面向低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知技術(shù)綜述

葛磊蛟，崔慶雪，李明瑋，劉自發(fā)，夏明超

（1.天津大學(xué) 電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，天津 300072；2.河北工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，天津 300130；3.華北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，北京 102206；4.北京交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，北京 100044）

0 引言

為應(yīng)對(duì)不斷加劇的化石能源消耗帶來的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等一系列問題，世界各國正經(jīng)歷著關(guān)鍵的能源轉(zhuǎn)型變革［1］。2021 年3 月15 日，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議中指出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。這一決策為我國能源電力發(fā)展和轉(zhuǎn)型指明了行動(dòng)綱領(lǐng)和方法路徑。同年3 月，國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布了“雙碳”目標(biāo)行動(dòng)方案，提出加快構(gòu)建智能電網(wǎng)，著力打造清潔能源優(yōu)化配置平臺(tái)。在應(yīng)對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)的背景下，以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟(jì)”已成為國際熱點(diǎn)，勢必為能源電力行業(yè)的發(fā)展帶來全新挑戰(zhàn)：能源供應(yīng)、能源消納、能源信息化、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、新興能源技術(shù)應(yīng)用等都需要緊扣低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主題做出新的調(diào)整和部署［2］。

新型電力系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是基于現(xiàn)有電力系統(tǒng)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)。具體而言，在電力低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑下，以風(fēng)光為代表的新能源將成為電力供應(yīng)主體［3］。與此同時(shí)，新型電力系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行等都需要基于對(duì)多態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等電量或非電量信息的精準(zhǔn)感知，才能實(shí)現(xiàn)全面統(tǒng)籌考慮。例如近期受煤電供應(yīng)緊張、煤炭價(jià)格漲幅明顯等因素的影響，多地出現(xiàn)了限產(chǎn)限電現(xiàn)象［4］，給居民生活、工業(yè)生產(chǎn)等都帶來了困擾。因此，對(duì)系統(tǒng)全面、及時(shí)、精準(zhǔn)的感知是保障系統(tǒng)安全的前提條件，是系統(tǒng)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的技術(shù)基礎(chǔ)，也是目前發(fā)展新型電力系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸。在此背景下，新型電力系統(tǒng)出現(xiàn)靈活性建設(shè)不足、精準(zhǔn)感知深度不足、海量接入管理無法處理、缺乏實(shí)時(shí)調(diào)度輔助決策等問題，態(tài)勢感知被認(rèn)為是解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù)之一［5-6］，力圖實(shí)現(xiàn)對(duì)新型電力系統(tǒng)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各環(huán)節(jié)運(yùn)行態(tài)勢全景感知。

態(tài)勢感知技術(shù)是在大規(guī)模系統(tǒng)環(huán)境中，對(duì)能夠引起系統(tǒng)態(tài)勢變化的要素進(jìn)行獲取、理解、顯示并預(yù)測未來發(fā)展趨勢等活動(dòng)的一種技術(shù)［7］。近年來，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術(shù)發(fā)展迅速，為電力系統(tǒng)運(yùn)維智能化轉(zhuǎn)型提供新方向和新技術(shù)。態(tài)勢感知正是基于相關(guān)數(shù)字化技術(shù)，以數(shù)字化技術(shù)為傳統(tǒng)電網(wǎng)賦能，提升電網(wǎng)的感知能力和運(yùn)行質(zhì)量［8］，成為支撐新型電力系統(tǒng)各應(yīng)用場景的關(guān)鍵技術(shù)。

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下新型電力系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，從源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各個(gè)方面對(duì)新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行分類，梳理國內(nèi)外關(guān)于新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知技術(shù)的研究，并應(yīng)用態(tài)勢感知技術(shù)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)多樣化、差異化的不同場景：首先，從源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)4 個(gè)方面梳理新型電力系統(tǒng)的特征變化以及出現(xiàn)的新問題；然后，闡述態(tài)勢感知技術(shù)的內(nèi)涵，并展示新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知技術(shù)應(yīng)用的最新進(jìn)展；最后，從低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度，分析以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，并提煉支撐其發(fā)展的態(tài)勢感知關(guān)鍵技術(shù)。本文囊括態(tài)勢感知適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展瓶頸，能為當(dāng)下圍繞低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)的技術(shù)研究和發(fā)展提供一定參考。

1 新型電力系統(tǒng)的特征及主要問題

在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，以高滲透率的可再生能源、高比例的電力電子設(shè)備、高速增長的直流負(fù)荷“三高”為主要特征的新型電力系統(tǒng)正在逐步形成，由此導(dǎo)致的不確定性和復(fù)雜性直接或間接地影響著電力系統(tǒng)的規(guī)劃、調(diào)控、運(yùn)行和分析。下面，從源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)4 個(gè)方面深入分析新型電力系統(tǒng)的特征變化和當(dāng)前的主要問題。

1.1 電源側(cè)

新型電力系統(tǒng)以新能源為主體，匯集了石油、天然氣等常規(guī)電源以及高比例風(fēng)/光等可再生能源。根據(jù)《中國可再生能源展望》［9］，2050年，發(fā)電量占比39%的光伏以及占比33%的風(fēng)能將在新能源中占據(jù)主導(dǎo)地位，非化石能源將占終端電能消費(fèi)比例的70%，預(yù)計(jì)2050 年各類發(fā)電形式的占比如圖1所示。

