近年來，特高壓交直流互聯電網快速建設、大容量新能源集中接入以及分布式發電的高速發展和廣泛應用，電源、電網結構發生了深刻變化，影響系統安全的因素更加多元化，穩定特性日趨復雜，電網調控運行難度大幅提升。

為滿足高占比新能源電網要求，除依靠虛擬儲能等技術增加慣量外，還需通過技術創新拓展電力系統允許的頻率波動帶寬，降低系統對慣量的要求，完善頻率防控體系架構。

能源轉型是世界能源發展的大趨勢。近年來，全球電源結構逐漸轉變，新能源的重要性愈發體現，全球風電、光伏發電在全球電力裝機中的比例持續上升。

我國能源體系也在加速變革，大力發展新能源順應了我國能源生產和消費革命的發展方向。截至2019年年底，國家電網有限公司經營區新能源發電裝機3.5億千瓦，占總裝機容量比例超過兩成。預計到2050年，全國風電、光伏發電裝機容量占比將分別達到24%和31%。能源轉型大背景下，源網協調體系方面有哪些探索？未來又應如何完善？

特高壓交直流混聯電網初具規模

在國家電網有限公司經營范圍內，目前已投產12條特高壓交流及11條特高壓直流工程，形成了西部河西、寧夏、四川大型能源基地集中送出和東部長三角、山東負荷中心集中落點的7大直流群。單個直流群規模達到1350萬——2800萬千瓦，占送出省網發電負荷比例的40%——60%，占落點省網用電負荷比例的25%——70%。

2019年，公司經營范圍內新能源新增裝機超過4745萬千瓦，累計達3.5億千瓦，裝機容量超過水電，成為我國第二大電源。青海、甘肅新能源發電裝機容量占本省電源總裝機容量超40%。國家電網成為全球接入新能源規模最大的電網，新能源利用率96.8%。在未來5年，新能源裝機仍將保持平穩增長，新能源發電逐步由輔助電源轉變為主力電源。

大電網安全面臨嚴峻挑戰

隨著遠距離跨區輸電規模持續增長以及新能源并網規模持續擴大，電網大范圍優化配置資源能力顯著提高，電網調度運行難度也大幅提升。

系統運行信息掌握不足：新電源發電運行狀態與可控能力感知不足，新能源發電數量眾多、運行狀態多變，模型參數難以及時精確辨識。電網輸變電設備全息狀態感知深度不足，輸變電設備缺陷識別能力有待提高，各設備監控系統存在信息孤島與盲區。系統運行方式分析依賴“一次建模、長期使用”的負荷模型，新能源電動汽車、分布式電源、新型變頻用電設備等負荷側設備種類不斷增加，負荷模型和參數負荷模型與參數的時變性和復雜性增加。

電網多源數據處理能力不足：電網調度量測數據未得到充分利用，廣域量測系統（WAMS）、調控監測系統等在線系統實時產生大量運行數據，但缺乏有效的提取與分析。輸變電設備傳感數據未得到有效利用，大量數據沒有得到充分融合和高效處理，智能變電站信息共享優勢未能充分發揮。各類衛星遙感、直升機、無人機及人工巡檢數據未得到協同管理和聯合應用，氣象、災害等外部環境信息運用不充分，每年因雷擊、風害等外部因素以及設備缺陷造成輸變電設備停運跳閘近千次。

大電網防御能力不足：系統穩定形態日趨復雜，一體化特征顯著，電力電子型電源群、直流群替代傳統機組，系統故障行為更加難以預測，連鎖故障風險急劇增加。

系統調控能力不足：常規機組被大量替代，新能源發電機組、直流輸電系統不具備常規電源的轉動慣量特性，系統頻率魯棒性下降，大功率缺失情況下極易誘發全網頻率問題。特高壓直流工程密集投運，受端電網電壓支撐能力下降，電壓穩定問題突出，系統運行更加脆弱。

高占比新能源持續接入，源網協調面臨挑戰

高占比新能源電力系統呈現兩方面的主要特征變化——新能源發電具有間歇性和不確定性，新能源的隨機波動會導致接入點的電氣參數發生變化，增加系統運行的控制難度；新能源并網控制特性與常規電源差異大，大量電力電子器件的持續接入使電網運行特征由“電磁耦合”向“電-電轉換”轉變。

高占比新能源的持續接入給電網安全平穩運行帶來不穩定因素，源網協調面臨以下挑戰：

高占比新能源電力系統感知水平亟待提高。新能源機組動態過程復雜，機組的關鍵運行信息難以實時上傳，各類型電源之間缺乏對全局可控資源運行狀態的信息統籌，全網可控資源的靈活控制與精準評估較難實現。

高占比新能源電力系統穩態調節水平需不斷提升。新能源發電受資源、環境影響，易出現隨機波動，預測難度大，對電網運行影響較大；新能源無功調節能力未得到充分發揮，功率大幅變化易造成電壓波動；新能源出力波動造成電網有功調節難度大。

新能源抗擾動能力仍需提高。當電網發生擾動引起電壓、頻率越限時，接入電網末端的新能源機端電壓波動更劇烈，新能源耐壓、耐頻能力不足，易發生連鎖脫網事故，影響電力系統安全穩定運行。

新能源主動支撐能力需進一步挖掘。新能源占比高的電力系統中，常規電源開機空間減小，系統慣量下降，易發生大幅功率波動，導致系統出現頻率穩定問題；不同類型的新能源暫態特性差異顯著，無法對電網實現有效支撐，集中外送地區易發生電壓穩定問題。

高占比新能源電力系統寬頻帶振蕩問題需深入研究預防。新能源、直流等多樣化電力電子設備及復雜控制設備接入電力系統，電網次/超同步振蕩的高維度、寬頻帶問題凸顯，振蕩機理復雜。

