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饒宏：建立與新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)的理論技術(shù)體系

來源：中新網(wǎng)廣東 時(shí)間：2024-12-13 12:19

中國工程院院士，南方電網(wǎng)公司首席科學(xué)家 饒宏

　　近年來，我國新能源發(fā)展速度非?？欤饕w現(xiàn)于以下兩方面：一是截至2024年9月，我國新能源裝機(jī)超12.5億千瓦，提前六年多實(shí)現(xiàn)了原定目標(biāo)；二是2023年新能源發(fā)電量約1.47萬億千萬時(shí)，占全社會(huì)用電量的16%，其中，新能源新增發(fā)電量滿足新增用電量的50%。預(yù)計(jì)到2030年，新能源裝機(jī)要達(dá)到28億千瓦，年均新增約2.5億千瓦，裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電量持續(xù)增加，中國步入新型電力系統(tǒng)時(shí)代。

　　新型電力系統(tǒng)的“新”，從現(xiàn)象上看，體現(xiàn)在“高比例新能源”。以云南電網(wǎng)為例，預(yù)計(jì)到2027年，云南新能源滲透率將超80%，全年約1270小時(shí)運(yùn)行在滲透率50%以上。從本質(zhì)看，體現(xiàn)在“高比例電力電子化”。未來，隨著沙戈荒新能源基地及海上風(fēng)電直流輸電、電網(wǎng)柔性互聯(lián)及支撐性設(shè)備、新型儲(chǔ)能、電動(dòng)車充電樁等設(shè)備的不斷建設(shè)，大量的電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)，新型電力系統(tǒng)的電力電子化特征將更加顯著。

　　當(dāng)前，大規(guī)模分布式新能源、需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠、可控負(fù)荷等大量涌現(xiàn)，電力市場全面實(shí)施，我國的電力系統(tǒng)正在發(fā)生全面的、深刻的變化。我這里引用國家電網(wǎng)有關(guān)報(bào)告提出的一個(gè)觀點(diǎn)來總結(jié)這一形勢：“電力系統(tǒng)正面臨著有電一百多年以來技術(shù)上的重大變化，并且正在由量變轉(zhuǎn)入質(zhì)變?！?/p>

　　綜合來看，電力系統(tǒng)正在從過去純粹的“同步發(fā)電機(jī)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴桨l(fā)電機(jī)+變流器”共同主導(dǎo)的系統(tǒng)。我們知道，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)機(jī)理明確、理論體系完備，并經(jīng)過了全世界近百年的實(shí)踐檢驗(yàn)。而新型電力系統(tǒng)的重要特征意味著傳統(tǒng)由“機(jī)電”主導(dǎo)的同步機(jī)制過渡到了“機(jī)電+控制”主導(dǎo)的同步機(jī)制：轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程描述的物理同步向控制同步拓展，同步方式更加多樣；能量載體由轉(zhuǎn)子動(dòng)能向電磁能拓展，時(shí)間尺度更?。荒芰哭D(zhuǎn)換由電磁變換向電力電子變換拓展，控制作用更大。所以，有的專家認(rèn)為，變流器設(shè)備在新型電力系統(tǒng)電壓大幅跌落、相位/頻率快速變化過程中的暫態(tài)特性及同步機(jī)制不同于同步機(jī)，新型電力系統(tǒng)遵循的基本規(guī)律已發(fā)生了顯著改變。

　　因此，我們正在面臨著一系列挑戰(zhàn)。第一，在“同步機(jī)+變流器”時(shí)代，亟待揭示高比例電力電子化電力系統(tǒng)的穩(wěn)定機(jī)理，建立完備的控制理論體系并創(chuàng)新發(fā)展。第二，氣象條件的不確定性等將導(dǎo)致新能源出力大幅波動(dòng)，理論上變流器占比(電力電子化率)可能是任意比例，隨著系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大化、復(fù)雜化，將會(huì)形成多構(gòu)成、多模式、不確定的混合系統(tǒng)。第三，“同步機(jī)+變流器”理論體系是新型電力系統(tǒng)發(fā)展演化的重要支撐，國際權(quán)威學(xué)術(shù)組織已經(jīng)在設(shè)定邊界和仿真研究的基礎(chǔ)上，對此類系統(tǒng)作出了可行的技術(shù)判斷，我國需加快基礎(chǔ)性研究，提出基礎(chǔ)理論依據(jù)。第四，“同步機(jī)+變流器”理論體系也將對系統(tǒng)規(guī)模、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等理念產(chǎn)生影響，由于電力電子設(shè)備具有主動(dòng)支撐能力，防控風(fēng)險(xiǎn)、提高可靠性的新導(dǎo)則、新范式將不斷涌現(xiàn)。第五，新型電力系統(tǒng)由于變流器的加入而出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)，能否通過變流器的優(yōu)化控制來解決這些難題，將是更大規(guī)模步入電力電子化電力系統(tǒng)的關(guān)鍵。第六，海量被控對象、不同電壓等級(jí)間的潮流分布以及運(yùn)行方式去典型化等問題，亟待研發(fā)滿足需求的計(jì)算分析方法和新一代仿真工具，未來的電力系統(tǒng)還需要更多的在線分析和實(shí)時(shí)決策。第七，新型電力系統(tǒng)分析控制對象在規(guī)模和精細(xì)程度方面的要求都有數(shù)量級(jí)的躍升，應(yīng)用AI技術(shù)是重要的技術(shù)選擇，此外還需要解決科學(xué)原理與實(shí)現(xiàn)范式、結(jié)果可解釋性與可靠性等關(guān)鍵問題。

　　可以確定的是，高比例電力電子化系統(tǒng)已經(jīng)到來，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制、穩(wěn)定機(jī)理、分析調(diào)控、關(guān)鍵裝備等領(lǐng)域都在發(fā)生轉(zhuǎn)變，我們加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的重大需求愈加凸顯。我們迫切需要全面研究新型電力系統(tǒng)特性，建立與之相適應(yīng)的相關(guān)理論技術(shù)體系，大力地推動(dòng)人工智能等新技術(shù)的推廣應(yīng)用來解決我們遇到的諸多挑戰(zhàn)。

責(zé)任編輯：王萍