圖1 預(yù)計(jì)2050年各類發(fā)電形式的占比情況Fig.1 Predicted energy mix in 2050

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)電源側(cè)燃煤機(jī)組出力精準(zhǔn)可控，負(fù)荷側(cè)用電量基本能夠預(yù)測，采用“源隨荷動(dòng)”的調(diào)控方式實(shí)現(xiàn)供需平衡；而新能源大規(guī)模并網(wǎng)、煤電逐步關(guān)停后，電源側(cè)發(fā)電量將無法控制［10］，導(dǎo)致電網(wǎng)對(duì)新能源管控能力不足，新型電力系統(tǒng)電力電量平衡運(yùn)行的方法發(fā)生顯著變化。

目前，電源側(cè)主要存在以下問題。

（1）煤電退出路徑簡單。基于滿足電量需求、電力需求和滿足靈活性的要求，火力發(fā)電機(jī)必須處于待機(jī)狀態(tài)，以便在高峰期和天氣惡劣時(shí)提供電力、平衡需求［11］。因此，從能源結(jié)構(gòu)上看，石油、煤炭等化石能源仍占據(jù)并將在短期內(nèi)持續(xù)占據(jù)我國能源供給側(cè)的主導(dǎo)地位［12］，電力的發(fā)展也會(huì)受其二氧化碳排放的制約，2010 —2020年我國年平均煤電利用小時(shí)數(shù)如圖2所示。

圖2 2010 —2020年平均煤電利用小時(shí)數(shù)Fig.2 Average coal power utilization hours from 2010 —2020

“雙碳”目標(biāo)下，煤電定位逐步由主體電源向承擔(dān)快速爬坡、調(diào)頻及應(yīng)急備用的輔助電源轉(zhuǎn)變。在煤電機(jī)組退出路徑設(shè)計(jì)中，不能簡單削減煤電的占比，要在清潔高效開發(fā)利用的基礎(chǔ)上，逐步降低煤電機(jī)組設(shè)備數(shù)量［13］。同時(shí)，雖然傳統(tǒng)火電逐步向調(diào)峰電源發(fā)展，但由于煤電靈活性不足，無法實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)出力，不能保證發(fā)電側(cè)的穩(wěn)定輸出，因此火電與可再生能源發(fā)電的協(xié)調(diào)技術(shù)也是亟須解決的難題之一。

（2）新能源并網(wǎng)的成本與安全問題。成本問題：新能源功率預(yù)測準(zhǔn)確度與系統(tǒng)備用容量及成本呈負(fù)相關(guān)，因此為提升新能源預(yù)測能力，其并網(wǎng)成本（包括輸配電成本、容量成本與平衡成本）有待降低。初步估算我國風(fēng)電和光伏發(fā)電量占比上升到20%時(shí)，發(fā)電成本約增加0.03元/（kW·h）；占比上升到30%時(shí)，成本約增加0.06 元/（kW·h）［14］。隨著可再生能源發(fā)電并網(wǎng)比例的提高，靈活性電源改造、系統(tǒng)調(diào)節(jié)運(yùn)行、電網(wǎng)建設(shè)等方面系統(tǒng)性成本的增加不可忽略。

安全問題包括：1）缺乏新能源機(jī)組的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。由于各機(jī)組電壓穿越能力、故障支撐能力參差不齊，易引發(fā)大規(guī)模脫網(wǎng)事故［15］。2）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)不完善。新能源故障類型多、特性差異大，目前缺少識(shí)別提煉故障特征的信息技術(shù)。

隨著可再生能源的大量接入、化石能源的比例逐漸降低，新型電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)越來越難以預(yù)見，電源側(cè)面臨著能源類型多樣、特性差異大的難題，需要利用量測優(yōu)化配置技術(shù)、能源接納能力影響因素分析技術(shù)、分布式能源優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)解決傳統(tǒng)能源與新能源的協(xié)同運(yùn)行問題。

1.2 電網(wǎng)側(cè)

在新型電力系統(tǒng)中，油氣管網(wǎng)/供熱網(wǎng)/冷熱電聯(lián)供等多種資源網(wǎng)絡(luò)，5G/4G 等無線專網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等新型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成了能量流和信息流等多種網(wǎng)絡(luò)彼此交叉融合態(tài)勢［16］。系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的感知能力和快速應(yīng)變能力，支持高比例新能源和電力電子設(shè)備參與電力調(diào)控全過程［17］。因此，新型電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)具有其他能源輸配網(wǎng)絡(luò)無法比擬的優(yōu)勢：互聯(lián)互通范圍更廣、資源配置能力更強(qiáng)、管理效率更高、用戶互動(dòng)潛力更大。

目前，電網(wǎng)側(cè)主要存在以下問題。

（1）電氣設(shè)備傳感技術(shù)有待提升。可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)是運(yùn)維管控系統(tǒng)處理信息交互結(jié)果的基礎(chǔ)。電氣設(shè)備失效是危及電網(wǎng)運(yùn)行安全的重要原因，感知狀態(tài)參量可獲得電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，有助于制定合理的運(yùn)檢策略［18］。目前常規(guī)傳感技術(shù)存在以下問題：1）無法針對(duì)傳感設(shè)備自身老化或使用環(huán)境的變化進(jìn)行自我調(diào)整，不具備更新性；2）不具備信息處理與智能控制能力，不利于信息交互。

（2）電網(wǎng)市場機(jī)制滯后。鼓勵(lì)可再生能源并網(wǎng)交易不僅需要國家補(bǔ)貼政策的支持，還需要成熟的預(yù)測技術(shù)、完善的市場交易機(jī)制等條件［19］。可再生能源的不確定性與波動(dòng)性導(dǎo)致其不具備常規(guī)可控能源參與市場的競爭力，需要建立相適應(yīng)的交易機(jī)制。

