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饒宏:建立與新型電力系統相適應的理論技術體系

南方電網報發(fā)布時間:2024-12-13 12:15:53

  近年來,我國新能源發(fā)展速度非??欤饕w現于以下兩方面:一是截至2024年9月,我國新能源裝機超12.5億千瓦,提前六年多實現了原定目標;二是2023年新能源發(fā)電量約1.47萬億千瓦時,占全社會用電量的16%,其中,新能源新增發(fā)電量滿足新增用電量的50%。預計到2030年,新能源裝機要達到28億千瓦,年均新增約2.5億千瓦,裝機規(guī)模和發(fā)電量持續(xù)增加,中國步入新型電力系統時代。

  新型電力系統的“新”,從現象上看,體現在“高比例新能源”。以云南電網為例,預計到2027年,云南新能源滲透率將超80%,全年約1270小時運行在滲透率50%以上。從本質看,體現在“高比例電力電子化”。未來,隨著沙戈荒新能源基地及海上風電直流輸電、電網柔性互聯及支撐性設備、新型儲能、電動車充電樁等設備的不斷建設,大量的電力電子設備接入電網,新型電力系統的電力電子化特征將更加顯著。

  當前,大規(guī)模分布式新能源、需求側響應、虛擬電廠、可控負荷等大量涌現,電力市場全面實施,我國的電力系統正在發(fā)生全面的、深刻的變化。我這里引用國家電網有關報告提出的一個觀點來總結這一形勢:“電力系統正面臨著有電一百多年以來技術上的重大變化,并且正在由量變轉入質變。”

  綜合來看,電力系統正在從過去純粹的“同步發(fā)電機”轉變?yōu)?ldquo;同步發(fā)電機+變流器”共同主導的系統。我們知道,傳統電力系統機理明確、理論體系完備,并經過了全世界近百年的實踐檢驗。而新型電力系統的重要特征意味著傳統由“機電”主導的同步機制過渡到了“機電+控制”主導的同步機制:轉子運動方程描述的物理同步向控制同步拓展,同步方式更加多樣;能量載體由轉子動能向電磁能拓展,時間尺度更小;能量轉換由電磁變換向電力電子變換拓展,控制作用更大。所以,有的專家認為,變流器設備在新型電力系統電壓大幅跌落、相位/頻率快速變化過程中的暫態(tài)特性及同步機制不同于同步機,新型電力系統遵循的基本規(guī)律已發(fā)生了顯著改變。

  因此,我們正在面臨著一系列挑戰(zhàn)。第一,在“同步機+變流器”時代,亟待揭示高比例電力電子化電力系統的穩(wěn)定機理,建立完備的控制理論體系并創(chuàng)新發(fā)展。第二,氣象條件的不確定性等將導致新能源出力大幅波動,理論上變流器占比(電力電子化率)可能是任意比例,隨著系統規(guī)模不斷擴大化、復雜化,將會形成多構成、多模式、不確定的混合系統。第三,“同步機+變流器”理論體系是新型電力系統發(fā)展演化的重要支撐,國際權威學術組織已經在設定邊界和仿真研究的基礎上,對此類系統作出了可行的技術判斷,我國需加快基礎性研究,提出基礎理論依據。第四,“同步機+變流器”理論體系也將對系統規(guī)模、網架結構等理念產生影響,由于電力電子設備具有主動支撐能力,防控風險、提高可靠性的新導則、新范式將不斷涌現。第五,新型電力系統由于變流器的加入而出現了新的挑戰(zhàn),能否通過變流器的優(yōu)化控制來解決這些難題,將是更大規(guī)模步入電力電子化電力系統的關鍵。第六,海量被控對象、不同電壓等級間的潮流分布以及運行方式去典型化等問題,亟待研發(fā)滿足需求的計算分析方法和新一代仿真工具,未來的電力系統還需要更多的在線分析和實時決策。第七,新型電力系統分析控制對象在規(guī)模和精細程度方面的要求都有數量級的躍升,應用AI技術是重要的技術選擇,此外還需要解決科學原理與實現范式、結果可解釋性與可靠性等關鍵問題。

  可以確定的是,高比例電力電子化系統已經到來,系統結構、運行機制、穩(wěn)定機理、分析調控、關鍵裝備等領域都在發(fā)生轉變,我們加強基礎研究的重大需求愈加凸顯。我們迫切需要全面研究新型電力系統特性,建立與之相適應的相關理論技術體系,大力推動人工智能等新技術的推廣應用來解決我們遇到的諸多挑戰(zhàn)。(通訊員 盧欣 根據論壇演講內容整理)




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