來源：《國家電網(wǎng)》雜志
伴隨著世界能源體系向清潔低碳、安全高效轉型，我國能源和電力發(fā)展處于重要戰(zhàn)略機遇期，能源供需格局持續(xù)深入調(diào)整。電網(wǎng)作為能源傳輸和轉換的核心，承擔著各大能源基地的能量輸送、可再生能源開發(fā)的有序接入、多種能源資源優(yōu)化配置的重要責任。
近年來，特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)快速建設、大容量新能源集中接入以及分布式發(fā)電的高速發(fā)展和廣泛應用，電源、電網(wǎng)結構發(fā)生了深刻變化，影響系統(tǒng)安全的因素更加多元化，穩(wěn)定特性日趨復雜，電網(wǎng)調(diào)控運行難度大幅提升。
（文/中國電力科學研究院有限公司 安寧）
特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)初具規(guī)模
新能源發(fā)電裝機快速增長
在國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營范圍內(nèi)，目前已投產(chǎn)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(guī)模達到1350萬～2800萬千瓦，占送出省網(wǎng)發(fā)電負荷比例的40%～60%，占落點省網(wǎng)用電負荷比例的25%～70%。
2019年，公司經(jīng)營范圍內(nèi)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(fā)電裝機容量占本省電源總裝機容量超40%。國家電網(wǎng)成為全球接入新能源規(guī)模最大的電網(wǎng)，新能源利用率96.8%。在未來5年，新能源裝機仍將保持平穩(wěn)增長，新能源發(fā)電逐步由輔助電源轉變?yōu)橹髁﹄娫础?/span>
大電網(wǎng)安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)
隨著遠距離跨區(qū)輸電規(guī)模持續(xù)增長以及新能源并網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴大，電網(wǎng)大范圍優(yōu)化配置資源能力顯著提高，電網(wǎng)調(diào)度運行難度也大幅提升。
系統(tǒng)運行信息掌握不足：新電源發(fā)電運行狀態(tài)與可控能力感知不足，新能源發(fā)電數(shù)量眾多、運行狀態(tài)多變，模型參數(shù)難以及時精確辨識。電網(wǎng)輸變電設備全息狀態(tài)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(jiān)控系統(tǒng)存在信息孤島與盲區(qū)。系統(tǒng)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(shù)負荷模型與參數(shù)的時變性和復雜性增加。
電網(wǎng)多源數(shù)據(jù)處理能力不足：電網(wǎng)調(diào)度量測數(shù)據(jù)未得到充分利用，廣域量測系統(tǒng)（WAMS）、調(diào)控監(jiān)測系統(tǒng)等在線系統(tǒng)實時產(chǎn)生大量運行數(shù)據(jù)，但缺乏有效的提取與分析。輸變電設備傳感數(shù)據(jù)未得到有效利用，大量數(shù)據(jù)沒有得到充分融合和高效處理，智能變電站信息共享優(yōu)勢未能充分發(fā)揮。各類衛(wèi)星遙感、直升機、無人機及人工巡檢數(shù)據(jù)未得到協(xié)同管理和聯(lián)合應用，氣象、災害等外部環(huán)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(wǎng)防御能力不足：系統(tǒng)穩(wěn)定形態(tài)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(tǒng)機組，系統(tǒng)故障行為更加難以預測，連鎖故障風險急劇增加。
系統(tǒng)調(diào)控能力不足：常規(guī)機組被大量替代，新能源發(fā)電機組、直流輸電系統(tǒng)不具備常規(guī)電源的轉動慣量特性，系統(tǒng)頻率魯棒性下降，大功率缺失情況下極易誘發(fā)全網(wǎng)頻率問題。特高壓直流工程密集投運，受端電網(wǎng)電壓支撐能力下降，電壓穩(wěn)定問題突出，系統(tǒng)運行更加脆弱。
通過技術創(chuàng)新提升電網(wǎng)安全運行能力
在公司建設具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)戰(zhàn)略目標的指引下，針對我國能源轉型發(fā)展的需求，以特高壓交直流大電網(wǎng)安全高效運行為目標，抓住能源互聯(lián)網(wǎng)建設的重要契機，融合先進信息通信技術、控制技術和能源技術，有效支撐可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用，促進“源網(wǎng)荷儲”深度互動，保障能源生產(chǎn)、傳輸、消費的高效可靠，提升電網(wǎng)運行水平。