同時(shí)，電力輔助服務(wù)市場建設(shè)滯后，仍保持“計(jì)劃+市場”的傳統(tǒng)，未能建立與電力市場相融合的長效機(jī)制，導(dǎo)致參與電力系統(tǒng)調(diào)峰服務(wù)無法得到合理補(bǔ)償?，F(xiàn)有研究仍是沿用國外現(xiàn)有的市場框架，缺乏對(duì)各市場主體行為的分析，導(dǎo)致可再生能源消納困難，浪費(fèi)嚴(yán)重。當(dāng)前可再生能源發(fā)展的市場交易價(jià)格機(jī)制對(duì)比見表1。

表1 可再生能源價(jià)格機(jī)制對(duì)比Table 1 Comparison of renewable energy price mechanisms

（3）主配網(wǎng)耦合增強(qiáng)。新能源高比例接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)架構(gòu)日益復(fù)雜且主配網(wǎng)呈現(xiàn)一定的不協(xié)調(diào)，破壞電網(wǎng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行以及電網(wǎng)內(nèi)部電源的運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致局部區(qū)域的癱瘓。在設(shè)備停電檢修計(jì)劃、實(shí)時(shí)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、故障處置等方面，均需要綜合輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的信息，以避免主配變化不匹配。考慮到目前輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用各自獨(dú)立建設(shè)的模式［20］，目前亟須建立主配網(wǎng)統(tǒng)一模型，打破主配網(wǎng)信息交互的壁壘。

由于新型電力系統(tǒng)場景多樣、數(shù)據(jù)量大、運(yùn)行態(tài)勢復(fù)雜，隨著同步相量測量單元（Phasor Measurement Unit，PMU）、智能電表等電氣設(shè)備的快速部署，采集的電力數(shù)據(jù)缺乏反映系統(tǒng)故障或不良運(yùn)行狀態(tài)的信息，對(duì)電力市場交易信息、機(jī)制運(yùn)行效果理解不到位，需要結(jié)合PMU 優(yōu)化配置技術(shù)、高級(jí)量測體系構(gòu)建技術(shù)、數(shù)據(jù)缺失條件下的電網(wǎng)分析技術(shù)、用戶參與系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)獲取可靠的系統(tǒng)管理運(yùn)行數(shù)據(jù)和用戶用電數(shù)據(jù)以及完善用戶參與電網(wǎng)調(diào)度的交易機(jī)制。

1.3 負(fù)荷側(cè)

由于分布式發(fā)電、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、電動(dòng)汽車［21］等負(fù)荷側(cè)靈活性調(diào)節(jié)資源的快速增長，電力市場主體將從單一化向多元化轉(zhuǎn)變，新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從“源隨荷動(dòng)”到“源荷互動(dòng)”的轉(zhuǎn)變［22］。

負(fù)荷側(cè)主要呈現(xiàn)2個(gè)特點(diǎn)：（1）多樣性。包括分布式電源的廣泛接入和用戶側(cè)負(fù)荷設(shè)備的多元化發(fā)展［23］。（2）聚合性。通過智能的優(yōu)化方法將資源聚合成為電網(wǎng)運(yùn)行需求的虛擬主體。

目前，負(fù)荷側(cè)主要存在以下問題。

（1）負(fù)荷預(yù)測困難。一方面，在碳達(dá)峰之前，電動(dòng)汽車、溫控負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷等柔性負(fù)荷的接入使新型電力系統(tǒng)具備了自主調(diào)節(jié)能力，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“源隨荷動(dòng)”的平衡模式開始向“源荷互動(dòng)”的雙向模式轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致負(fù)荷的不確定性問題更加突出［24］。另一方面，“雙碳”目標(biāo)下的能源消費(fèi)“雙控”政策，也將給高載能行業(yè)的用電及其增長帶來較高的不確定性，給整個(gè)系統(tǒng)的電力電量平衡帶來較大困難。因此，新型電力系統(tǒng)下的負(fù)荷預(yù)測呈現(xiàn)非線性和時(shí)序性，預(yù)測精度難以滿足要求［25］。

（2）負(fù)荷調(diào)度困難。一方面，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，電動(dòng)汽車飛速發(fā)展，既給配電系統(tǒng)帶來龐大的增量負(fù)荷，也造成新型電力系統(tǒng)負(fù)荷具有明顯的時(shí)空分布特性。另一方面，電能替代導(dǎo)致空調(diào)、取暖器、熱水器等負(fù)荷增加，不同設(shè)備間的時(shí)域互補(bǔ)特征增加了新型電力系統(tǒng)負(fù)荷的靈活性。在新特征下，負(fù)荷的多重隨機(jī)性使現(xiàn)代新型電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的目標(biāo)與約束日益復(fù)雜，優(yōu)化調(diào)度難度顯著增大［26］。

新型電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、數(shù)據(jù)規(guī)模大、不確定性因素多，導(dǎo)致系統(tǒng)用戶特點(diǎn)顯著、差異巨大，考慮到負(fù)荷側(cè)多樣性和聚合性的特點(diǎn)，需要利用反映負(fù)荷波動(dòng)特性的不確定性建模技術(shù)、負(fù)荷分層分級(jí)預(yù)測技術(shù)、電動(dòng)汽車和負(fù)荷接納能力評(píng)估技術(shù)、自適應(yīng)智能控制技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)，促進(jìn)高精度、高可靠性的態(tài)勢感知技術(shù)在新型電力系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)的應(yīng)用和發(fā)展。

1.4 儲(chǔ)能側(cè)

