——訪國網經濟技術研究院總工程師李暉

 

新型電力系統是一項涉及多行業(yè)、多學科的復雜系統性工程，尤其離不開科學、高效的規(guī)劃設計工作。那么，如何做好新型電力系統的頂層設計、完善底層邏輯？如何開展新型電力系統科研創(chuàng)新、規(guī)劃設計等工作？作為國家電網有限公司電網規(guī)劃和工程設計技術歸口單位的國網經濟技術研究院有著自己的見解。帶著上述問題，本報記者近日采訪了國網經濟技術研究院總工程師李暉。

 

新型電力系統有“4個新”

 

中國能源報：從整個電力系統的規(guī)劃設計角度來看，新型電力系統有哪些“新變化”？

 

李暉：與傳統電力系統相比，新型電力系統的供給側、電網側、消費側及二次系統將發(fā)生革命性變化，體現為“4個新”，即新的電源裝機結構、新的電網形態(tài)、新的電力負荷特性、新的二次系統控制模式。

 

具體而言，從供給側看，能源結構將發(fā)生改變，可再生能源將實現大規(guī)模開發(fā)利用，逐步取代化石能源。預計到2030年，我國新能源在裝機規(guī)模上將成為第一大電源，對電力系統供需平衡和清潔能源消納能力提出了更高要求，需要增加電源裝機的容量冗余度，同時配套建設相應的靈活調節(jié)能力。

 

從電網側看，將由以常規(guī)電源、單向供電為主向高比例電力電子化和新能源、雙向供電的電網形態(tài)轉變。隨著大型風光電基地的開發(fā)，跨區(qū)送電將繼續(xù)增加，需加大特高壓及各級電網發(fā)展力度，提升高比例新能源外送消納能力、多直流承載能力。另一方面，中東部地區(qū)分布式新能源大規(guī)模開發(fā)，對配電網的接入能力提出了更高要求。通過大電網與配電網靈活互濟、協調運行，實現大規(guī)模新能源與電網的協調發(fā)展。

 

從消費側看，將由用戶側單向用電向電能雙向傳輸轉變。多元用電負荷、分布式電源、新型儲能將快速發(fā)展，負荷特性由傳統的剛性用電需求、單向用電向柔性用電需求、用戶電能雙向傳輸轉變，終端能源側的電力產消者將大量出現，電力供需平衡模式由“源隨荷動”向“源荷互動”轉變。

 

從二次系統看，電力系統控制模式將發(fā)生深刻變化。隨著新能源電力和電量占比的提升，電力系統不確定性增大、復雜性增加、可控性變差，這將推動一體化控制向主配網協同、微電網自治等控制模式轉變。

 

“雙高”電力系統問題漸顯

 

中國能源報：新型電力系統的“雙高”特征將對電力系統規(guī)劃、設計、運行等帶來哪些新挑戰(zhàn)？

 

李暉：大規(guī)模新能源裝機并網帶來了功率隨機波動、轉動慣量下降、電壓支撐能力不足等問題，需要重點關注電力供應保障、系統安全穩(wěn)定運行等問題。

 

供需平衡方面，新能源發(fā)電受氣象等自然條件影響較大，可能出現極熱無風、極寒無光等情況。同時，常規(guī)電源占比逐漸下降，極端氣象條件下水電的保供作用也存在不確定性，供電保障面臨巨大挑戰(zhàn)。

 

系統安全方面，隨著部分地區(qū)電源“空心化”特性凸顯，系統頻率、電壓調節(jié)能力顯著下降。在部分跨區(qū)直流落點密集地區(qū)，交直流連鎖故障風險日趨嚴重，交流系統故障可能導致多回直流同時換相失敗，給系統造成巨大功率沖擊。

 

關鍵技術待突破

 

中國能源報：電力規(guī)劃設計領域有哪些關鍵技術需重點突破？

 

李暉：圍繞新型電力系統建設的發(fā)展方向、發(fā)展路徑、技術攻關、體制機制和示范應用等重大問題，未來重點研究領域主要包括能源轉型戰(zhàn)略與實施路徑、新能源高效利用技術、大電網安全與規(guī)劃技術、電力系統仿真分析技術、源網荷儲各環(huán)節(jié)新技術及應用等。當務之急是要從新能源和外送輸電技術兩個方面開展攻關。

 

新能源技術方面，當前新能源機組涉網性能不足，大量并網后系統頻率調節(jié)能力顯著下降，易發(fā)生暫態(tài)過電壓導致的大規(guī)模脫網及連鎖故障。未來，新能源需要實現從“并網”到“組網”的角色轉變，亟需開展新能源發(fā)電虛擬同步控制等技術研究。同時，新能源頂峰能力不足，需研究不同時間尺度的新能源精準預測和控制技術。

 

外送輸電技術方面，大型風光電基地開發(fā)外送面臨交流弱支撐問題，部分受端電網存在多直流饋入、交直流系統耦合緊密、系統連鎖故障風險大等問題，需研究新能源直流外送系統的聯網方式優(yōu)化、受端電網優(yōu)化重構技術，攻克新能源孤島直流外送技術。