積極發(fā)展柔性輸電技術，優(yōu)化堅強網(wǎng)架布局：優(yōu)化骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)主網(wǎng)架合理分層分區(qū)。在特高壓交流主網(wǎng)架基礎上，優(yōu)化受端電網(wǎng)500千伏網(wǎng)架，合理分層分區(qū)，加強電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)建設，提升電網(wǎng)整體的平衡能力和嚴重故障抵御能力，實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)資源優(yōu)化配置；協(xié)調(diào)電網(wǎng)和電源規(guī)劃，合理安排新能源并網(wǎng)規(guī)模及消納方向，通過協(xié)調(diào)電網(wǎng)與電源規(guī)劃，適時適度加強主網(wǎng)架結構以滿足新能源輸送與消納需求，多措并舉提升清潔能源消納效率，提高大電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水平；發(fā)展和應用柔性交直流輸電技術，提高系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，通過柔性交直流輸電系統(tǒng)靈活迅速的控制能力，提高重要斷面輸電能力，應對新能源接入需求，豐富系統(tǒng)穩(wěn)定控制手段。
推進決策與防御智能化，提升電網(wǎng)安全保障：引入先進的人工智能技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動和知識驅動的安全穩(wěn)定分析及決策方法；建立先進適用的電網(wǎng)保護控制體系，提高網(wǎng)絡安全防護能力，服務電網(wǎng)安全運行，貫通和融合二次系統(tǒng)信息流，提升電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)采集能力和可靠性，提升全景監(jiān)測與多業(yè)務協(xié)同能力；充分發(fā)揮儲能系統(tǒng)靈活響應特性，實現(xiàn)對系統(tǒng)的慣量支撐、一次調(diào)頻以及電壓支撐，提高系統(tǒng)的功角、頻率和電壓穩(wěn)定性；基于大數(shù)據(jù)和泛在響應控制，融合電網(wǎng)實時量測數(shù)據(jù)及電網(wǎng)穩(wěn)定機理，形成基于系統(tǒng)實時狀態(tài)的緊急控制策略，提升安控措施對各類故障的匹配度，實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定綜合防御；以現(xiàn)代化信息通信技術為支撐，綜合運用衛(wèi)星、遙感、北斗、無線傳感等“天—空—地”立體量測技術和人工智能技術，構建大電網(wǎng)設備全方位立體化監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)設備狀態(tài)全面感知和智能分析，實現(xiàn)自然災害預防預判和應急處置，全面推動智慧輸變電的跨越，全面提升輸變電設備的風險防控水平。
提升在線決策水平，提高電網(wǎng)調(diào)控能力：基于用電信息和量測信息的深度感知，獲取負荷特性及構成的實時數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)和人工智能分析技術，實現(xiàn)按站分時精準負荷建模，準確反映負荷模型的時變性，提升電網(wǎng)負荷模型精確度，準確把握電網(wǎng)輸電能力；基于人機知識交互與協(xié)同工作、人在回路的機器學習等先進人工智能技術，實現(xiàn)調(diào)度在線決策持續(xù)趨優(yōu)進化，協(xié)助調(diào)度運行人員實時準確掌握大電網(wǎng)的穩(wěn)定狀況、涵蓋電源、負荷以及儲能等各類因素的全面可用調(diào)控資源水平、可再生能源的消納能力，為電網(wǎng)調(diào)度運行提供一體化運行展示和決策支持；構建新一代電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)，提升調(diào)度運行智能化水平，在PMU/WAMS量測數(shù)據(jù)的基礎上，建立“源網(wǎng)荷儲”廣泛互聯(lián)的全網(wǎng)廣域信息系統(tǒng)，結合人工智能、超實時計算等先進計算技術對全網(wǎng)信息進行實時分析，實現(xiàn)響應驅動的安全穩(wěn)定在線量化評估。
發(fā)揮“源網(wǎng)荷儲”互動活力，促進新能源消納：基于新能源場站等值模型參數(shù)在線測量分析及參數(shù)準確性校核，實現(xiàn)場站模型的精確刻畫和參數(shù)的小時級/分鐘級辨識，提高模型參數(shù)準確性；分析電網(wǎng)對新能源電源的涉網(wǎng)性能需求，優(yōu)化新能源的源網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略，提高頻率和電壓支撐能力，推動新能源與電網(wǎng)的良性互動，提升電網(wǎng)對新能源的消納水平；利用儲能參與系統(tǒng)的二次調(diào)頻，提高系統(tǒng)的頻率和聯(lián)絡線功率調(diào)控能力，在負荷側配置儲能，促進分布式可再生能源的消納，結合峰谷電價政策，實現(xiàn)電網(wǎng)需求側響應；發(fā)揮負荷側互補潛力，在不影響安全生產(chǎn)和正常生活的前提下，靈活調(diào)節(jié)能源轉換關系和各類能源占比，增強源荷互動活力。
