新型電力系統是一項涉及多行業(yè)、多學(xué)科的復雜系統性工程，尤其離不開(kāi)科學(xué)、高效的規劃設計工作。那么，如何做好新型電力系統的頂層設計、完善底層邏輯？如何開(kāi)展新型電力系統科研創(chuàng )新、規劃設計等工作？作為國家電網(wǎng)有限公司電網(wǎng)規劃和工程設計技術(shù)歸口單位的國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院有著(zhù)自己的見(jiàn)解。帶著(zhù)上述問(wèn)題，本報記者近日采訪(fǎng)了國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院總工程師李暉。
新型電力系統有“4個(gè)新”
中國能源報：從整個(gè)電力系統的規劃設計角度來(lái)看，新型電力系統有哪些“新變化”？
李暉：與傳統電力系統相比，新型電力系統的供給側、電網(wǎng)側、消費側及二次系統將發(fā)生革命性變化，體現為“4個(gè)新”，即新的電源裝機結構、新的電網(wǎng)形態(tài)、新的電力負荷特性、新的二次系統控制模式。
具體而言，從供給側看，能源結構將發(fā)生改變，可再生能源將實(shí)現大規模開(kāi)發(fā)利用，逐步取代化石能源。預計到2030年，我國新能源在裝機規模上將成為第一大電源，對電力系統供需平衡和清潔能源消納能力提出了更高要求，需要增加電源裝機的容量冗余度，同時(shí)配套建設相應的靈活調節能力。
從電網(wǎng)側看，將由以常規電源、單向供電為主向高比例電力電子化和新能源、雙向供電的電網(wǎng)形態(tài)轉變。隨著(zhù)大型風(fēng)光電基地的開(kāi)發(fā)，跨區送電將繼續增加，需加大特高壓及各級電網(wǎng)發(fā)展力度，提升高比例新能源外送消納能力、多直流承載能力。另一方面，中東部地區分布式新能源大規模開(kāi)發(fā)，對配電網(wǎng)的接入能力提出了更高要求。通過(guò)大電網(wǎng)與配電網(wǎng)靈活互濟、協(xié)調運行，實(shí)現大規模新能源與電網(wǎng)的協(xié)調發(fā)展。
從消費側看，將由用戶(hù)側單向用電向電能雙向傳輸轉變。多元用電負荷、分布式電源、新型儲能將快速發(fā)展，負荷特性由傳統的剛性用電需求、單向用電向柔性用電需求、用戶(hù)電能雙向傳輸轉變，終端能源側的電力產(chǎn)消者將大量出現，電力供需平衡模式由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉變。
從二次系統看，電力系統控制模式將發(fā)生深刻變化。隨著(zhù)新能源電力和電量占比的提升，電力系統不確定性增大、復雜性增加、可控性變差，這將推動(dòng)一體化控制向主配網(wǎng)協(xié)同、微電網(wǎng)自治等控制模式轉變。
“雙高”電力系統問(wèn)題漸顯
中國能源報：新型電力系統的“雙高”特征將對電力系統規劃、設計、運行等帶來(lái)哪些新挑戰？
李暉：大規模新能源裝機并網(wǎng)帶來(lái)了功率隨機波動(dòng)、轉動(dòng)慣量下降、電壓支撐能力不足等問(wèn)題，需要重點(diǎn)關(guān)注電力供應保障、系統安全穩定運行等問(wèn)題。
供需平衡方面，新能源發(fā)電受氣象等自然條件影響較大，可能出現極熱無(wú)風(fēng)、極寒無(wú)光等情況。同時(shí)，常規電源占比逐漸下降，極端氣象條件下水電的保供作用也存在不確定性，供電保障面臨巨大挑戰。
