我國作為世界人口大國和能源消費(fèi)大國，經(jīng)濟(jì)增長壓力和節(jié)能減排壓力巨大。對我國而言，大規(guī)模開發(fā)利用新能源一方面是應(yīng)對能源環(huán)境危機(jī)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的有效手段；另一方面是搶占未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)、提高國際競爭力的重大舉措。根據(jù)國家能源局的統(tǒng)計(jì)，截至2015年年底，我國并網(wǎng)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)到1.29億千瓦，同比增長34.2%，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的8.6%；太陽能光伏發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到4158萬千瓦，同比增長67.3%，約占全球的1/5，超過德國成為世界光伏第一大國。預(yù)計(jì)到2030年，我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)與太陽能發(fā)電裝機(jī)均將超過4億千瓦。

隨著風(fēng)電、太陽能發(fā)電等新能源電力的開發(fā)利用，接入電網(wǎng)的新能源電力比重日益提高。眾所周知，電力的基本特征是難以大規(guī)模儲存，電力的生產(chǎn)與消費(fèi)必須同步進(jìn)行。電力系統(tǒng)通過統(tǒng)一的調(diào)度指揮，使電力的生產(chǎn)跟隨負(fù)荷需求的變化，保證電能的實(shí)時(shí)供需平衡。當(dāng)發(fā)電側(cè)的可調(diào)度容量難以達(dá)到負(fù)荷側(cè)需求以及發(fā)生可能影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定的情況時(shí)，電力調(diào)度中心將采取切除用戶負(fù)荷等措施，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對于傳統(tǒng)的火電、水電、核電、油/氣發(fā)電而言，發(fā)電單元一般具有良好的可調(diào)度性能。發(fā)電機(jī)組在一定的容量范圍內(nèi)可以按照電網(wǎng)調(diào)度指令變更發(fā)電功率。因此，在發(fā)電裝機(jī)容量可滿足用戶最大負(fù)荷的前提下，整個(gè)電力系統(tǒng)是可調(diào)可控的。

風(fēng)電、太陽能發(fā)電區(qū)別于傳統(tǒng)發(fā)電的一個(gè)重要特征在于它的隨機(jī)波動(dòng)性。由于產(chǎn)生電力的一次能源來自于自然界空氣的流動(dòng)與太陽光的輻射，不僅不可儲存，而且受到季節(jié)、氣候和時(shí)空等的影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)波動(dòng)性和間歇性，因此，對于具有一定裝機(jī)容量的新能源發(fā)電單元來說，其實(shí)際出力首先取決于現(xiàn)時(shí)刻的風(fēng)力、太陽光強(qiáng)度的約束。當(dāng)風(fēng)電、太陽能發(fā)電規(guī)模化接入電網(wǎng)后，電力系統(tǒng)就必須在隨機(jī)波動(dòng)的發(fā)電側(cè)與隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷側(cè)之間實(shí)現(xiàn)電力的供需平衡，保持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

新能源電力的另外一個(gè)重要特征在于它的能量密度低。例如：當(dāng)風(fēng)速為3米/秒時(shí)，其能量密度為20瓦/平方米左右，而太陽能即使是在天氣晴朗的正午，太陽垂直投射到地球表面的能量密度僅為1000瓦/平方米左右，這樣使得新能源發(fā)電設(shè)備的單機(jī)容量不可能過大。大量的小容量發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)，使電力系統(tǒng)受控發(fā)電單元呈爆炸性增長趨勢。截至2015年年底，我國火電機(jī)組累計(jì)裝機(jī)99021萬千瓦，單機(jī)6兆瓦及以上的火電機(jī)組總數(shù)約為8300臺；同期，風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)總量達(dá)到1.29億千瓦，裝機(jī)數(shù)量卻達(dá)到了92981臺，是火電機(jī)組數(shù)量的11倍還多。按照我國風(fēng)電裝機(jī)2030年將超過4億千瓦的規(guī)劃，以目前風(fēng)電的平均單機(jī)裝機(jī)容量來計(jì)算，到時(shí)需要并入電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量將超過28萬臺！

因此，隨著新能源電力的規(guī)?；_發(fā)和電網(wǎng)中新能源電力比重的增加，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基本特征與運(yùn)行控制方式發(fā)生根本性變革，催生出新能源電力系統(tǒng)。

新能源電力系統(tǒng)的基本特征

新能源電力系統(tǒng)的基本特征主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一、隨機(jī)性

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的隨機(jī)性主要在于用電負(fù)荷的隨機(jī)性。風(fēng)電、太陽能發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)性、間歇性使電力系統(tǒng)必須同時(shí)應(yīng)對來自用電負(fù)荷側(cè)與發(fā)電側(cè)的隨機(jī)波動(dòng)性。迄今為止，新能源電力在整個(gè)電網(wǎng)中所占比例相對較小，電力系統(tǒng)調(diào)度控制把這部分電源的隨機(jī)波動(dòng)性視為負(fù)荷側(cè)的隨機(jī)波動(dòng)性，依賴傳統(tǒng)發(fā)電單元的可控可調(diào)性加以平抑。