 

同時，新型電力系統建設對“三道防線”提出了更高要求，需研究適用于多運行場景的繼電保護、大范圍多資源協同緊急控制技術，增強電網故障下的事中控制、事后恢復能力。此外，隨著仿真規(guī)模急劇增大，需研究能準確反映電力電子設備與大電網交互作用的系統級仿真技術。

 

中國能源報：作為業(yè)界知名的規(guī)劃研究機構，國網經濟技術研究院在新型電力系統建設過程中將開展哪些工作？

 

李暉：未來我院將依托新型電力系統技術創(chuàng)新聯盟這一平臺，在主配網規(guī)劃、直流輸電技術、二次信息系統、示范工程等方面繼續(xù)深入攻關。

 

具體而言，在大電網規(guī)劃方面，重點開展電網發(fā)展形態(tài)及路徑演變、電力供需平衡分析和新能源保供能力量化、考慮多時空尺度靈活資源特性的源網荷儲協同規(guī)劃、大規(guī)模新能源基地匯集組網技術等研究；在配電網規(guī)劃方面，重點開展支撐高比例分布式新能源并網的配電系統規(guī)劃技術等研究；在直流輸電技術方面，重點開展常規(guī)直流系統適應性能提升技術、基于柔性換相換流器的直流設計技術以及大容量IGBT器件、換流變壓器等關鍵技術和設備研發(fā)；在二次信息系統方面，重點開展數字與能源深度融合技術、智能調度運行控制技術等研究；在示范工程方面，重點開展大型風光電基地外送系統構建、規(guī)模化遠海風電組網送出和區(qū)域能源互聯網關鍵技術及示范等研究。

 

中國能源報：新型電力系統建設對電力規(guī)劃設計的理念、原則、方式方法等帶來什么影響？

 

李暉：電力系統規(guī)劃目標要統籌安全和綠色。未來降低碳排放成為電力系統發(fā)展的新目標，既要著力降低自身碳排放，還要通過電能替代承接其他行業(yè)領域的能耗轉移，降碳提效的責任重大。電力系統規(guī)劃設計目標要從單一的“安全保供”向“安全與綠色并舉”轉變。

 

電力平衡理念由確定性向概率性轉變。未來電力平衡工作將由確定性的“缺不缺、缺多少”逐步轉向概率性的“不同概率、不同時長”。要結合不同規(guī)模電力缺口的出現概率、持續(xù)時間、保障難度等多方面因素統籌制定保供措施。未來需要創(chuàng)新運用概率化供需平衡分析方法，為精準制定保供措施打牢基礎。

 

電力系統發(fā)展要實現“剛柔互濟”。未來隨著需求增速逐步穩(wěn)定、用電結構持續(xù)轉型，以及新能源、儲能、新型負荷等新元素的不斷滲透，為滿足電力保供和安全運行要求，電力系統發(fā)展既要保持電網規(guī)模不斷擴大、聯絡不斷加強的“剛性”模式，還要考慮靈活、智能等“柔性”需求，實現“剛柔互濟”，繼續(xù)構筑能源資源大范圍優(yōu)化配置平臺，實現源、荷、儲便捷友好接入和智能協調優(yōu)化控制。

 

中國能源報：目前在研或此前較成熟、現在需要改造升級的關鍵技術，未來將如何服務新型電力系統建設？

 

李暉：部分送端高比例新能源電力系統電壓支撐能力薄弱、暫態(tài)過電壓問題嚴重，為解決上述問題，創(chuàng)新提出“換流站配置大型調相機+新能源配置分布式調相機”技術方案。以青海—河南特高壓直流工程為例，在電網側部署4臺大型調相機、在新能源側部署21臺分布式調相機，實現新能源外送能力提升490萬千瓦以上。

 

此外，新型電力系統包含大量新能源發(fā)電、特高壓和柔性直流等電力電子裝置，“寬頻振蕩”問題需要在規(guī)劃設計過程中準確識別，提出有效抑制措施，為后續(xù)規(guī)劃的大型風光電和大規(guī)模海上風電基地外送建設提供重要技術支持。

 

目前已并網的新能源發(fā)電普遍采用“跟網型”設計，機組并網和穩(wěn)定運行高度依賴交流系統。未來新能源發(fā)電必須參與系統的一次調頻、提供慣量和電壓支撐，需要重點開展“構網型”新能源發(fā)電研發(fā)設計和示范應用，推動新能源從“被動跟隨”轉變?yōu)?ldquo;主動支撐”。

 

儲能是新型電力系統電力供應保障和安全穩(wěn)定運行的重要支撐。新型儲能技術要突破電池材料、制造工藝和系統集成等關鍵技術，有效降低成本。儲能配置方面要突破源網荷儲協同規(guī)劃和運行技術，充分發(fā)揮儲能調節(jié)作用，支撐新型電力系統構建。