中國儲能網(wǎng)訊：國家電網(wǎng)公司2024年四季度工作會提到，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，是防范大面積停電事故、保障電力安全的重中之重。近日，電網(wǎng)頭條記者就電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行相關(guān)內(nèi)容采訪了中國電科院電力系統(tǒng)研究所副所長安寧。
電網(wǎng)頭條：中國電網(wǎng)是近20年世界上唯一沒發(fā)生過大停電的大電網(wǎng)。從以往的經(jīng)驗看，我國電網(wǎng)的管理體制和技術(shù)進(jìn)步在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定方面發(fā)揮了怎樣的作用？
安寧：我國電網(wǎng)長期保持安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵在于堅持全網(wǎng)“一盤棋”。回顧我國電力系統(tǒng)各階段的發(fā)展，每個電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵時期，都高度重視系統(tǒng)穩(wěn)定工作，以“管電就要管網(wǎng)，管電網(wǎng)穩(wěn)定”為指導(dǎo)思想，以電網(wǎng)穩(wěn)定工作為抓手，有力支撐了我國電網(wǎng)快速發(fā)展和安全穩(wěn)定運行。
我國電網(wǎng)安全穩(wěn)定工作的重大意義和作用可以歸納為以下四點：一是電網(wǎng)穩(wěn)定工作保證了我國電力系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展，二是電網(wǎng)穩(wěn)定工作促進(jìn)了整個電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)有序和統(tǒng)籌運轉(zhuǎn)，三是電網(wǎng)穩(wěn)定工作保障了我國電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和可靠供電，四是電網(wǎng)穩(wěn)定工作推動了我國大電網(wǎng)運行控制技術(shù)走向國際領(lǐng)先。
我國電網(wǎng)已成為全球并網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模最大、電壓等級最高、資源配置能力最強(qiáng)的電網(wǎng)，是20多年來全球唯一沒有發(fā)生大面積停電的特大型電網(wǎng)。
具體來說，我國電網(wǎng)的管理體制和技術(shù)進(jìn)步在我國電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程和工作實踐中主要發(fā)揮了以下作用：
一是以電網(wǎng)穩(wěn)定工作為核心，秉持系統(tǒng)思維，樹立全網(wǎng)“一盤棋”的思想，形成各級電網(wǎng)上下協(xié)調(diào)、各個部門通力合作、網(wǎng)源齊抓共管的局面，共同維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
二是堅持以網(wǎng)源協(xié)調(diào)為基礎(chǔ)的管理模式，抓好以網(wǎng)源協(xié)調(diào)為重點的整個電力系統(tǒng)的運行協(xié)調(diào)，形成服從和服務(wù)于主網(wǎng)安全穩(wěn)定的共識，從保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的角度，確定涉及網(wǎng)源協(xié)調(diào)問題的技術(shù)原則，提出對電源的相關(guān)技術(shù)要求。
三是運用以系統(tǒng)認(rèn)知為前提的控制方法，強(qiáng)化認(rèn)知體系建設(shè)，以先進(jìn)仿真技術(shù)為支撐，掌握系統(tǒng)運行機(jī)理和規(guī)律分析，把握大機(jī)組、大直流、大電網(wǎng)、大負(fù)荷特性，形成科學(xué)、高效的大電網(wǎng)認(rèn)知技術(shù)體系。
四是發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)度的體制優(yōu)勢。統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度是我國電網(wǎng)長期保持安全穩(wěn)定運行、創(chuàng)造世界特大電網(wǎng)最長安全紀(jì)錄的體制機(jī)制優(yōu)勢所在，并隨著跨省區(qū)電網(wǎng)緊密互聯(lián)和耦合程度的加深不斷強(qiáng)化。