新型電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)具有雙向功率特性和靈活調(diào)整能力，支撐能源和信息實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)能量平衡、削峰填谷、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、快速控制的目標(biāo)［27］。儲(chǔ)能設(shè)備作為電網(wǎng)重要的靈活性調(diào)節(jié)資源，滿足電網(wǎng)需求響應(yīng)，提升電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的協(xié)同互動(dòng)水平，解決棄風(fēng)棄光問題［28］。當(dāng)前，中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)正處于政策驅(qū)動(dòng)向市場驅(qū)動(dòng)的過渡階段，儲(chǔ)能必須圍繞電網(wǎng)的高彈性、服務(wù)的普惠性、技術(shù)的創(chuàng)新性、資源的共享性，加速技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新［29］。國內(nèi)儲(chǔ)能電站建設(shè)處于起步階段，其運(yùn)行控制、狀態(tài)評(píng)價(jià)等都缺乏經(jīng)驗(yàn)。

目前，儲(chǔ)能側(cè)主要存在以下問題。

（1）儲(chǔ)能技術(shù)有待突破。目前，廣泛應(yīng)用的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是物理儲(chǔ)能、電磁場儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能，常用的儲(chǔ)能技術(shù)如電池、壓縮空氣儲(chǔ)能等，因成本較高而無法在電力系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用和推廣。未來中國儲(chǔ)能技術(shù)將呈現(xiàn)更加多元化的趨勢并形成多種技術(shù)并行的局面。不同儲(chǔ)能技術(shù)路線發(fā)展比較如圖3所示。

圖3 不同儲(chǔ)能技術(shù)路線發(fā)展比較Fig.3 Comparison of the development routes of different energy storage technologies

（2）儲(chǔ)能電站監(jiān)測技術(shù)不再適用。儲(chǔ)能電站的健康狀態(tài)、老化特性和運(yùn)行工況直接影響儲(chǔ)能電站的性能［15］。目前，在復(fù)雜工況下，儲(chǔ)能電站受材料、生產(chǎn)工藝、運(yùn)行環(huán)境、管理方式等不確定因素的影響，儲(chǔ)能電池內(nèi)部呈非線性動(dòng)態(tài)變化特性，加之電池狀態(tài)評(píng)估算法尚不成熟，傳統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)值建模分析和模擬仿真手段不再適用。儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)（Energy Storage Monitoring System，ESMS）是聯(lián)結(jié)儲(chǔ)能調(diào)度和儲(chǔ)能系統(tǒng)的橋梁，構(gòu)建規(guī)?；?、規(guī)范化的儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。

（3）大規(guī)模電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力挖掘困難。電動(dòng)汽車同時(shí)具備儲(chǔ)能和負(fù)荷的雙重性質(zhì)，大規(guī)模電動(dòng)汽車通過聚集行為形成潛力巨大的儲(chǔ)能資源參與電網(wǎng)調(diào)度控制，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻的功能。

然而，目前尚缺乏電動(dòng)汽車全數(shù)據(jù)鏈動(dòng)態(tài)行駛以及隨機(jī)充放電行為分析與多時(shí)間尺度下計(jì)及用戶行為特征的電動(dòng)汽車虛擬儲(chǔ)能調(diào)控方法。因此，亟須開展基于儲(chǔ)能云的電動(dòng)汽車集群優(yōu)化與虛擬儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研究。

常規(guī)電源調(diào)節(jié)難以應(yīng)對(duì)新能源日內(nèi)功率波動(dòng)，新能源消納存在明顯缺陷，高滲透率電動(dòng)汽車的并網(wǎng)提升了電力系統(tǒng)靈活性，但也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，為全面系統(tǒng)地掌控評(píng)估新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能側(cè)運(yùn)行效果，需要結(jié)合新型電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)技術(shù)、電動(dòng)汽車接納能力評(píng)估技術(shù)、儲(chǔ)能價(jià)值分析技術(shù)、源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)電能調(diào)度的全局感知。

綜上分析，電力系統(tǒng)將向強(qiáng)不確定性系統(tǒng)演變，向電力電子設(shè)備主導(dǎo)演變，向全局智能化、數(shù)據(jù)化演變，整體框架如圖4所示。

圖4 新型電力系統(tǒng)的主要特征和關(guān)鍵難題Fig.4 Main features and key challenges of the new power system

新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵特征主要包括：1）清潔替代，電能替代；2）源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制更加靈活；3）發(fā)輸變配用電過程特性復(fù)雜，電力平衡愈加困難；4）持續(xù)可靠供電，安全穩(wěn)定運(yùn)行出現(xiàn)新挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵問題概括為以下4個(gè)方面。

1）無法處理海量接入管理。目前海量電力系統(tǒng)終端和數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)高效接入和管理，同時(shí)所采集的數(shù)據(jù)也未得到充分的處理和應(yīng)用。

2）精準(zhǔn)感知深度不足。隨著高比例新能源大規(guī)模并網(wǎng)、電動(dòng)汽車快速增加以及新型電力設(shè)備大量接入，電網(wǎng)不確定性日益突出，電網(wǎng)感知深度和廣度不足。

3）缺乏實(shí)時(shí)調(diào)度輔助決策。電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)困難，導(dǎo)致傳統(tǒng)的能源電力安全穩(wěn)定運(yùn)行理論與運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)無法滿足新型電力系統(tǒng)調(diào)度控制需求。

4）電力系統(tǒng)靈活性建設(shè)不足。既包括技術(shù)層面上對(duì)靈活性資源運(yùn)行特性、電力系統(tǒng)靈活運(yùn)行方式的建模及優(yōu)化，也包括經(jīng)濟(jì)層面上靈活性資源的價(jià)值評(píng)估和激勵(lì)機(jī)制的設(shè)計(jì)。

