廣西電科院：喇元、張煒、張鐿議、歐陽健娜
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，既是我國(guó)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要課題，更是推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵舉措。我國(guó)發(fā)布的《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書稱，在全球能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢(shì)下，要加快傳統(tǒng)能源技術(shù)裝備升級(jí)換代，加強(qiáng)新興能源技術(shù)裝備自主創(chuàng)新。
加快新型電力系統(tǒng)新型裝備的應(yīng)用研究，有助于突破數(shù)據(jù)要素在新型裝備上融合應(yīng)用不足、洞察程度不夠等瓶頸，促進(jìn)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(gòu)建新型電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(huì)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(lǐng)和優(yōu)化能量流、業(yè)務(wù)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(chǔ)之間信息交互環(huán)節(jié);并依托強(qiáng)大的“電力+算力”，透過設(shè)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(guān)系，挖掘設(shè)備運(yùn)行規(guī)律和潛在風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)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(zhuǎn)型，更將呈現(xiàn)賦能生產(chǎn)管理、引領(lǐng)運(yùn)行決策、共贏電力生態(tài)的顯著特征。
推動(dòng)構(gòu)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(shù)賦能新型電力系統(tǒng)新型裝備“可觀、可測(cè)、可控”的能力，典型場(chǎng)景如下。
一是在新型發(fā)電裝備場(chǎng)景方面。新能源將成為新型電力系統(tǒng)的主力電源，預(yù)計(jì)到2030年和2060年，我國(guó)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(zhuǎn)設(shè)備被靜止設(shè)備替代，系統(tǒng)慣量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，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(chǔ)能方面的新型控制技術(shù)，提高電力電子類電源對(duì)系統(tǒng)慣量的支撐能力。比如研究應(yīng)用虛擬同步機(jī)裝備，通過模擬慣量、內(nèi)電勢(shì)等機(jī)電暫態(tài)特性，其端口特性可以表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)發(fā)電或負(fù)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(yīng)和阻尼控制功能。特別是在應(yīng)對(duì)系統(tǒng)慣量方面，當(dāng)系統(tǒng)頻率變化大于系統(tǒng)頻率變化既定值時(shí)，虛擬同步機(jī)自動(dòng)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(chǎng)景方面。綠色能源富余地區(qū)一般外部環(huán)境惡劣，對(duì)于高比例新能源的新型電力系統(tǒng)，受到外部環(huán)境危險(xiǎn)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(yùn)用云大物移智鏈等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維與電網(wǎng)運(yùn)行、環(huán)境監(jiān)測(cè)。比如研究對(duì)山區(qū)電力桿塔倒塌、山體滑坡、臺(tái)風(fēng)和雷暴等自然災(zāi)害的早期預(yù)警、災(zāi)中感知、災(zāi)后修復(fù)技術(shù)及其裝備;開發(fā)快速勘災(zāi)、集群作業(yè)的智能裝備，進(jìn)而形成新型電力系統(tǒng)下的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)體系。
三是在新型變電裝備場(chǎng)景方面。新能源裝機(jī)大幅增加，大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)，其隨機(jī)性、波動(dòng)性特征不僅將加大棄風(fēng)棄光風(fēng)險(xiǎn)，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(shè)備運(yùn)維。鑒于此，有必要打造面向新型變電裝備的強(qiáng)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(chǔ)上，賦予新的決策、執(zhí)行能力。比如運(yùn)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(fù)載動(dòng)態(tài)評(píng)估、趨勢(shì)預(yù)測(cè)能力，并用于提前管控設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。
四是在新型配電裝備場(chǎng)景方面。新型電力系統(tǒng)構(gòu)建受環(huán)境-安全-經(jīng)濟(jì)目標(biāo)相互制約，構(gòu)建條件也隨高滲透率新能源出力時(shí)空分布而變化，并受人類社會(huì)行為影響，加劇了建設(shè)現(xiàn)代供電服務(wù)體系的復(fù)雜性。同時(shí)，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(fù)荷往往出現(xiàn)“季節(jié)性-遷移性”變化，通常在冬季假期增長(zhǎng)較大，導(dǎo)致配變重過載。鑒于此，有必要研究運(yùn)用配電智能網(wǎng)關(guān)、智能臺(tái)區(qū)等新型裝備，強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集及邊緣計(jì)算能力，結(jié)合新能源出力、多元用戶負(fù)荷的波動(dòng)性和空間性，以配變?nèi)后w刻畫與遴選方法，研判配變負(fù)荷分布，支撐配電網(wǎng)各場(chǎng)景業(yè)務(wù)的預(yù)測(cè)分析、指揮決策，激發(fā)源荷互動(dòng)活力，提高客戶服務(wù)水平。
結(jié)語
推動(dòng)數(shù)字與物理電力系統(tǒng)深度融合是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)遵循技術(shù)演變規(guī)律，挖掘新型裝備潛力，促進(jìn)電力系統(tǒng)重大轉(zhuǎn)型。一方面打造深度融合的“產(chǎn)學(xué)研用”創(chuàng)新體系，聯(lián)合開展核心技術(shù)裝備的研究開發(fā);另一方面從構(gòu)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)數(shù)字與物理電力系統(tǒng)深度融合。
評(píng)論