系統安全方面，隨著(zhù)部分地區電源“空心化”特性凸顯，系統頻率、電壓調節能力顯著(zhù)下降。在部分跨區直流落點(diǎn)密集地區，交直流連鎖故障風(fēng)險日趨嚴重，交流系統故障可能導致多回直流同時(shí)換相失敗，給系統造成巨大功率沖擊。
關(guān)鍵技術(shù)待突破
中國能源報：電力規劃設計領(lǐng)域有哪些關(guān)鍵技術(shù)需重點(diǎn)突破？
李暉：圍繞新型電力系統建設的發(fā)展方向、發(fā)展路徑、技術(shù)攻關(guān)、體制機制和示范應用等重大問(wèn)題，未來(lái)重點(diǎn)研究領(lǐng)域主要包括能源轉型戰略與實(shí)施路徑、新能源高效利用技術(shù)、大電網(wǎng)安全與規劃技術(shù)、電力系統仿真分析技術(shù)、源網(wǎng)荷儲各環(huán)節新技術(shù)及應用等。當務(wù)之急是要從新能源和外送輸電技術(shù)兩個(gè)方面開(kāi)展攻關(guān)。
新能源技術(shù)方面，當前新能源機組涉網(wǎng)性能不足，大量并網(wǎng)后系統頻率調節能力顯著(zhù)下降，易發(fā)生暫態(tài)過(guò)電壓導致的大規模脫網(wǎng)及連鎖故障。未來(lái)，新能源需要實(shí)現從“并網(wǎng)”到“組網(wǎng)”的角色轉變，亟需開(kāi)展新能源發(fā)電虛擬同步控制等技術(shù)研究。同時(shí)，新能源頂峰能力不足，需研究不同時(shí)間尺度的新能源精準預測和控制技術(shù)。
外送輸電技術(shù)方面，大型風(fēng)光電基地開(kāi)發(fā)外送面臨交流弱支撐問(wèn)題，部分受端電網(wǎng)存在多直流饋入、交直流系統耦合緊密、系統連鎖故障風(fēng)險大等問(wèn)題，需研究新能源直流外送系統的聯(lián)網(wǎng)方式優(yōu)化、受端電網(wǎng)優(yōu)化重構技術(shù)，攻克新能源孤島直流外送技術(shù)。
同時(shí)，新型電力系統建設對“三道防線(xiàn)”提出了更高要求，需研究適用于多運行場(chǎng)景的繼電保護、大范圍多資源協(xié)同緊急控制技術(shù)，增強電網(wǎng)故障下的事中控制、事后恢復能力。此外，隨著(zhù)仿真規模急劇增大，需研究能準確反映電力電子設備與大電網(wǎng)交互作用的系統級仿真技術(shù)。
中國能源報：作為業(yè)界知名的規劃研究機構，國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院在新型電力系統建設過(guò)程中將開(kāi)展哪些工作？
李暉：未來(lái)我院將依托新型電力系統技術(shù)創(chuàng )新聯(lián)盟這一平臺，在主配網(wǎng)規劃、直流輸電技術(shù)、二次信息系統、示范工程等方面繼續深入攻關(guān)。
具體而言，在大電網(wǎng)規劃方面，重點(diǎn)開(kāi)展電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)及路徑演變、電力供需平衡分析和新能源保供能力量化、考慮多時(shí)空尺度靈活資源特性的源網(wǎng)荷儲協(xié)同規劃、大規模新能源基地匯集組網(wǎng)技術(shù)等研究；在配電網(wǎng)規劃方面，重點(diǎn)開(kāi)展支撐高比例分布式新能源并網(wǎng)的配電系統規劃技術(shù)等研究；在直流輸電技術(shù)方面，重點(diǎn)開(kāi)展常規直流系統適應性能提升技術(shù)、基于柔性換相換流器的直流設計技術(shù)以及大容量IGBT器件、換流變壓器等關(guān)鍵技術(shù)和設備研發(fā)；在二次信息系統方面，重點(diǎn)開(kāi)展數字與能源深度融合技術(shù)、智能調度運行控制技術(shù)等研究；在示范工程方面，重點(diǎn)開(kāi)展大型風(fēng)光電基地外送系統構建、規?；h海風(fēng)電組網(wǎng)送出和區域能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及示范等研究。