2 面向新型電力系統(tǒng)的態(tài)勢感知技術(shù)內(nèi)涵

隨著信息通信技術(shù)和電力能源深度融合，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)信息與物理系統(tǒng)深度融合，系統(tǒng)中源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各環(huán)節(jié)每時(shí)每刻都會(huì)產(chǎn)生海量信息數(shù)據(jù)，如何對(duì)其進(jìn)行即時(shí)有效的感知，是未來新型電力系統(tǒng)需要解決的“痛點(diǎn)”問題。

新型電力系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)以新能源為主體，其背后蘊(yùn)藏了源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)一體化運(yùn)行調(diào)控共同參與的實(shí)際需求。源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)狀態(tài)感知問題未得到良好解決，導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)中的多類型電力用戶特性認(rèn)知不足，低碳經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行目標(biāo)難以達(dá)到要求。

態(tài)勢感知技術(shù)是指在一定的時(shí)空條件下，對(duì)周圍環(huán)境中各元素的覺察、理解以及對(duì)未來態(tài)勢的預(yù)測，并分為態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解和態(tài)勢預(yù)測3 個(gè)階段。態(tài)勢感知技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢的全面準(zhǔn)確把握，并為復(fù)雜的調(diào)度控制提供有力支撐。態(tài)勢感知3個(gè)階段的關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了新型電力系統(tǒng)4 個(gè)關(guān)鍵問題的解決方法，新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知模型如圖5 所示，圖中SCADA 為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。

圖5 新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知模型Fig.5 Situational awareness model for the new power system

2.1 態(tài)勢覺察

態(tài)勢覺察是覺察檢測和獲取環(huán)境中的重要信息或元素，獲取信息的主要渠道是根據(jù)不同的控制需求和電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行合理配置量測。態(tài)勢覺察階段主要是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行中的一些有效信息進(jìn)行捕獲，是態(tài)勢感知中首要的一步。態(tài)勢覺察關(guān)鍵技術(shù)包括：大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)、高級(jí)量測體系、虛擬采集技術(shù)等，如圖6 所示。圖中FTU 為饋線終端單元；DTU 為配電監(jiān)控終端；TTU 為配電變壓器監(jiān)測終端；PMU為同步相量量測單元。

圖6 態(tài)勢覺察架構(gòu)Fig.6 Situational perception framework

大數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采樣技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)等，同時(shí)結(jié)合人工智能技術(shù)，為態(tài)勢感知的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通信技術(shù)主要包括移動(dòng)通信技術(shù)、光纖通信技術(shù)、通用無線技術(shù)，提高電網(wǎng)數(shù)據(jù)的可靠性、安全性和實(shí)時(shí)性。當(dāng)前先進(jìn)的5G 通信技術(shù)憑借其高數(shù)據(jù)傳輸率和低傳輸延時(shí)的優(yōu)勢［30］，開始投入到堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中來，并逐步應(yīng)用于智能儀表和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。高級(jí)量測體系包括網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能表計(jì)技術(shù)和互動(dòng)機(jī)制，為數(shù)據(jù)的匯總、整理、挖掘分析以及大數(shù)據(jù)融合提供技術(shù)支持。虛擬采集技術(shù)通過對(duì)無法實(shí)時(shí)采集或采集難度較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，挖掘?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)的內(nèi)在映射關(guān)系，提升運(yùn)維數(shù)據(jù)采集的全面性和準(zhǔn)確性。

順應(yīng)新型電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)海量、多源異構(gòu)的特點(diǎn)，文獻(xiàn)［31］提出了改進(jìn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理框架。為優(yōu)化光伏智能邊緣終端配置，文獻(xiàn)［32］提出一種改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法和灰狼優(yōu)化算法進(jìn)行模型求解。為解決運(yùn)維數(shù)據(jù)的浪費(fèi)問題，文獻(xiàn)［33］提出一種基于相似日、蝙蝠算法與小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的分布式光伏數(shù)據(jù)虛擬采集方法。文獻(xiàn)［34］提出一種基于改進(jìn)自動(dòng)編碼器（IAE）的變壓器故障數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，解決數(shù)據(jù)不足問題。而隨著大規(guī)模分布式電源與電力交通負(fù)荷接入，新型電力系統(tǒng)態(tài)勢覺察元素顯著增加，除傳統(tǒng)電氣量和設(shè)備狀態(tài)量以外，還包括復(fù)雜環(huán)境量、用戶行為量、電力交通量等新型態(tài)勢覺察元素。

2.2 態(tài)勢理解

態(tài)勢理解是在態(tài)勢覺察的基礎(chǔ)上，對(duì)得到的信息進(jìn)行處理、分析，提取關(guān)鍵信息。對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行、脆弱性、無功優(yōu)化、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等能力進(jìn)行評(píng)估分析具有重要作用。態(tài)勢理解的關(guān)鍵技術(shù)包括：多元數(shù)據(jù)融合技術(shù)、電網(wǎng)穩(wěn)定性評(píng)估技術(shù)、電力市場技術(shù)等。

海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)：基于多元數(shù)據(jù)融合的新型電力系統(tǒng)運(yùn)行分析，研究動(dòng)態(tài)、多模、多源、高維系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，可以支撐電力大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測關(guān)鍵設(shè)備健康狀態(tài)。該技術(shù)結(jié)合智能響應(yīng)和趨勢智能分析2 種模式，能夠根據(jù)實(shí)際情況建立數(shù)據(jù)庫和信息化共享平臺(tái)，能夠?qū)Σ煌愋偷臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析。在離線數(shù)據(jù)方面，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式離線分析；在實(shí)施數(shù)據(jù)分析方面，可以實(shí)時(shí)計(jì)算調(diào)度。

