“双碳”目标下新型电力系统发展路径研究

“双碳”目标下新型电力系统发展路径研究

赵月 韩睿

国网大庆供电公司 163453

摘要：近年来，社会进步迅速，我国的电力工程建设的发展也有了改善。当前新型电力系统中的电源、电网、储能、负荷等环节都是相互耦合且高度电力电子化。为保障高比例新能源并网消纳、系统安全与可靠供电，需构建数字化转型的新型电力系统以数据为核心推进光伏、风能等多种能量信息与数据构成信息搭建深度融合，深入到电力系统各个环节中，实现新型电力系统协同互动，为国家推进“双碳”目标提供有力支撑途径。

关键词：“双碳”目标；新型电力系统；发展路径研究

引言

中国提出建设以新能源为主导的新型电力系统，从源头上为“碳达峰”和“碳中和”奠定了坚实的基础。然而，新能源虽然可以提供充裕的电能，但同时也大幅削弱了发电侧的灵活调节能力，系统平衡压力巨大。调节能力的极度匮乏已成为新型电力系统面临的主要挑战。放眼广域的电力需求侧，大量的柔性负荷蕴藏着巨大的灵活调节潜力，如电动汽车、空调、热水器、工业生产线等。这类负荷一方面占比很大，仅空调负荷就占诸多地区尖峰负荷50%以上；同时也具备能量存储特性，如果可以大规模地协同这些柔性负荷开展常态化的调节，就可以有效为上级电网提供所需的调节服务，从根本上弥补新型电力系统调节资源的不足。

1数字化转型赋能构建新型电力系统

针对新型电力系统面临的充裕性、稳定性、经济性、绿色低碳、政策机制五大主要技术挑战，匹配了新型储能、电力气象、绿电制氢及电氢综合利用、需求响应、“双高”电力系统仿真分析、电力电子设备主动支撑、灵活直流组网、新一代调控系统、电力市场、ＣＣＵＳ、碳减排／评估及电碳耦合等１２项关键性数字化技术。在数字化平台的推动下，新型电力系统的数字化转型也成为必然趋势，通过数字化转型技术的应用实现了电力系统的智能化和数字化，全面开展数字基础设施建设及应用，解决电力系统发、输、变、配、送等五大环节各要素的数字感知问题，让电力系统实现了可预、可观、可调、可控。其中数字化转型关键技术的应用包含以下方面：（１）传感布局与精准映射。针对电力系统发、输、变、配、送等五大场景的电气量、环境量、状态量、空间量、物理量、行为量等特征参量采用先进的传感器、控制和软件应用程序和充分利用云计算、大数据、人工智能、边缘计算、物联网、互联网等技术从局部感知量向全局的确定性精准映射转变，从单纯物理量的分析研判进行转变，从电力物理系统的机理模型仿真和数据模型的信息物理耦合仿真预测转变。（２）５Ｇ研究与应用。５Ｇ技术应用于新型电力系统中不仅可以提升大电网源网储互动能力，还能够提升用户供需互动能力和传感信息的采集能力。目前５Ｇ研究与应用如：５Ｇ＋数电力线路在线检测、５Ｇ＋配电网保护、５Ｇ＋精准负荷控制、５Ｇ＋短路电流计算分析、５Ｇ＋智慧变电、５Ｇ＋虚拟测量平台、５Ｇ＋柔性负荷等。（３）卫星数据体系建设应用。卫星数据体系广泛应用于卫星通讯、电力工程规划、电网设备的遥感、气象、设备和用户故障的定位、卫星体系等。（４）ＡＩ技术研究与应用。模型数据、市场数据、地理数据、量测数据、故障录波、气象数据等电网信号业务进行监视发生异常或故障时进行处置方案和辅助决策推送至电网调度知识库评价后，电网调度运行决策算法模型对异常或故障事件进行事件化生成后自动下达操作任务执行命令。ＡＩ技术研究与应用实现了电网操作过程全数字化，业务实时可见、流程实时监控、结果自动反馈，提高了现场作业的标准化水平，缩短了业务处理时长。（５）全模态仿真协同平台建设应用。针对集中式新能源场站，提出了基于数据－物理融合的新能源机组精准建模。如：基于数据－物理融合的光伏电站精准建模。针对小容量分布式或新建光伏电站出力预测的问题，提出基于空间相关性的光伏主从预测技术；目前负荷模型仍采用简单模型或典型参数，仿真结论与实际运行情况存在出入，对电网仿真分析工作带来了不利影响。基于负荷精细化建模。随着能源互联网技术的不断深化，新型负荷元素接入电网，使得负荷侧呈现出电力电子化、随机性、智能化的新特点。为实现对电力用户负荷信息的在线量测，研发了负荷智能终端和智能平台。智能终端采集的数据用于负荷模型的在线修正。智能终端实时采集用户负荷电气信息，通过路由器和通讯基站将负荷信息上传至云平台，并进行数据处理及可视化展示。同时，智能终端还可接收和执行控制中心下发的负荷开断及功率调节等控制指令。

