构建以新能源为主体的新型电力系统框架研究丨中国工程科学( 三 )


二是控制基础理论有待创新 。传统电力系统的控制资源主要是同步发电机等同质化大容量设备 。而在新型电力系统中 , 海量新能源和电力电子设备从各个电压等级接入 , 控制资源碎片化、异质化、黑箱化、时变化 , 使得传统基于模型驱动的集中式控制难以适应 , 需要新的控制基础理论对各类资源有效实施聚纳与调控 。
三是传统安全问题长期存在 。在未来相当长的时间内 , 电力系统仍以交流同步电网形态为主;但随着新能源大量替代常规电源 , 维持交流电力系统安全稳定的根本要素被削弱 , 传统的交流电网稳定问题加剧 。例如 , 旋转设备被静止设备替代 , 系统惯量不再随规模增长甚至呈下降趋势 , 电网频率控制更加困难;电压调节能力下降 , 高比例新能源接入地区的电压控制困难 , 高比例受电地区的动态无功支撑能力不足;电力电子设备的电磁暂态过程对同步电机转子运动产生深刻影响 , 功角稳定问题更为复杂 。
四是高比例电力电子、高比例新能源(“双高”)的电力系统面临新的问题 。在近期 , 新能源机组具有电力电子设备普遍存在的脆弱性 , 面对频率、电压波动容易脱网 , 故障演变过程更显复杂 , 与进一步扩大的远距离输电规模相叠加 , 导致大面积停电的风险增加;同步电源占比下降、电力电子设备支撑能力不足导致宽频振荡等新形态稳定问题 , 电力系统呈现多失稳模式耦合的复杂特性 。在远期 , 更高比例的新能源甚至全电力电子系统将伴生全新的稳定问题 。
(四)整体供电成本
新能源平价上网不等于平价利用 。除新能源场站本体成本以外 , 新能源利用成本还包括灵活性电源投资、系统调节运行成本、大电网扩展与补强投资、接网及配网投资等系统成本 。国内外研究表明 , 新能源电量渗透率超过10%~15% 以后 , 系统成本将进入快速增长的临界点 , 未来新能源场站成本下降很难完全对冲消纳新能源所付出的系统成本上升;随着新能源发电量渗透率的逐步提高 , 系统成本显著增加且疏导困难 , 必然影响全社会供电成本 。
四、新型电力系统的内涵、构建原则与思路
应对电力系统面临的问题与挑战 , 应科学构建新型电力系统 , 保障国家能源转型战略实施 。构建以新能源为主体的新型电力系统 , 必须坚持系统思维 , 遵循电力系统的技术特点和客观规律 , 充分利用成熟技术、存量系统并深入挖掘潜力 , “开放包容”支持新技术发展 , 积极稳妥、循序渐进实现转型 。
(一)新型电力系统的内涵
新型电力系统以新能源为供给主体 , 满足不断增长的清洁用电需求 , 具有高度的安全性、开放性、适应性 。
在安全性方面 , 新型电力系统中的各级电网协调发展 , 多种电网技术相互融合 , 广域资源优化配置能力显著提升;电网安全稳定水平可控、能控、在控 , 有效承载高比例的新能源、直流等电力电子设备接入 , 适应国家能源安全、电力可靠供应、电网安全运行的需求 。
在开放性方面 , 新型电力系统的电网具有高度多元、开放、包容的特征 , 兼容各类新电力技术 , 支持各种新设备便捷接入需求;支撑各类能源交互转化、新型负荷双向互动 , 成为各类能源网络有机互联的枢纽 。
在适应性方面 , 新型电力系统的源网荷储各环节紧密衔接、协调互动 , 通过先进技术应用和控制资源池扩展 , 实现较强的灵活调节能力、高度智能的运行控制能力 , 适应海量异构资源广泛接入并密集交互的应用场景 。
(二)新型电力系统构建原则