電網(wǎng)頭條：隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的深入推進(jìn)，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定面臨哪些新形勢新情況新挑戰(zhàn)？
安寧：“雙高”特征導(dǎo)致電網(wǎng)運行控制難度呈現(xiàn)指數(shù)級增長。能源轉(zhuǎn)型背景下，源網(wǎng)荷發(fā)生深刻變化。我國新能源裝機(jī)規(guī)模已超11.8億千瓦，西北、華北、東北地區(qū)的新能源裝機(jī)占比超過40%?！叭A”電網(wǎng)電力電子類電源出力占負(fù)荷比例已超過60%；在運特高壓直流工程達(dá)到20回，“西電東送”規(guī)模超過3億千瓦；第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電快速增長，夏季、冬季控溫負(fù)荷占比不斷提高。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定面臨以下新挑戰(zhàn)：
一是傳統(tǒng)穩(wěn)定問題更加復(fù)雜，新型穩(wěn)定現(xiàn)象不斷涌現(xiàn)。新能源、直流等電力電子設(shè)備導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性增強(qiáng)，電力電子設(shè)備高占比的局部地區(qū)涌現(xiàn)出次同步振蕩、高頻振蕩等新現(xiàn)象。交直流之間、送受端之間、常規(guī)電源與新能源之間交互作用增強(qiáng)，疊加電力電子設(shè)備抗擾動能力低等因素，故障引發(fā)連鎖反應(yīng)成為新常態(tài)。
二是系統(tǒng)調(diào)節(jié)和支撐能力出現(xiàn)顯著弱化，電網(wǎng)穩(wěn)定問題更加突出。從以機(jī)械電磁裝備為主的高轉(zhuǎn)動慣量系統(tǒng)，演進(jìn)為以電力電子裝備為主的低轉(zhuǎn)動慣量系統(tǒng)，系統(tǒng)一次調(diào)頻能力及轉(zhuǎn)動慣量持續(xù)下降，導(dǎo)致頻率變化加快、波動幅度增大、穩(wěn)態(tài)頻率偏差增大，越限風(fēng)險增加。
三是運行方式和故障演變不確定性陡增，故障防御難度大幅增加。系統(tǒng)狀態(tài)不確定性增加，脆弱性元件增多，故障形態(tài)、路徑、特征變得復(fù)雜化，第一道防線配合整定困難，傳統(tǒng)事件觸發(fā)型的第二道防線面臨不確定性、故障連鎖反應(yīng)的考驗，第三道防線措施部署需要應(yīng)對配網(wǎng)有源化的挑戰(zhàn)。
電網(wǎng)頭條：確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，需要準(zhǔn)確認(rèn)知系統(tǒng)運行特性。中國電科院在此方面做了什么工作？攻克了哪些世界難題？研發(fā)了哪些核心技術(shù)？
安寧：我們搭建了國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真技術(shù)及平臺，準(zhǔn)確刻畫“雙高”電力系統(tǒng)運行的動態(tài)特性。仿真是認(rèn)知和分析電力系統(tǒng)運行特性、輸電能力及安全邊界的關(guān)鍵技術(shù)，支撐了電力系統(tǒng)的發(fā)展。隨著電力電子設(shè)備并網(wǎng)比例加大，微秒級時間尺度快速響應(yīng)的電力電子設(shè)備逐步主導(dǎo)電力系統(tǒng)動態(tài)過程，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)相量建模方法、毫秒級/秒級時間尺度的傳統(tǒng)仿真技術(shù)無法完全準(zhǔn)確仿真系統(tǒng)穩(wěn)定特性。
中國電科院近年來一直致力于攻克新能源高占比大型交直流電力系統(tǒng)仿真技術(shù)及其工程化應(yīng)用，支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)需求，主要取得了如下突破：
一是突破大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)建模及高效仿真技術(shù)。基于電力電子設(shè)備單體統(tǒng)一結(jié)構(gòu)模型，提出新能源場站和配電網(wǎng)聚合等值建模方法，解決海量新能源設(shè)備的精確模擬。基于高性能數(shù)值求解算法、并行算法等技術(shù)，解決采用微秒級小時間尺度高效仿真十萬節(jié)點級大型電力系統(tǒng)的算法挑戰(zhàn)問題。
二是掌握大型交直流電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡婕夹g(shù)，解決提升實時性能、小步長仿真和大規(guī)模數(shù)模接口等支持接入實際控保的數(shù)?；旌戏抡婕夹g(shù)難題，實現(xiàn)對直流動態(tài)特性的高精度數(shù)模仿真。