信息驅(qū)動(dòng)的大電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢評(píng)估技術(shù)：該技術(shù)能夠有效評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在對(duì)當(dāng)前情況進(jìn)行分析和評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)電網(wǎng)未來發(fā)展做出預(yù)測并制定策略，不僅可以建立靜態(tài)穩(wěn)定域，還可以隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，建立在線動(dòng)態(tài)穩(wěn)定域，通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)2 種方式的結(jié)合，為電網(wǎng)正常運(yùn)行提供必要保障［35］。

電力市場技術(shù)：圍繞電力市場的發(fā)展規(guī)律，運(yùn)用博弈理論建立基于電能生產(chǎn)者和用戶的雙向良性競爭的電力市場；通過邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)各智能終端間的靈活協(xié)同，有效提升電力系統(tǒng)態(tài)勢感知的計(jì)算效率和響應(yīng)速度［36］。

為滿足電力行業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，文獻(xiàn)［37］提出一種基于圖論的進(jìn)化優(yōu)化方法，促進(jìn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用?？紤]電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)狀與主客觀評(píng)估的模糊性，文獻(xiàn)［38］提出一種態(tài)勢感知實(shí)施效果綜合評(píng)估方法?；谪?fù)載需求和風(fēng)力發(fā)電的不確定性，文獻(xiàn)［39］結(jié)合粒子群優(yōu)化提出一種改進(jìn)的最優(yōu)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量分配方案。但是，現(xiàn)階段新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系尚不健全，受制于地域間經(jīng)濟(jì)水平和規(guī)劃的差異，兼容性較差，實(shí)施效果有待提升。

2.3 態(tài)勢預(yù)測

態(tài)勢預(yù)測是依據(jù)態(tài)勢覺察和態(tài)勢理解的結(jié)論，預(yù)測電網(wǎng)分布式電源、負(fù)荷和電動(dòng)汽車等因素的變化，并進(jìn)行安全態(tài)勢評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，以預(yù)測電力系統(tǒng)潛在和未知的安全風(fēng)險(xiǎn)。態(tài)勢理解關(guān)鍵技術(shù)包括能源預(yù)測、節(jié)點(diǎn)電壓預(yù)測等。

能源預(yù)測包括電力需求、價(jià)格、負(fù)荷和發(fā)電量預(yù)測等方面。主要分為：（1）基于人工智能［40］和機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測技術(shù)，如深度學(xué)習(xí)［41］、強(qiáng)化學(xué)習(xí)［42］和遷移學(xué)習(xí)［43］等算法；（2）組合預(yù)測，通過組合其預(yù)測算法，顯著提高預(yù)測結(jié)果質(zhì)量［44］；（3）分層預(yù)測，適用于由于時(shí)間或空間分散而具有聚合約束的序列；（4）概率預(yù)測［45］，與電力系統(tǒng)的隨機(jī)性和不確定性相適應(yīng)，通過參數(shù)化、半?yún)?shù)化或非參數(shù)化的方法表示其概率分布。

節(jié)點(diǎn)電壓預(yù)測包括直接預(yù)測和間接預(yù)測。直接預(yù)測是通過對(duì)電壓時(shí)間序列本身進(jìn)行建模，其電壓幅值數(shù)據(jù)需要以毫秒級(jí)進(jìn)行測量，更適合瞬態(tài)分析。間接預(yù)測是通過預(yù)測功率注入（例如負(fù)荷和可再生能源），然后計(jì)算功率流來實(shí)現(xiàn)［46］?？紤]到新型電力系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，文獻(xiàn)［47］提出了一種結(jié)合最大信息系數(shù)、因子分析、灰狼優(yōu)化和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)短期負(fù)荷預(yù)測模型?？紤]商業(yè)和居民混合的負(fù)荷預(yù)測影響因素多樣和隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)，文獻(xiàn)［48］提出了一種基于灰狼郊狼混合優(yōu)化算法和長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的短期電力負(fù)荷預(yù)測方法。然而，目前態(tài)勢預(yù)測計(jì)算時(shí)間還不能滿足實(shí)時(shí)預(yù)測的要求，同時(shí)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)模型還有待完善，所以最終對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢的預(yù)測還較為粗糙。

在SCADA 難以滿足要求的背景下，態(tài)勢感知技術(shù)能夠更好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)變革下新型電力系統(tǒng)的復(fù)雜變化。態(tài)勢覺察是根據(jù)電力系統(tǒng)分析和控制的需求合理配置量測，以獲取所需要的數(shù)據(jù)。態(tài)勢理解是對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、生存能力、供電能力、負(fù)荷接入能力、分布式電源接納能力等進(jìn)行評(píng)估分析，獲取采集數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的知識(shí)。態(tài)勢預(yù)測是對(duì)電力系統(tǒng)中的各種變化因素進(jìn)行預(yù)測，掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常供電和潛在故障。這3個(gè)階段正是解決新型電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘困難、預(yù)測精度不高、狀態(tài)感知不準(zhǔn)確等問題的關(guān)鍵技術(shù)，助力新型電力系統(tǒng)快速覺察、精準(zhǔn)理解、準(zhǔn)確研判。

3 低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知關(guān)鍵技術(shù)

促進(jìn)新型電力系統(tǒng)的低碳運(yùn)行，重點(diǎn)在于順應(yīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及解決靈活性問題。本文基于態(tài)勢感知技術(shù)，從推動(dòng)全域互聯(lián)、深度感知、靈活運(yùn)行以及可靠供電等角度，梳理了當(dāng)前保證系統(tǒng)低碳性和經(jīng)濟(jì)性2個(gè)層面的發(fā)展方向。