2需求响应分类方式

分类的基础是确定分类原则。现有研究依据是否直接采用电价作为响应引导信号，将需求响应分为价格型和激励型2类。其中，常见的价格型需求响应包括峰谷分时电价、动态实时电价机制等；激励型需求响应则包括可中断负荷、直接负荷控制、紧急电力需求响应等。但是，诸多研究提出的需求响应机制也并非典型的价格型或激励型，例如基于电力套餐的需求响应机制、基于奖励券的机制、基于新能源消纳贡献的机制、基于负荷准线的需求响应等。由此可见，单纯依据是否涉及电价信号进行分类较为粗略，无法从本质上区分各类机制，更不是需求响应能否满足“四化”特征的关键性因素。事实上，无论什么样的需求响应机制，其目标都是引导用户友好用电，使其有助于系统的安全经济运行。因此，如何评价用户参与需求响应对系统产生的贡献尤为重要，是机制能否满足“四化”特征的关键因素。

3对通信网架构的需求

随着新型电力系统的发展，分布式新能源大规模分散式接入，负荷聚合商、综合能源系统、虚拟电厂等新生态的涌现，通信网的边界将更加复杂，覆盖将更加广泛，不断向末端延伸，通信网流量激增，接入网业务承载不堪重负，需大量电力通信网基础资源投入；新型电力系统调度对象涵盖源网荷储各个环节，尤其是数量众多、布点分散的分布式新能源，增大了电力通信网受到网络攻击的可能性，要求通信网架构实现更为广泛的可观、可测、可调、可控、可靠。通信专业需重点从带宽承载及安全性2个方面对现有的电力网络安全架构进行调整，以适应未来新型电力系统对电力通信网建设需求。为保证电力系统核心网络安全可靠，针对终端业务的不同电力二次系统可分为互联网大区、管理信息大区和生产控制大区，网络特性表现为以下3个方面。1）泛在接入：互联网大区作为未来新型电力系统与企业用户、运营商、金融、综合能源管理等电力系统外部行业互通的桥梁，重点承载分布式能源、源网荷储等高频信息采集类及边缘智能分析等安全级别要求较低的新型电力业务。2）安全分区：为保证整个通信网架构的安全性，三大网络分区通过物理隔离和逻辑隔离的方式彼此独立存在，网络区域内部有效覆盖云、管、边、端，纵向贯通。顶层跨区域间的安全交互采用有效的逻辑隔离和安全加密算法，确保区域间信息交互的绝对安全，实现新型电力系统不同网络业务的安全可靠承载。3）互联互通：互联网大区作为电力通信安全分区的新增模块，可有效承载未来新型电力系统的典型业务，实现终端设备接入与电力通信网的有效衔接，与生产控制大区和管理信息大区通力合作，有序分工构建电力通信网新型网络架构。

结语

随着双碳目标的快速推进，建设以新能源为主导的新型电力系统已成为电力领域最急迫、最重要的研究课题和应用需求。新型电力系统并非新能源发电设备的简单并入与叠加，而是整个能源系统的革命，需求响应机制也同样需要颠覆性的研究。

参考文献

［１］　谭洪恩．构建新型电力系统推动能源低碳转型［Ｊ］．中国电力企业管理，２０２１（１９）：４２－４３．

［２］　《南方电网公司建设新型电力系统行动方案（２０２１—２０３０年）白皮书》发布［Ｊ］．农村电工，２０２１，２９（７）：３．