隨著我國局部區(qū)域電網(wǎng)中新能源電力比例的提高，為了保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，造成了電網(wǎng)不能全額接納具有隨機(jī)波動(dòng)性的新能源電力。在特定條件下，部分新能源電力不得不被舍棄。隨著風(fēng)電裝機(jī)的快速增加，棄風(fēng)比例可能還將進(jìn)一步提高。

二、可控性

從大系統(tǒng)理論出發(fā)，電力系統(tǒng)是一個(gè)受控設(shè)備眾多、地域分布廣闊、運(yùn)行控制精度要求高、內(nèi)外部未知擾動(dòng)多的復(fù)雜巨系統(tǒng)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通過發(fā)電單元控制、電網(wǎng)分級調(diào)度控制等技術(shù)解決了復(fù)雜電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制問題。新能源電力的快速發(fā)展使電力系統(tǒng)中發(fā)電單元數(shù)量急劇增長，系統(tǒng)中可調(diào)度容量與可調(diào)度電量所占比例大幅度降低，系統(tǒng)中的隨機(jī)擾動(dòng)性進(jìn)一步增強(qiáng)，造成系統(tǒng)可控性降低，控制難度加大。

三、安全性

電力系統(tǒng)的安全性直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)社會的安全，保障電力的安全可靠供應(yīng)是電力系統(tǒng)的首要任務(wù)。隨著新能源電力設(shè)備的急劇增加，再加上這些電力設(shè)備地域分布廣、氣候環(huán)境惡劣、接入電網(wǎng)電源點(diǎn)分散，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生事故與故障的幾率更高，大大增加了整個(gè)電力系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著大量電力電子器件的使用以及對網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的依賴，也使電力系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加。

四、整體性

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)一般劃分為發(fā)電、輸配電與供用電三個(gè)部分，三者按照生產(chǎn)流程既相互關(guān)聯(lián)又相對獨(dú)立，通過調(diào)度中心形成一個(gè)有機(jī)的整體。隨著新能源電力在電力系統(tǒng)中比重的上升，電源與電網(wǎng)之間、電源與電源之間、電網(wǎng)與負(fù)荷之間的關(guān)聯(lián)性大大增強(qiáng)。比如傳統(tǒng)火電、水電等發(fā)電單元具有一次能源可儲、可調(diào)度性好的特征，利用傳統(tǒng)發(fā)電單元的可調(diào)度性可以平抑風(fēng)電、太陽能發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)性。因此，傳統(tǒng)發(fā)電除了其基本的發(fā)電屬性外，還具有可調(diào)度性好、補(bǔ)償新能源發(fā)電隨機(jī)波動(dòng)性的屬性。在電網(wǎng)調(diào)度中心的統(tǒng)一調(diào)配下，充分挖掘傳統(tǒng)發(fā)電單元的可調(diào)度性，形成多能源互補(bǔ)的網(wǎng)源協(xié)同、源源協(xié)同機(jī)制，才能使新能源電力得以規(guī)?；_發(fā)利用。又比如，將用電負(fù)荷中的可平移部分(即可平移負(fù)荷)視作一種能夠參與電網(wǎng)調(diào)度的資源，形成智能化的新型用電方式，有助于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化新能源饋入條件下的電力系統(tǒng)能量平衡與安全穩(wěn)定。這將使電力系統(tǒng)的發(fā)電、電網(wǎng)與用電之間更加緊密地形成一個(gè)整體。

五、智能化

對新能源電力系統(tǒng)智能化的理解主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，工業(yè)化與信息化的融合促進(jìn)了現(xiàn)代社會向著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化與智能化發(fā)展，比如智能制造、智能交通、智能電網(wǎng)乃至智能城市等等。就智能電網(wǎng)而言，就是通過網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化與智能化技術(shù)，使電力的生產(chǎn)與供應(yīng)更加高效、更加便捷、更加可靠、更加清潔，建立起人與自然更加和諧的能源電力生產(chǎn)、供應(yīng)與消費(fèi)模式。另一方面，實(shí)現(xiàn)新能源逐步取代化石能源的變革需要依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)與智能控制技術(shù)的支撐。比如集中式與分布式新能源發(fā)電與并網(wǎng)、電動(dòng)汽車與儲能、需求側(cè)資源利用、新型電力市場、電力網(wǎng)故障下的自愈與恢復(fù)等等，都需要建立在先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)、智能控制與管理系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算等技術(shù)的基礎(chǔ)上，從而成為有效解決當(dāng)今能源電力問題、發(fā)展新能源電力的有效手段。