從低碳電力角度看，電力行業(yè)碳減排的重點(diǎn)應(yīng)該包括：可再生能源的消納、節(jié)能減排以及提高能源利用效率，關(guān)鍵技術(shù)包括能源互聯(lián)技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)等。

從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度看，電力行業(yè)的工作重點(diǎn)應(yīng)該包括：促進(jìn)電力市場和碳權(quán)市場的交易融合、電力市場機(jī)制設(shè)計(jì)。其中包括制定節(jié)能減排的經(jīng)濟(jì)政策、完善電力行業(yè)的市場機(jī)制［49］、推進(jìn)全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)［50］等。

3.1 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

推動(dòng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過程，就是推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)的過程，兩者是一個(gè)問題、兩個(gè)視角［51］。能源互聯(lián)網(wǎng)主要包括2層含義：“能源的互聯(lián)網(wǎng)化”，即電、熱、油、氣、氫、交通等多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通；“互聯(lián)網(wǎng)+”，即信息技術(shù)在能源網(wǎng)中的應(yīng)用。能源互聯(lián)網(wǎng)具有深度精準(zhǔn)感知、海量接入管理、智能輔助決策等能力，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)網(wǎng)架、設(shè)備、人員的互聯(lián)互通，促進(jìn)電網(wǎng)精確感知、信息融合［52］。

區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)自上而下分為應(yīng)用層-網(wǎng)絡(luò)層-終端層3 層，源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)分層架構(gòu)在感知層面實(shí)現(xiàn)全面精準(zhǔn)感知，加快系統(tǒng)研判、響應(yīng)速度。但目前仍然存在源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)要素多樣、源荷雙側(cè)不確定性突出而導(dǎo)致新能源消納能力不足的技術(shù)瓶頸，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 智慧能源系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)Fig.7 Internet architecture of smart energy system

關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）為源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)提供信息數(shù)字化感知和數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)，提供數(shù)字傳輸通道；（2）為海量數(shù)據(jù)提供云端存儲(chǔ)、共享平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支撐，并促進(jìn)能量流與信息流的深度融合，滿足系統(tǒng)感知海量數(shù)據(jù)獲取需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效可靠傳輸，推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)。

3.2 電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在以電網(wǎng)為核心的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中，其信息網(wǎng)絡(luò)就是電力物聯(lián)網(wǎng)。電力物聯(lián)網(wǎng)通過感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層建設(shè)，對(duì)各能源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全采集、狀態(tài)全感知［53］，實(shí)現(xiàn)能源的設(shè)備廣泛連接、數(shù)據(jù)開放共享、服務(wù)互動(dòng)創(chuàng)新，推動(dòng)能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流的“三流合一”，支撐區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)行和服務(wù)，電力物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)如圖8所示。

圖8 電力物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)Fig.8 Data transmission network of power IoT

電力物聯(lián)網(wǎng)將發(fā)展成為一個(gè)數(shù)據(jù)流與能量流緊密結(jié)合的系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)流的形成依托先進(jìn)的數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)共享技術(shù)，能量流是依托于對(duì)接入的電力網(wǎng)、熱能能源網(wǎng)、太陽能能源網(wǎng)等其他能源系統(tǒng)分享的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互分析。

物聯(lián)網(wǎng)中有線傳輸方案主要包括光纖、電力線載波、以太網(wǎng)等技術(shù)［54］。早期主要依靠總線或以太網(wǎng)技術(shù)滿足來自采集或控制的數(shù)據(jù)傳輸需求。無線傳輸方案主要有230 MHz 無線電力專網(wǎng)、衛(wèi)星通信技術(shù)、WiFi、Zig Bee、Bluetooth、低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide?Area Network，LPWAN）技術(shù)等多種方案［55］。

3.3 新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)

低碳經(jīng)濟(jì)政策實(shí)施前，我國電力調(diào)度主要以經(jīng)濟(jì)性原則為主，即在電力調(diào)度過程中注重對(duì)運(yùn)行成本的控制。隨著低碳經(jīng)濟(jì)理念與政策的普及，傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度模式已經(jīng)無法滿足電力企業(yè)節(jié)能減排需求，需要依據(jù)對(duì)低碳電力目標(biāo)的分析，進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度模式的優(yōu)化［56］。新能源不確定性預(yù)測成為電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，亟須研究適用于新型電力系統(tǒng)的調(diào)度策略以實(shí)現(xiàn)電源側(cè)資源的合理調(diào)配。源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)優(yōu)化的綜合能源系統(tǒng)已成為能源電力發(fā)展的迫切需求。

從技術(shù)升級(jí)角度而言，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)綜合效能提升的關(guān)鍵在于突破電源靈活性瓶頸，火電的靈活性改造可以很大程度緩解，但電源側(cè)本質(zhì)上的格局改變需要其他的靈活性手段提升，如天然氣、調(diào)節(jié)性水電、抽水蓄能等靈活性更高的機(jī)組建設(shè)以及高效儲(chǔ)能的配套建設(shè)應(yīng)用等。

以及構(gòu)建極端供能事件的應(yīng)急機(jī)制，在準(zhǔn)確研判不同預(yù)想極端天氣可能造成的不利影響的基礎(chǔ)上，需要充分發(fā)揮我國機(jī)制的天然優(yōu)勢，整合各類可用資源，統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理，有針對(duì)地建立應(yīng)急預(yù)案，構(gòu)建常態(tài)化市場運(yùn)營、極端情況下計(jì)劃兜底的電力和天然氣系統(tǒng)運(yùn)營模式［57-59］。例如通過建立計(jì)及儲(chǔ)熱裝置、熱電聯(lián)產(chǎn)電廠、碳捕集裝置以及蓄熱電鍋爐組成的電力系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型［60］，并對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和低碳性的多目標(biāo)進(jìn)行求解，最終得到基于風(fēng)電消納評(píng)估的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。