新版強制性國家標準《電力系統安全穩定導則》對含高占比新能源電力系統的源網協調提出了新的要求。當前，需要在《導則》的指導下，探索能源轉型背景下構建源網協調體系的方法。

創新技術與管理，提升新能源感知水平和管控能力

目前，西北電網新能源裝機已突破1億千瓦，占總裝機的近四成。面對新能源裝機占比不斷上升的形勢，近年來，國家電網有限公司西北分部在提升高占比新能源電力系統感知水平、調控能力、新能源抗擾動能力、源網互動支撐能力及應對寬頻帶穩定問題方面創新實踐，對構建能源轉型下的源網協調體系開展了有益探索。

在提升感知水平方面，國網西北分部在新能源電站加裝高精度的監測裝置，對新能源機組及場站狀態實現全過程感知；將西北電網超過1億千瓦控制資源分層、分區接入直流群可控資源池，實現了風、光、水、火、直流、柔性交流輸電系統（FACTS）等控制資源可控量及分布信息的實時感知、掌握，統籌協調地調用多種控制資源，實現多類型控制資源池監視、預警及輔助決策。

為有效解決高占比新能源出力波動調節難度大的問題，國網西北分部通過新能源發電168小時分項分級滾動預測，將高占比新能源科學納入電網備用管理，降低新能源受阻率；針對全網無功資源的協調控制問題，構建了“網-省-場”三級協同的自動電壓控制體系，充分挖掘新能源參與電網電壓調節的能力，實現了含風電機組、光伏逆變器、SVC/SVG等多種無功資源設備時序協調控制，將主網電壓考核合格率提高至100%；通過日內滾動計劃調整、實時計劃偏差校正的多時間尺度、多電源協調優化，實現多個斷面的級聯優化控制，提高關鍵斷面清潔能源送出效益。

國網西北分部在提升新能源抗擾動能力上發力，提高和優化新能源一、二次設備耐壓/耐頻能力，拓展設備運行的“電壓/頻率帶寬”。目前，西北電網已組織完成了3293萬千瓦的風電機組耐高壓能力改造，改造數量和規模均處領先位置，提升祁韶直流輸送能力50萬千瓦及近區風電送出能力超300萬千瓦。

在挖掘新能源源網互動能力上，國網西北分部建立高占比新能源電力系統的轉動慣量監測與分析評價手段，建立頻率穩定水平量化分析模型，求取電網最小需求轉動慣量，掌握新能源極限發電承載能力；提升新能源快速頻率響應能力，有效補強西北電網一次調頻資源儲備，利用新能源與常規電源在時間、頻率維度的匹配，完善西北電網的調頻體系；針對不同地區電網的穩定特性差異，提取關鍵控制環節和參數，優化新能源故障穿越控制參數，通過閉環流程提升新能源大規模接入電網的穩定水平。

為應對寬頻帶穩定問題，國網西北分部在新能源場站側加裝次/超同步振蕩監測系統，有效監測新能源和火電機組扭振等信息，分析查找振蕩源，利用振蕩源快速切除的方法阻斷連鎖故障傳導，防止振蕩危害進一步擴大。

完善新形勢下源網協調體系，支撐能源轉型發展

隨著后續新能源的持續發展，更多電力電子設備接入電網，電網形態將發生深刻變化，電力系統的演變逐漸突破現有的理論、運行控制框架。這需要不斷完善新形勢下的源網協調體系，支撐能源轉型和電網發展。

電力電子化設備占比將不斷增大，對于含有海量新能源的高階、強非線性系統，傳統量化穩定分析方法已不再適用，需要進一步深化研究電力電子化電力系統的穩定性基礎理論和分析方法，為運行控制提供可靠的理論支撐。

未來新能源發電占比仍將上升，轉動慣量持續降低，抗頻率擾動能力逐步下降。為滿足高占比新能源電網要求，除依靠虛擬儲能等技術增加慣量外，還需通過技術創新拓展電力系統允許的頻率波動帶寬，降低系統對慣量的要求，完善頻率防控體系架構。

隨著能源互聯網的發展，用電智能化和各類需求響應措施大力推廣，電力負荷資源種類更趨多樣，靈活可調節能力也在增強。傳統發電跟蹤負荷的源荷平衡體系已難以滿足要求，必須引導負荷側更好地發揮調節作用，建立負荷跟蹤新能源變化趨勢的源荷互動平衡體系，在負荷側釋放調節空間，促進新能源的發展。

針對大規模新能源裝機接入造成主網電壓支撐“空心化”趨勢，應考慮不同時間尺度的電壓特性需求，重構電網控制結構，優化無功配置資源，完善傳統的分層分區電壓控制體系：大容量同步電源接入最高一級電網，支撐特高壓直流運行和新能源外送；次一級電網合理配置動態無功補償和調相機，維持本級電網無功平衡，減少與其他各級電網的無功交互；在低電壓等級電網充分挖掘和發揮新能源的無功電壓控制潛力，合理配置分布式調相機，支撐末端電網電壓。

與傳統同步機相比，新能源機組具有短路電流受限、等值阻抗不穩定、頻率偏移等特性，現有繼電保護原理存在適應性問題。后續應積極研究適應新能源裝機高占比接入的繼電保護新原理及新技術。

未來，電力系統逐步向全電力電子化方向發展，對送端電力系統而言，同步支撐能力不足的問題將更加嚴峻。為維持電力系統穩定運行，需從電力電子設備特性的本質入手，做好全局統籌協調，充分挖掘電力電子設備的靈活控制潛力，提升控制的靈活性和精確性，實現源網荷儲的互聯互動，構建電力電子化電力系統的運行控制體系、系列標準，提升電網協調運行控制能力。

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