規(guī)模化開發(fā)利用新能源與電力系統(tǒng)安全

電力系統(tǒng)安全一直是電力工作者首要關(guān)心的問題。隨著新能源電力的規(guī)?；_發(fā)以及電網(wǎng)中新能源電力比重的增加，新能源電力系統(tǒng)的特征將日益凸顯，給電力系統(tǒng)安全帶來了一些新的問題，同時(shí)出現(xiàn)一些新的技術(shù)趨勢。

一、隨著電網(wǎng)中新能源電力比重增加及直流輸電的大規(guī)模投產(chǎn)，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的動(dòng)態(tài)特征，需要新的建模與分析方法。

新能源、直流輸電快速發(fā)展，使得電力電子裝置在源、網(wǎng)、荷側(cè)系統(tǒng)中所占比重均日益增加。電力電子裝置具備快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)以工頻相量為基礎(chǔ)的建模分析方法面臨挑戰(zhàn)。按照系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的時(shí)間尺度，分解為相互獨(dú)立電磁暫態(tài)、機(jī)電暫態(tài)以及中長期動(dòng)態(tài)仿真分析也已逐漸不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求，涵蓋源網(wǎng)荷電力系統(tǒng)的全過程仿真成為研究的熱點(diǎn)問題之一。與此同時(shí)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析方法以確定性分析為主，如何表征大規(guī)模新能源電力的隨機(jī)性，并分析其對電力系統(tǒng)安全的影響也是一個(gè)值得關(guān)注的問題。

二、電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制方式可能發(fā)生變革，將在集中與分布之間尋找新的平衡點(diǎn)。

隨著區(qū)域電網(wǎng)間交直流輸電線路建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，大電網(wǎng)之間的耦合日益緊密，電力系統(tǒng)整體性特征日益突出，因此在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，集中運(yùn)行控制模式對于大范圍消納新能源電力、保障系統(tǒng)安全仍將起著重要的作用。然而隨著新能源電力與智能電網(wǎng)的發(fā)展，未來電力系統(tǒng)控制對象急劇增長，特別是海量分散用戶參與到需求側(cè)調(diào)度后，將給集中運(yùn)行控制模式帶來挑戰(zhàn)。因此，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界正在探索集中協(xié)同—分布自治的新模式，可以預(yù)見，未來電力系統(tǒng)運(yùn)行控制模式勢必將在集中與分布之間尋找新的平衡點(diǎn)，從而更充分利用集中優(yōu)化與分布決策各自的優(yōu)勢。

三、電力系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)性事故的風(fēng)險(xiǎn)逐漸增大，協(xié)調(diào)多種控制手段的系統(tǒng)性保護(hù)提到議事日程。

伴隨特高壓交直流工程相繼投產(chǎn)，特別是特高壓直流輸電規(guī)模的快速發(fā)展，一旦交流系統(tǒng)發(fā)生常見的單相短路故障，就有可能引發(fā)多回直流同時(shí)換相失敗，電網(wǎng)將面臨送、受端功率不平衡而導(dǎo)致嚴(yán)重的穩(wěn)定性事故或大量切機(jī)、切負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)；含多直流饋入的受端電網(wǎng)，其直流線路間的相互影響以及受端電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性問題，正成為制約電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的新瓶頸；含大規(guī)模新能源電力的送端電網(wǎng)，也有可能由于電網(wǎng)擾動(dòng)導(dǎo)致新能源電力設(shè)備大面積切除，進(jìn)一步擴(kuò)大事故影響范圍。因此，協(xié)調(diào)直流、交流、各類電源與負(fù)荷等多種控制手段的系統(tǒng)性保護(hù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。

四、能源系統(tǒng)與信息技術(shù)深度融合成為未來發(fā)展趨勢，模型分析與數(shù)據(jù)分析并重，將成為發(fā)展新能源電力、保障電力系統(tǒng)安全的有效手段。

正是由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征更加復(fù)雜多變，以電網(wǎng)元件建模為基礎(chǔ)，完全依賴模型分析的方法已受到越來越多的局限。與此同時(shí)，電網(wǎng)部署了眾多的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)，包括SCADA系統(tǒng)、PMU/WAMS系統(tǒng)和故障信息系統(tǒng)等，提供了大量的系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)；未來隨著電網(wǎng)與用戶互動(dòng)的增加及相關(guān)信息采集系統(tǒng)的建設(shè)，還將提供更多數(shù)據(jù)源，基于數(shù)據(jù)分析的技術(shù)得到了人們的關(guān)注。但是二者不可能相互取代。以模型分析為基礎(chǔ)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算等新技術(shù)，挖掘未來電力系統(tǒng)未知的現(xiàn)象與規(guī)律，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)態(tài)勢實(shí)時(shí)感知與精準(zhǔn)協(xié)同控制，將成為發(fā)展新能源電力、保障電力系統(tǒng)安全的有效手段。

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