廣西電科院：喇元、張煒、張鐿議、歐陽健娜
構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，既是我國電力系統(tǒng)轉型升級的重要課題，更是推動實現(xiàn)碳達峰、碳中和的關鍵舉措。我國發(fā)布的《新時代的中國能源發(fā)展》白皮書稱，在全球能源綠色低碳轉型發(fā)展趨勢下，要加快傳統(tǒng)能源技術裝備升級換代，加強新興能源技術裝備自主創(chuàng)新。
加快新型電力系統(tǒng)新型裝備的應用研究，有助于突破數(shù)據(jù)要素在新型裝備上融合應用不足、洞察程度不夠等瓶頸，促進數(shù)字與物理系統(tǒng)深度融合，提升資產(chǎn)全生命周期管理水平，并將成為構建新型電力系統(tǒng)的基礎條件。
數(shù)字賦能新型電力系統(tǒng)新型裝備的顯著特征
新型電力系統(tǒng)將會呈現(xiàn)出數(shù)字與物理系統(tǒng)深度融合的典型特征，并將以數(shù)據(jù)流引領和優(yōu)化能量流、業(yè)務流。新型電力系統(tǒng)以數(shù)據(jù)作為核心生產(chǎn)要素，打通源網(wǎng)荷儲之間信息交互環(huán)節(jié);并依托強大的“電力+算力”，透過設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)之間的關系，挖掘設備運行規(guī)律和潛在風險。在此基礎上，新型電力系統(tǒng)新型裝備不僅將支撐物理電網(wǎng)數(shù)字化的華麗轉型，更將呈現(xiàn)賦能生產(chǎn)管理、引領運行決策、共贏電力生態(tài)的顯著特征。
推動構建數(shù)字電網(wǎng)承載新型電力系統(tǒng)的最佳形態(tài)
依托數(shù)字技術賦能新型電力系統(tǒng)新型裝備“可觀、可測、可控”的能力，典型場景如下。
一是在新型發(fā)電裝備場景方面。新能源將成為新型電力系統(tǒng)的主力電源，預計到2030年和2060年，我國新能源發(fā)電量占比將分別超過25%和60%，新型電力系統(tǒng)呈現(xiàn)高比例電力電子特性。在此背景下，旋轉設備被靜止設備替代，系統(tǒng)慣量出現(xiàn)下降趨勢，電網(wǎng)頻率控制難度加大，系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)能力下降。鑒于此，有必要開發(fā)新型慣量支撐資源，發(fā)展新能源、儲能方面的新型控制技術，提高電力電子類電源對系統(tǒng)慣量的支撐能力。比如研究應用虛擬同步機裝備，通過模擬慣量、內(nèi)電勢等機電暫態(tài)特性，其端口特性可以表現(xiàn)為發(fā)電機發(fā)電或負荷用電，并參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)、電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)、慣量響應和阻尼控制功能。特別是在應對系統(tǒng)慣量方面，當系統(tǒng)頻率變化大于系統(tǒng)頻率變化既定值時，虛擬同步機自動調(diào)節(jié)無功功率，參與調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓。
二是在新型輸電裝備場景方面。綠色能源富余地區(qū)一般外部環(huán)境惡劣，對于高比例新能源的新型電力系統(tǒng)，受到外部環(huán)境危險挑戰(zhàn)將大幅提升。南方電網(wǎng)35千伏及以上輸電線路30余萬公里，遍及野外，受外部環(huán)境影響巨大。鑒于此，有必要研究運用云大物移智鏈等新技術，實現(xiàn)設備運維與電網(wǎng)運行、環(huán)境監(jiān)測。比如研究對山區(qū)電力桿塔倒塌、山體滑坡、臺風和雷暴等自然災害的早期預警、災中感知、災后修復技術及其裝備;開發(fā)快速勘災、集群作業(yè)的智能裝備，進而形成新型電力系統(tǒng)下的防災減災技術體系。
三是在新型變電裝備場景方面。新能源裝機大幅增加，大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)，其隨機性、波動性特征不僅將加大棄風棄光風險，更將加劇迎峰度夏度冬期間變壓器重過載、諧波、短路等問題，影響變壓器設備運維。鑒于此，有必要打造面向新型變電裝備的強大“算力”，并依托物聯(lián)網(wǎng)貫通變電站的感知、分析、決策等環(huán)節(jié)，使之在感知能力基礎上，賦予新的決策、執(zhí)行能力。比如運用微傳感裝備，并研究變壓器老化等多源數(shù)據(jù)、熱壽命損失模型和算法，提高負載動態(tài)評估、趨勢預測能力，并用于提前管控設備風險。
四是在新型配電裝備場景方面。新型電力系統(tǒng)構建受環(huán)境-安全-經(jīng)濟目標相互制約，構建條件也隨高滲透率新能源出力時空分布而變化，并受人類社會行為影響，加劇了建設現(xiàn)代供電服務體系的復雜性。同時，高滲透率新能源更加凸顯東部和西部、主網(wǎng)和配網(wǎng)、城市和鄉(xiāng)村、規(guī)模和效率等方面的不平衡性，特別是西部地區(qū)居民用電負荷往往出現(xiàn)“季節(jié)性-遷移性”變化，通常在冬季假期增長較大，導致配變重過載。鑒于此，有必要研究運用配電智能網(wǎng)關、智能臺區(qū)等新型裝備，強化數(shù)據(jù)采集及邊緣計算能力，結合新能源出力、多元用戶負荷的波動性和空間性，以配變?nèi)后w刻畫與遴選方法，研判配變負荷分布，支撐配電網(wǎng)各場景業(yè)務的預測分析、指揮決策，激發(fā)源荷互動活力，提高客戶服務水平。
結語
推動數(shù)字與物理電力系統(tǒng)深度融合是一項系統(tǒng)工程，應遵循技術演變規(guī)律，挖掘新型裝備潛力，促進電力系統(tǒng)重大轉型。一方面打造深度融合的“產(chǎn)學研用”創(chuàng)新體系，聯(lián)合開展核心技術裝備的研究開發(fā);另一方面從構建數(shù)字電網(wǎng)承載新型電力系統(tǒng)最佳形態(tài)出發(fā)，建立健全技術標準體系，引領數(shù)字與物理電力系統(tǒng)深度融合。
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