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編者按：隨著新能源的持續(xù)發(fā)展，更多電力電子設備接入電網，電網形態(tài)將發(fā)生深刻變化，電力系統的演變逐漸突破現有的理論、運行控制框架。這需要不斷完善新形勢下的源網協調體系，支撐能源轉型和電網發(fā)展。


能源轉型是世界能源發(fā)展的大趨勢。近年來，全球電源結構逐漸轉變，新能源的重要性愈發(fā)體現，全球風電、光伏發(fā)電在全球電力裝機中的比例持續(xù)上升。

我國能源體系也在加速變革，大力發(fā)展新能源順應了我國能源生產和消費革命的發(fā)展方向。截至2019年年底，國家電網有限公司經營區(qū)新能源發(fā)電裝機3.5億千瓦，占總裝機容量比例超過兩成。預計到2050年，全國風電、光伏發(fā)電裝機容量占比將分別達到24%和31%。能源轉型大背景下，源網協調體系方面有哪些探索？未來又應如何完善？

高占比新能源持續(xù)接入，源網協調面臨挑戰(zhàn)

高占比新能源電力系統呈現兩方面的主要特征變化——新能源發(fā)電具有間歇性和不確定性，新能源的隨機波動會導致接入點的電氣參數發(fā)生變化，增加系統運行的控制難度；新能源并網控制特性與常規(guī)電源差異大，大量電力電子器件的持續(xù)接入使電網運行特征由“電磁耦合”向“電-電轉換”轉變。

高占比新能源的持續(xù)接入給電網安全平穩(wěn)運行帶來不穩(wěn)定因素，源網協調面臨以下挑戰(zhàn)：

高占比新能源電力系統感知水平亟待提高。新能源機組動態(tài)過程復雜，機組的關鍵運行信息難以實時上傳，各類型電源之間缺乏對全局可控資源運行狀態(tài)的信息統籌，全網可控資源的靈活控制與精準評估較難實現。

高占比新能源電力系統穩(wěn)態(tài)調節(jié)水平需不斷提升。新能源發(fā)電受資源、環(huán)境影響，易出現隨機波動，預測難度大，對電網運行影響較大；新能源無功調節(jié)能力未得到充分發(fā)揮，功率大幅變化易造成電壓波動；新能源出力波動造成電網有功調節(jié)難度大。

新能源抗擾動能力仍需提高。當電網發(fā)生擾動引起電壓、頻率越限時，接入電網末端的新能源機端電壓波動更劇烈，新能源耐壓、耐頻能力不足，易發(fā)生連鎖脫網事故，影響電力系統安全穩(wěn)定運行。

新能源主動支撐能力需進一步挖掘。新能源占比高的電力系統中，常規(guī)電源開機空間減小，系統慣量下降，易發(fā)生大幅功率波動，導致系統出現頻率穩(wěn)定問題；不同類型的新能源暫態(tài)特性差異顯著，無法對電網實現有效支撐，集中外送地區(qū)易發(fā)生電壓穩(wěn)定問題。

高占比新能源電力系統寬頻帶振蕩問題需深入研究預防。新能源、直流等多樣化電力電子設備及復雜控制設備接入電力系統，電網次/超同步振蕩的高維度、寬頻帶問題凸顯，振蕩機理復雜。

新版強制性國家標準《電力系統安全穩(wěn)定導則》對含高占比新能源電力系統的源網協調提出了新的要求。當前，需要在《導則》的指導下，探索能源轉型背景下構建源網協調體系的方法。

創(chuàng)新技術與管理，提升新能源感知水平和管控能力

目前，西北電網新能源裝機已突破1億千瓦，占總裝機的近四成。面對新能源裝機占比不斷上升的形勢，近年來，國家電網有限公司西北分部在提升高占比新能源電力系統感知水平、調控能力、新能源抗擾動能力、源網互動支撐能力及應對寬頻帶穩(wěn)定問題方面創(chuàng)新實踐，對構建能源轉型下的源網協調體系開展了有益探索。

在提升感知水平方面，國網西北分部在新能源電站加裝高精度的監(jiān)測裝置，對新能源機組及場站狀態(tài)實現全過程感知；將西北電網超過1億千瓦控制資源分層、分區(qū)接入直流群可控資源池，實現了風、光、水、火、直流、柔性交流輸電系統（FACTS）等控制資源可控量及分布信息的實時感知、掌握，統籌協調地調用多種控制資源，實現多類型控制資源池監(jiān)視、預警及輔助決策。

為有效解決高占比新能源出力波動調節(jié)難度大的問題，國網西北分部通過新能源發(fā)電168小時分項分級滾動預測，將高占比新能源科學納入電網備用管理，降低新能源受阻率；針對全網無功資源的協調控制問題，構建了“網-省-場”三級協同的自動電壓控制體系，充分挖掘新能源參與電網電壓調節(jié)的能力，實現了含風電機組、光伏逆變器、SVC/SVG等多種無功資源設備時序協調控制，將主網電壓考核合格率提高至100%；通過日內滾動計劃調整、實時計劃偏差校正的多時間尺度、多電源協調優(yōu)化，實現多個斷面的級聯優(yōu)化控制，提高關鍵斷面清潔能源送出效益。

