoF)確定。其計(jì)算公式為：

(2)

式中：fN為額定頻率；ΔPl為參考故障下系統(tǒng)擾動(dòng)功率；Esys為系統(tǒng)動(dòng)能。

英國(guó)“8·9”大停電前，英國(guó)電網(wǎng)配電網(wǎng)規(guī)程要求的RoCoF的極限值為0.125 Hz/s，目前正逐步提高至1 Hz/s，對(duì)應(yīng)臨界慣量要求為135 GW。愛爾蘭通過建設(shè)快速頻率響應(yīng)體系，將系統(tǒng)RoCoF約束由0.5 Hz/s提高到1 Hz/s，對(duì)應(yīng)臨界慣量要求為20 GW[26]。

云南目前臨界頻率變化率按照0.5 Hz/s控制。根據(jù)當(dāng)前云南開機(jī)方式，枯水期系統(tǒng)慣量在100～200 GW的水平，最低開機(jī)容量約為50 GW；豐水期系統(tǒng)慣量大部分在200～300 GW的水平。由于要抵御的擾動(dòng)功率水平較高，云南網(wǎng)慣量水平偏低，部分時(shí)段接近臨界慣量要求，主要依靠直流FLC提供快速功率支援來解決。后續(xù)需要深入研究新能源、可調(diào)節(jié)負(fù)荷的系統(tǒng)支撐能力建設(shè)。

2)系統(tǒng)強(qiáng)度是電力系統(tǒng)在指定位置保持電壓波形的能力，評(píng)價(jià)系統(tǒng)強(qiáng)度的主要指標(biāo)是短路比(short circuit ratio, SCR)。澳大利亞AMEO針對(duì)弱交流系統(tǒng)中新能源并網(wǎng)問題開展了系統(tǒng)強(qiáng)度研究，指出若某區(qū)域電網(wǎng)的SCR低于3，則認(rèn)為該區(qū)域的系統(tǒng)強(qiáng)度較低；若SCR低于2，則該區(qū)域可能出現(xiàn)新能源并網(wǎng)的穩(wěn)定性問題[16]。進(jìn)行短路比在線監(jiān)視，可以輔助調(diào)度員及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性調(diào)控。

3.2 頻率穩(wěn)定協(xié)調(diào)控制

云南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)后，頻率穩(wěn)定已取代暫態(tài)功角穩(wěn)定成為主導(dǎo)的穩(wěn)定問題，穩(wěn)定特性上從少數(shù)機(jī)組的功角機(jī)電暫態(tài)失穩(wěn)轉(zhuǎn)變?yōu)槿繖C(jī)組頻率慢動(dòng)態(tài)失穩(wěn)。對(duì)于特高壓直流閉鎖，頻率的慢動(dòng)態(tài)可以允許在信息驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控切機(jī)、直流功率提升等措施基礎(chǔ)上，疊加基于響應(yīng)驅(qū)動(dòng)的多輪次、分散式高頻切機(jī)措施。同時(shí)，新能源一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間在300～500 ms，可以有效彌補(bǔ)水電機(jī)組一次調(diào)頻存在的3～5 s響應(yīng)滯后問題，如圖7所示，通過合理設(shè)置新能源調(diào)頻參數(shù)，實(shí)現(xiàn)以調(diào)代切，能夠顯著地改善直流閉鎖后的高頻過程，降低高頻切機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。由于新能源機(jī)組向上、向下調(diào)頻能力存在不對(duì)稱性，對(duì)于電廠甩負(fù)荷導(dǎo)致的低頻風(fēng)險(xiǎn)，可以利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷的快速頻率響應(yīng)能力給予補(bǔ)充。

圖7 直流2 500 MW閉鎖后風(fēng)電調(diào)頻對(duì)云南頻率的影響Fig.7 Influence of frequency regulation of wind power on Yunnan’s frequency after 2 500 MW HVDC block

除了傳統(tǒng)的大干擾頻率穩(wěn)定性問題，云南異步運(yùn)行以來，高比例水電系統(tǒng)中存在的頻率超低頻振蕩問題備受關(guān)注。通過長(zhǎng)期跟蹤分析，目前已形成有效的解決方案，云南電網(wǎng)頻率質(zhì)量逐年提高。但在未來新能源高滲透場(chǎng)景下，該問題可能出現(xiàn)新的表現(xiàn)形式。云南的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)的AGC控制參數(shù)按照豐枯典型方式整定并進(jìn)行季節(jié)性調(diào)整，在部分特殊時(shí)段已難以適應(yīng)。愛爾蘭作為風(fēng)電和燃機(jī)為主的電力系統(tǒng)，近年來頻率振蕩問題也日益突出[26 - 27]。目前正在推進(jìn)頻率特性的實(shí)時(shí)評(píng)估和控制器參數(shù)自適應(yīng)校驗(yàn)工作，后續(xù)將圍繞大幅度運(yùn)行方式變化以及多時(shí)間尺度的頻率調(diào)控手段交互影響下，電網(wǎng)頻率振蕩模式的機(jī)理、遷移規(guī)律和抑制措施開展進(jìn)一步的研究。