三是攻克高效精準(zhǔn)仿真體系及工程化應(yīng)用技術(shù)，整合多種仿真手段，建設(shè)了國際上仿真規(guī)模最大、計算能力最強(qiáng)的國家電網(wǎng)仿真中心。超大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真技術(shù)及平臺獲評2023年度央企十大國之重器之首。
電網(wǎng)頭條：下一步，中國電科院將如何發(fā)揮基礎(chǔ)研究和技術(shù)優(yōu)勢，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定提供重要支撐？
安寧：以核心技術(shù)攻關(guān)、科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，全力支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。中國電科院針對新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中“雙高”特征不斷凸顯、系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定問題日益嚴(yán)峻等情況，在系統(tǒng)運行技術(shù)方面將開展如下研究：
在系統(tǒng)認(rèn)知理論和技術(shù)方面，將進(jìn)一步深化超大規(guī)模電網(wǎng)全電磁暫態(tài)精準(zhǔn)高效仿真建模理論與分析方法的研究。提高仿真模型的精度和求解效率，建成電力電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化模型庫，構(gòu)造高比例電力電子電力系統(tǒng)特征值分析用復(fù)頻域仿真技術(shù)體系，基于大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)計算技術(shù)，提出智能高效特征提取及穩(wěn)定分析判別方法。加快推進(jìn)數(shù)?；旌戏抡嫫脚_國產(chǎn)化替代，以國外同類仿真產(chǎn)品的最新性能為目標(biāo)，結(jié)合我國電網(wǎng)實際生產(chǎn)需求，擴(kuò)大國產(chǎn)化數(shù)?；旌戏抡嫫脚_的規(guī)模和接口能力，讓研發(fā)成果在仿真中心乃至國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用落地，形成“研發(fā)—應(yīng)用—研發(fā)”良性循環(huán)的自主仿真技術(shù)應(yīng)用生態(tài)，真正實現(xiàn)對國外仿真產(chǎn)品的替代。
在系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制方面，針對新型電力系統(tǒng)多時間尺度交織、控制策略主導(dǎo)、切換性和離散性顯著等特征，研究建立新型電力系統(tǒng)過渡過程及穩(wěn)定性認(rèn)知、分析的新理論，厘清系統(tǒng)擾動后的過渡過程并建立完整的分析理論，明確新型穩(wěn)定形態(tài)，建立科學(xué)的穩(wěn)定分類體系，提出針對不同穩(wěn)定分類的建模準(zhǔn)則和分析方法。針對海量動態(tài)元件接入“雙高”電力系統(tǒng)的新特性，構(gòu)建廣域的協(xié)調(diào)控制方法，構(gòu)建多級協(xié)調(diào)的穩(wěn)定控制體系，為開放包容的新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供支撐。
在系統(tǒng)防御方面，研究適用于高比例新能源場景的新原理繼電保護(hù)，建設(shè)完善新型電力系統(tǒng)繼電保護(hù)平臺，研究響應(yīng)驅(qū)動等不依賴事件驅(qū)動的穩(wěn)定控制技術(shù)，解決原有事件驅(qū)動的穩(wěn)定控制存在的失配問題。針對近年來極端天氣、自然災(zāi)害等對于電網(wǎng)穩(wěn)定的影響日益凸顯，研究極端場景對于系統(tǒng)穩(wěn)定及供電能力的影響，突破系統(tǒng)異常狀態(tài)恢復(fù)技術(shù)。
在電力電子設(shè)備主動支撐方面，充分發(fā)揮新能源等電力電子設(shè)備控制靈活、可塑性強(qiáng)的優(yōu)勢，創(chuàng)新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制模式，實現(xiàn)新能源、儲能、柔性直流等電力電子設(shè)備具備主動支撐的技術(shù)和能力，發(fā)揮對系統(tǒng)穩(wěn)定的支撐作用。
