2023-06-04-大规模新能源智能管控与市场机制创新工作室-应对新型电力系统强不确定性挑战的思考与实践_36页_3mb

应对新型电力系统强不确定性挑战的思考与实践总结

核心内容

随着我国能源结构向以新能源为主体的新型电力系统转型，电网运行的不确定性显著增加。新能源的间歇性、随机性和波动性给电力系统的平衡计算、运行控制和标准体系带来了前所未有的挑战。本文从数学模型、度量方法、平衡计算及标准体系四个维度，系统探讨了应对新型电力系统强不确定性的策略与实践。

主要观点

1. 新型电力系统特征

   • 新能源渗透率快速提升，成为电网运行的主导因素。
   • 电网运行面临“间歇随机、海量离散”的新特征，波动性强、调节难度大。
   • 高占比新能源导致系统平衡呈现“概率化”特征，需引入概率分析与数学模型进行精确描述。

2. 不确定性度量方法

   • 引入“熵”作为不确定性度量工具，具有数学、哲学和工程三重意义。
   • 通过熵平衡关系揭示：新能源与负荷提供波动熵，调节电源与联络线提供调节熵。
   • 短期波动熵可通过预测信息降低，而长期波动熵需通过增强调节能力来应对。

3. 平衡计算方法

   • 基于隶属度函数，对电网平衡状态进行概率化建模，实现对系统平衡的精细化评估。
   • 引入“发用电充裕度”指标，从电源结构角度快速评估电网应对不确定性的能力。
   • 互联电网的平衡特性取决于各子电网的调节能力和通道能力，提出了两种主要的互联模式：小网与大网互联、小网与小网互联。

4. 电网标准体系完善

   • 现有标准体系以概率为基准，采取差异化应对措施，但仍难以应对新型电力系统中“间歇随机、海量离散”的复杂场景。
   • 需要建立以事件概率为“标尺”的标准体系，实现对特定不确定性事件的量化评估和风险控制。
   • 通过引入新能源纳入备用比例，优化系统LOLP（负荷损失概率），在不增加系统风险的前提下拓展新能源消纳空间。

关键信息

• 截至2022年底，我国新能源装机容量达7.58亿千瓦，占全国总装机的29.6%，世界占比达40.7%（风电）和35%（光伏）。
• 西北电网新能源装机占比达45%，新能源发电量占比达23.6%，接近全国平均水平的两倍。
• 新能源日最大电力达7945万千瓦，占当日最大负荷的75%。
• 通过“熵”度量不确定性，短时间尺度通过预测降低波动熵，长时间尺度通过增强调节能力增加调节熵。
• “发用电充裕度”指标用于评估电网的平衡能力，公式为：
  $$
  S = \text{新能源装机} : \text{常规电源可用装机} : \text{最大负荷（含外送）}
  $$
• 通过“隶属度”方法，可精确测算电网平衡状态的变化，指导通道能力规划与中长期交易组织。
• 针对极端天气等不确定性事件，已采取如直流降压、合理安排开机、调整检修计划等措施，成功应对了多起风险事件。

未来展望

• 新型电力系统建设将加速推进，西北电网预计2025年新能源装机突破3亿千瓦，占比超50%。
• 需要进一步研究不确定性与风险的量化关系，完善安全防控标准体系，以应对新型电力系统运行中的复杂场景。
• 国家电网西北分部实施“新青创”工程，提出“135N”工作思路，联合多方力量打造创新平台，开展多方向研究和多方位示范。
• 目前已启动“十个研究方向”和“二十个示范项目”，涵盖源网荷储协同、频率控制、安全稳定分析、储能技术等关键领域。

研究方向与示范项目

研究方向

1. 考虑供需双侧不确定性的新型电力系统平衡基础理论研究
2. 适应“双高”特征的新型电力系统安全稳定分析机理研究
3. 抵御不确定性风险的系统综合安全控制技术研究与应用
4. 源网荷储多元协同的送端电网频率管控体系技术研究

示范项目

“源”侧

• 火电机组10%额定容量灵活性改造示范
• 火电机组与飞轮储能协同一次调频示范
• 主动支撑型风电机组/风电场关键技术研究与工程示范

“网”侧

• 低碳调度示范
• 服务荒漠新能源电网建设示范
• 国家储能产教融合创新平台示范

“荷储”侧

• 宁东工业园区氢能制储加示范
• 构网型储能控制关键技术示范
• 多元负荷高效参与电网互动示范

总结

面对新型电力系统强不确定性挑战，需从理论、方法、标准和实践四个层面进行系统性应对。通过“熵”与“隶属度”等数学工具，实现对不确定性的度量与评估；通过完善标准体系，实现对不确定性事件的量化分析与差异化应对；通过推进技术创新和示范项目，增强系统调节能力和运行稳定性。西北电网作为新能源发展的重要区域，将在未来继续发挥引领作用，为实现“双碳”目标和新型电力系统建设贡献力量。