3.3 網(wǎng)省地多時(shí)間尺度有功協(xié)調(diào)控制

為了在更大空間范圍實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，需要結(jié)合南網(wǎng)實(shí)際，研究多級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)，多類型調(diào)控資源在多時(shí)間尺度上的逐級(jí)協(xié)調(diào)配合機(jī)制，降低新能源不確定性的影響，支撐全系統(tǒng)的新能源消納。

在多調(diào)度機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)方面，從網(wǎng)級(jí)角度，需要發(fā)揮直流聯(lián)絡(luò)線在提供安全穩(wěn)定支撐和跨省區(qū)靈活性資源互濟(jì)方面的作用，實(shí)現(xiàn)異步互聯(lián)系統(tǒng)柔性運(yùn)行。從省調(diào)角度，要重點(diǎn)解決新能源功率預(yù)測(cè)和省內(nèi)多類型資源互補(bǔ)問題。從地調(diào)角度，側(cè)重解決“小、散、多”的風(fēng)、光、小水電通過嵌套斷面逐級(jí)并網(wǎng)送出難題。

對(duì)于多時(shí)間尺度配合，在日前計(jì)劃編制環(huán)節(jié)，以全網(wǎng)清潔能源消納為目標(biāo)，以直流送電約束為前提，統(tǒng)一協(xié)調(diào)各省區(qū)發(fā)輸電計(jì)劃，挖掘省間協(xié)同調(diào)峰能力。在日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化環(huán)節(jié)，基于風(fēng)光、負(fù)荷超短期功率預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)主力水電廠計(jì)劃以及直流聯(lián)絡(luò)線功率的實(shí)時(shí)滾動(dòng)調(diào)整，目前網(wǎng)省一體發(fā)電自駕駛功能已投入試運(yùn)行。在實(shí)時(shí)控制環(huán)節(jié)，從愛爾蘭70%SNSP試驗(yàn)過程可以發(fā)現(xiàn)其新能源AGC可以實(shí)現(xiàn)非常高的控制精度，目前南方區(qū)域新能源控制尚處于起步階段，后續(xù)還需深入考慮新能源承載力約束，擴(kuò)展儲(chǔ)能及負(fù)荷側(cè)調(diào)控資源。

3.4 新能源主動(dòng)支撐能力

云南異步系統(tǒng)運(yùn)行方式季節(jié)性轉(zhuǎn)換，主網(wǎng)和地區(qū)弱點(diǎn)網(wǎng)穩(wěn)定性問題交織。僅僅依靠新能源機(jī)組滿足國(guó)行標(biāo)基本要求已經(jīng)不適用異步電網(wǎng)全網(wǎng)和局部電網(wǎng)的安全穩(wěn)定要求。

以文山電網(wǎng)為例，永富直流近區(qū)交流線路N-1情況下短路比SCR在1.2～2.88范圍內(nèi)，屬于典型的弱電網(wǎng)，而未來文山地區(qū)風(fēng)電占總裝機(jī)占比將超50%。大規(guī)模風(fēng)電、大規(guī)模電解鋁負(fù)荷與直流輸電的多電力電子化設(shè)備相互耦合，使得弱電網(wǎng)特性更加復(fù)雜。需要充分挖掘強(qiáng)電網(wǎng)、弱電網(wǎng)不同場(chǎng)景下新能源機(jī)組的并網(wǎng)能力，制定符合電網(wǎng)變化特性的一系列并網(wǎng)指標(biāo)與要求，針對(duì)性地開展并網(wǎng)能力提升改造及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證。還可以有針對(duì)性選擇特定場(chǎng)景試點(diǎn)應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型變流器，解決局部孤網(wǎng)運(yùn)行和黑啟動(dòng)等難題。

4 結(jié)論

通過對(duì)云南電網(wǎng)2025年枯水期新能源高滲透率運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行模擬分析表明，云南電網(wǎng)將季節(jié)性率先面對(duì)高比例新能源接入帶來的強(qiáng)不確定性和高度電力電子化帶來的穩(wěn)定機(jī)理變化的挑戰(zhàn)。

結(jié)合國(guó)際經(jīng)驗(yàn)和南方電網(wǎng)實(shí)際，本文從關(guān)鍵監(jiān)控指標(biāo)、頻率協(xié)調(diào)控制、有功協(xié)調(diào)調(diào)度和新能源主動(dòng)支撐能力4個(gè)方面提出開展新能源高滲透率運(yùn)行控制體系的建設(shè)思路。為解決可能出現(xiàn)的大量理論和工程難題，建議借鑒愛爾蘭經(jīng)驗(yàn)，開展不同滲透下系統(tǒng)特性試驗(yàn)，用3～5年時(shí)間逐步積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。云南電網(wǎng)圍繞新能源高滲透下安全穩(wěn)定運(yùn)行和異步互聯(lián)系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)的運(yùn)行控制體系在新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中將具備顯著的引領(lǐng)示范作用。