國網西北分部在提升新能源抗擾動能力上發(fā)力，提高和優(yōu)化新能源一、二次設備耐壓/耐頻能力，拓展設備運行的“電壓/頻率帶寬”。目前，西北電網已組織完成了3293萬千瓦的風電機組耐高壓能力改造，改造數量和規(guī)模均處領先位置，提升祁韶直流輸送能力50萬千瓦及近區(qū)風電送出能力超300萬千瓦。

在挖掘新能源源網互動能力上，國網西北分部建立高占比新能源電力系統的轉動慣量監(jiān)測與分析評價手段，建立頻率穩(wěn)定水平量化分析模型，求取電網最小需求轉動慣量，掌握新能源極限發(fā)電承載能力；提升新能源快速頻率響應能力，有效補強西北電網一次調頻資源儲備，利用新能源與常規(guī)電源在時間、頻率維度的匹配，完善西北電網的調頻體系；針對不同地區(qū)電網的穩(wěn)定特性差異，提取關鍵控制環(huán)節(jié)和參數，優(yōu)化新能源故障穿越控制參數，通過閉環(huán)流程提升新能源大規(guī)模接入電網的穩(wěn)定水平。

為應對寬頻帶穩(wěn)定問題，國網西北分部在新能源場站側加裝次/超同步振蕩監(jiān)測系統，有效監(jiān)測新能源和火電機組扭振等信息，分析查找振蕩源，利用振蕩源快速切除的方法阻斷連鎖故障傳導，防止振蕩危害進一步擴大。

完善新形勢下源網協調體系，支撐能源轉型發(fā)展

隨著后續(xù)新能源的持續(xù)發(fā)展，更多電力電子設備接入電網，電網形態(tài)將發(fā)生深刻變化，電力系統的演變逐漸突破現有的理論、運行控制框架。這需要不斷完善新形勢下的源網協調體系，支撐能源轉型和電網發(fā)展。

電力電子化設備占比將不斷增大，對于含有海量新能源的高階、強非線性系統，傳統量化穩(wěn)定分析方法已不再適用，需要進一步深化研究電力電子化電力系統的穩(wěn)定性基礎理論和分析方法，為運行控制提供可靠的理論支撐。

未來新能源發(fā)電占比仍將上升，轉動慣量持續(xù)降低，抗頻率擾動能力逐步下降。為滿足高占比新能源電網要求，除依靠虛擬儲能等技術增加慣量外，還需通過技術創(chuàng)新拓展電力系統允許的頻率波動帶寬，降低系統對慣量的要求，完善頻率防控體系架構。

隨著能源互聯網的發(fā)展，用電智能化和各類需求響應措施大力推廣，電力負荷資源種類更趨多樣，靈活可調節(jié)能力也在增強。傳統發(fā)電跟蹤負荷的源荷平衡體系已難以滿足要求，必須引導負荷側更好地發(fā)揮調節(jié)作用，建立負荷跟蹤新能源變化趨勢的源荷互動平衡體系，在負荷側釋放調節(jié)空間，促進新能源的發(fā)展。

針對大規(guī)模新能源裝機接入造成主網電壓支撐“空心化”趨勢，應考慮不同時間尺度的電壓特性需求，重構電網控制結構，優(yōu)化無功配置資源，完善傳統的分層分區(qū)電壓控制體系：大容量同步電源接入最高一級電網，支撐特高壓直流運行和新能源外送；次一級電網合理配置動態(tài)無功補償和調相機，維持本級電網無功平衡，減少與其他各級電網的無功交互；在低電壓等級電網充分挖掘和發(fā)揮新能源的無功電壓控制潛力，合理配置分布式調相機，支撐末端電網電壓。

與傳統同步機相比，新能源機組具有短路電流受限、等值阻抗不穩(wěn)定、頻率偏移等特性，現有繼電保護原理存在適應性問題。后續(xù)應積極研究適應新能源裝機高占比接入的繼電保護新原理及新技術。

未來，電力系統逐步向全電力電子化方向發(fā)展，對送端電力系統而言，同步支撐能力不足的問題將更加嚴峻。為維持電力系統穩(wěn)定運行，需從電力電子設備特性的本質入手，做好全局統籌協調，充分挖掘電力電子設備的靈活控制潛力，提升控制的靈活性和精確性，實現源網荷儲的互聯互動，構建電力電子化電力系統的運行控制體系、系列標準，提升電網協調運行控制能力。


 原標題：高占比新能源持續(xù)接入 源網協調面臨挑戰(zhàn)