3.4 電力市場頂層設(shè)計(jì)

電力市場交易機(jī)制是決定市場運(yùn)行效率和交易規(guī)模的關(guān)鍵因素。高效的交易機(jī)制可以促進(jìn)新能源積極參與市場，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。目前，我國對(duì)新能源發(fā)展的電價(jià)支持機(jī)制主要分為固定上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制［61-62］、溢價(jià)補(bǔ)貼機(jī)制［63］、可再生能源配額制［64］和綠證機(jī)制。一方面要充分考慮新能源發(fā)電的不確定性、波動(dòng)性，另一方面要調(diào)動(dòng)靈活調(diào)節(jié)性資源（如新型儲(chǔ)能）投資積極性，設(shè)計(jì)適應(yīng)新能源參與的多時(shí)間尺度電力市場；同時(shí)充分利用態(tài)勢感知對(duì)海量數(shù)據(jù)的挖掘和理解，調(diào)動(dòng)新興市場主體的靈活調(diào)節(jié)能力，優(yōu)化調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)。關(guān)鍵內(nèi)容包括建立有效容量交易市場、輔助服務(wù)交易市場、電量交易市場、綠證交易市場有機(jī)統(tǒng)一的中國特色新型電力市場體系?？偟膩碚f，提升電力系統(tǒng)靈活性的關(guān)鍵一方面是激發(fā)各環(huán)節(jié)的靈活性潛力，增強(qiáng)系統(tǒng)整體的靈活性供給能力；另一方面在于提供有效的交易機(jī)制，以合理有效的價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)市場行為，提高靈活性資源的跨時(shí)空配置效率。

低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知框架如圖9 所示，構(gòu)建了一種多維度的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知框架，集成了大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)、高級(jí)量測體系、虛擬采集技術(shù)、多元數(shù)據(jù)融合技術(shù)、電網(wǎng)穩(wěn)定性評(píng)估技術(shù)、電力市場技術(shù)、能源預(yù)測技術(shù)、節(jié)點(diǎn)電壓預(yù)測技術(shù)以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，結(jié)合了態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解和態(tài)勢預(yù)測等3個(gè)階段以深入剖析新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知的結(jié)構(gòu)框架及其關(guān)鍵技術(shù)，包括能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)和電力市場頂層設(shè)計(jì)，以解決源側(cè)出力預(yù)測難、網(wǎng)側(cè)故障研判精度低、荷側(cè)特性分析難、儲(chǔ)側(cè)調(diào)度控制難的問題，并推動(dòng)電力系統(tǒng)朝著信息化、數(shù)字化、智能化方向加速演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)新能源的可觀、可測、可控。

圖9 低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知框架Fig.9 Situational awareness framework for the new power system in low?carbon economic operation

4 結(jié)束語

構(gòu)建以高比例可再生能源為核心的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵，而態(tài)勢感知技術(shù)對(duì)保障新型電力系統(tǒng)中低碳電力容量和靈活資源的充裕度起到了支撐作用。態(tài)勢感知技術(shù)覆蓋電價(jià)形成機(jī)制和能源數(shù)字化的方方面面。未來態(tài)勢感知技術(shù)將有效推動(dòng)新型電力系統(tǒng)可觀、可測、可控能力，加快電網(wǎng)信息采集、感知、處理、應(yīng)用等全過程智能化能力，成為連接全社會(huì)用戶、各環(huán)節(jié)電力設(shè)備的平臺(tái)，推進(jìn)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)并提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，助力構(gòu)建低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)?；趹B(tài)勢感知技術(shù)的新型電力系統(tǒng)，未來的發(fā)展方向如下。

（1）加快推進(jìn)風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化及源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)一體化，積極探索可再生能源制氫消納新模式，推動(dòng)電力與其他能源互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)間協(xié)同消納。推進(jìn)電力系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的深度融合，創(chuàng)新能源服務(wù)新格局。

（2）解決復(fù)雜變化下系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、精準(zhǔn)評(píng)估和故障隱患及時(shí)預(yù)警問題，明確極端天氣下系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理以及長效運(yùn)維的策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精益化管理和高效維護(hù)，保障新型電力系統(tǒng)復(fù)雜環(huán)境下長期運(yùn)行的安全性和可靠性。

（3）解決高比例新能源和高比例電氣化接入電力系統(tǒng)而產(chǎn)生的隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性問題，實(shí)現(xiàn)全面可觀、精確可測、高度可控。

（4）考慮到國內(nèi)新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知技術(shù)仍停留在理論分析階段，當(dāng)前應(yīng)當(dāng)利用新一代數(shù)字技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字化改造，以數(shù)據(jù)流引領(lǐng)和優(yōu)化能量流、業(yè)務(wù)流，搭建風(fēng)光水火儲(chǔ)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的可觀、可測、可控的數(shù)字化平臺(tái)。

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是基于“雙碳”目標(biāo)的一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。要實(shí)現(xiàn)我國社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，低碳經(jīng)濟(jì)是必由之路。構(gòu)建低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)，需要充分利用態(tài)勢感知技術(shù)、發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，以達(dá)到全面提升發(fā)電、供電、輸電、配電以及用電環(huán)節(jié)節(jié)能降耗的目標(biāo)，為我國電力行業(yè)的可持續(xù)化、低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。