中國能源報：新型電力系統建設對電力規劃設計的理念、原則、方式方法等帶來(lái)什么影響？
李暉：電力系統規劃目標要統籌安全和綠色。未來(lái)降低碳排放成為電力系統發(fā)展的新目標，既要著(zhù)力降低自身碳排放，還要通過(guò)電能替代承接其他行業(yè)領(lǐng)域的能耗轉移，降碳提效的責任重大。電力系統規劃設計目標要從單一的“安全保供”向“安全與綠色并舉”轉變。
電力平衡理念由確定性向概率性轉變。未來(lái)電力平衡工作將由確定性的“缺不缺、缺多少”逐步轉向概率性的“不同概率、不同時(shí)長(cháng)”。要結合不同規模電力缺口的出現概率、持續時(shí)間、保障難度等多方面因素統籌制定保供措施。未來(lái)需要創(chuàng )新運用概率化供需平衡分析方法，為精準制定保供措施打牢基礎。
電力系統發(fā)展要實(shí)現“剛柔互濟”。未來(lái)隨著(zhù)需求增速逐步穩定、用電結構持續轉型，以及新能源、儲能、新型負荷等新元素的不斷滲透，為滿(mǎn)足電力保供和安全運行要求，電力系統發(fā)展既要保持電網(wǎng)規模不斷擴大、聯(lián)絡(luò )不斷加強的“剛性”模式，還要考慮靈活、智能等“柔性”需求，實(shí)現“剛柔互濟”，繼續構筑能源資源大范圍優(yōu)化配置平臺，實(shí)現源、荷、儲便捷友好接入和智能協(xié)調優(yōu)化控制。
中國能源報：目前在研或此前較成熟、現在需要改造升級的關(guān)鍵技術(shù)，未來(lái)將如何服務(wù)新型電力系統建設？
李暉：部分送端高比例新能源電力系統電壓支撐能力薄弱、暫態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)?wèn)題嚴重，為解決上述問(wèn)題，創(chuàng )新提出“換流站配置大型調相機+新能源配置分布式調相機”技術(shù)方案。以青?！幽咸馗邏褐绷鞴こ虨槔?，在電網(wǎng)側部署4臺大型調相機、在新能源側部署21臺分布式調相機，實(shí)現新能源外送能力提升490萬(wàn)千瓦以上。?
此外，新型電力系統包含大量新能源發(fā)電、特高壓和柔性直流等電力電子裝置，“寬頻振蕩”問(wèn)題需要在規劃設計過(guò)程中準確識別，提出有效抑制措施，為后續規劃的大型風(fēng)光電和大規模海上風(fēng)電基地外送建設提供重要技術(shù)支持。
目前已并網(wǎng)的新能源發(fā)電普遍采用“跟網(wǎng)型”設計，機組并網(wǎng)和穩定運行高度依賴(lài)交流系統。未來(lái)新能源發(fā)電必須參與系統的一次調頻、提供慣量和電壓支撐，需要重點(diǎn)開(kāi)展“構網(wǎng)型”新能源發(fā)電研發(fā)設計和示范應用，推動(dòng)新能源從?“被動(dòng)跟隨”轉變?yōu)椤爸鲃?dòng)支撐”。
儲能是新型電力系統電力供應保障和安全穩定運行的重要支撐。新型儲能技術(shù)要突破電池材料、制造工藝和系統集成等關(guān)鍵技術(shù)，有效降低成本。儲能配置方面要突破源網(wǎng)荷儲協(xié)同規劃和運行技術(shù)，充分發(fā)揮儲能調節作用，支撐新型電力系統構建。
（轉載自中國能源報）
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