【南方电网】透明电网和新型电力系统的技术思考_77页_17mb

透明电网和新型电力系统的技术思考

核心内容

一、新型电力系统的核心要义

1. 能源供给侧脱碳
   新型电力系统支撑实现双碳目标，清洁能源逐渐成为主力能源，化石能源逐步减少。光伏、风电将成为新增能源主力军。

2. 广域电气化
   电能将成为主力能源，实现电能多元化转换（Electric power-to-X），如电解水制氢、铁路电气化、电动汽车普及等。在广域电气化背景下，电能将占能源总量的90%左右。

3. 动态特性
   新型电力系统具有弱惯性、微秒级响应时间、频域分布广（DC-数百Hz）等特征，波动性和随机性强。

4. 系统安全稳定理论
   传统系统基于机电转动惯量的稳定理论，新型系统基于数字化的信息与物理系统融合，实现基于电力电量的实时平衡的系统平衡理论。

5. 系统规模特征
   传统电力系统为集中式、单体规模大（100MW级）；新型电力系统为分布式、单体规模小（kW/MW级）。

6. 系统形态和生态
   传统系统面向功能、界限分明；新型系统“源网荷储”融合，形成“能量和信息”交织互动的系统，全局数据是研究基础。

7. 负荷侧格局和用户
   传统系统负荷可预测可计划；新型系统负荷侧包括新能源和储能，用户从消费者转变为“生产者+消费者”，负荷不确定性强。

8. 系统安全
   新型电力系统需构建新型网络安全体系，应对不确定因素和复杂功能。

9. 电力系统架构
   传统系统为大电网；新型系统为“大电网+主动配电网+微电网”的能源电力一体化架构。

10. 数字化、信息化、智能化
    新型电力系统必须走数字化、信息化、智能化的发展道路，建设透明电网，实现全面可见、可知、可控。

二、新型电力系统的技术思考

1. 新能源波动性
   风光等新能源发电具有波动性、间歇性、随机性，需高精度预测技术与构网型、跟网型电力电子变换器支持。

2. 以新能源为主体的理论
   新型电力系统将基于电力电量的实时平衡理论，实现“无限大”的功率和“无限多”的能量动态平衡。

3. 电力运行稳定问题
   大规模新能源接入改变系统稳定特性，需从集中式向分布式演化，依靠电力电子技术实现系统动态平衡。

4. 电力平衡问题
   实现概率性动态电力平衡，需智能软件系统对海量主体进行实时、精确、智慧、柔性管理。

5. 电力电子技术的作用
   电力电子技术不仅是挑战，更是实现系统稳定、灵活运行的重要支撑。

6. 数字化智能化
   数字化智能化是新型电力系统的必须，透明电网是其关键。

7. 配电网、微电网与大电网的关系
   配电网、微电网直接连接用电侧，是保障供电可靠性、优化能源利用形式的关键，大电网作为主体支撑。

8. 新型电力系统规划
   实现智能化、透明化、电力电子化，用电系统需密集化、简单化，避免人为复杂化。

9. 设备智能化
   智能电气设备应具备“设备功能+智能信息”，如智能断路器、智能变压器等。

10. 故障管理转型
    新型电力系统的故障管理从预防性逐步向分析型转变，需构建跨域连锁故障主动防御模式。

11. 电力市场
    新型电力市场应体现真正的市场机制，支持新能源与储能发展。

12. 以用为根本
    新型电力系统应以用电为核心，保障电力供应和电能质量。

13. 技术革命
    新型电力系统需从理论到技术实现革命性变化，需跨领域合作与硬核技术突破。

14. 新能源消纳
    电网应做到“无条件”接受新能源，系统具有“无限大”的功率和“无限多”的能量。

15. 储能部署
    储能应主要部署在负荷侧，提升系统柔性可调节能力。

三、透明电网

1. 概念与背景
   透明电网是智能电网、互联网、能源网融合的载体，旨在实现全面透明、智能管理。

2. 核心技术要素

   • 小微智能传感器：具备小型化、低功耗、自取能、高精度、高可靠性等特点，实现电网全状态监测。
   • 智能设备与设备智能化：设备融合智能元素，实现“可见、可知、可控”。
   • 智能软件系统：以人工智能为核心，构建“超级大脑”，实现智能分析、决策、管理、运行和导航。

3. 典型应用

   • 电流传感器：基于巨磁阻（GMR）技术，实现非接触式测量，量程大、精度高。
   • 电压传感器：实现非接触式测量，误差≤0.5%。
   • 五合一智能电气量集成传感器：集成电流、电压、温度、振动等多参数，实现高精度监测。
   • 非电气量集成传感器：如导线温度、振动、环境参数等，实现输电线路全景监测。

4. 智能软件系统

   • 实时性：实现源网荷储全域范围内的能量动态平衡。
   • 精确性：确保数据采集、处理、反馈的高精度与高准确度。
   • 智慧性：灵活处理不确定性环境，进行风险预判与提前规划。
   • 自适应性：根据历史数据优化算法，实现系统自适应“导航”。

5. 数字孪生电网
   基于传感器数据建立物理电网在数字空间的映射，实现全面感知与预测。

四、透明电网支持新型电力系统建设

1. 运行导航决策
   透明电网实现智能调度、电网安全域辨识、多能互补协调、新能源接入与虚拟电厂等。

2. 数字孪生技术
   通过数字孪生实现发电预测、负荷预测与辨识、电网状态监测等。

3. 典型应用场景

   • 透明输电：实现线路状态实时监测、故障预警与智能清除。
   • 透明变电：智能变电站通过数字化技术提升集约化与协同作业水平。
   • 透明配电：实现配网设备在线监测、状态分析、故障诊断及运维辅助决策。

4. 电力系统从刚性向柔性发展
   传统系统基于同步发电机，依赖惯量平衡；新型系统依赖电力电子技术和数字化、信息化、智能化实现功率与能量动态平衡。

关键信息

• 双碳目标：中国致力于实现碳达峰与碳中和，推动新能源发展。
• 透明电网：是实现新型电力系统的关键，通过小微智能传感器、智能设备和软件系统实现全面透明。
• 数字孪生电网：通过数据驱动，实现对物理电网的全面感知与预测。
• 智能软件系统：电力人工智能系统（AI EPS）是电网的“超级大脑”，实现智能分析、决策、管理与运行。
• 电力电子技术：在新型电力系统中起关键作用，提供快速响应与高效转换能力。
• 设备智能化：智能设备融合传感、通信、计算与人工智能技术，实现“可见、可知、可控”。
• 小微传感器应用：已实现全电压等级应用，具备无源自取能、低功耗、高精度等特性。

主要观点

• 新型电力系统建设是实现双碳目标的重要途径，需以新能源为主体。
• 传统电力系统向新型系统演进，需关注其动态特性、安全稳定理论、系统规模、形态、负荷侧变化等特征。
• 透明电网是新型电力系统的核心支撑，依赖小微智能传感器、智能设备和软件系统实现全面透明。
• 数字化、信息化、智能化是新型电力系统建设的必由之路，需跨行业合作与硬核技术创新。
• 电力系统将从刚性向柔性发展，依赖电力电子技术和数据驱动实现动态平衡与智能管理。

总体发展路径

1. 基础设施建设：推进电网智能化改造与透明电网技术部署。
2. 智能软件开发：构建电力人工智能系统（AI EPS），实现智能分析、决策与管理。
3. 系统综合应用：实现透明电网与新型电力系统的深度融合，推动能源电力系统的安全高效发展。