新型電力系統(tǒng)平衡機理及演進過程研究

許濤，王國春，董昱，王超，李增輝

(國家電網(wǎng)有限公司)

1、研究背景

新型電力系統(tǒng)的本質(zhì)特征就是以新能源為主體。新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中，新能源滲透率的不斷增長推動電源結(jié)構(gòu)和平衡模式持續(xù)發(fā)生深刻變化，運行中許多新現(xiàn)象(如圖1)、新矛盾不斷涌現(xiàn)，主要表現(xiàn)為電力保供風險增加、保供與消納統(tǒng)籌難度增大、頻率和電壓控制更加困難等。為應對新挑戰(zhàn)，服務國家新型能源體系構(gòu)建和新能源高質(zhì)量發(fā)展，亟需開展新型電力系統(tǒng)平衡機理研究。

圖1 某電網(wǎng)近4年平均日等效負荷曲線

從平均日等效負荷曲線來看，2024年午間等效負荷已全面低于凌晨，新型電力系統(tǒng)平衡元年已經(jīng)到來。

2、論文所解決的問題及意義

對于新型電力系統(tǒng)的一些具體平衡問題，以及發(fā)展趨勢的定性研判學界正在積極開展研究，但尚未從電力電量平衡的基礎數(shù)學原理和大電網(wǎng)運行實踐出發(fā)，成體系地提出一整套平衡理論，難以總體、系統(tǒng)、量化揭示新型電力系統(tǒng)平衡的本質(zhì)規(guī)律和內(nèi)在發(fā)展動力。

基于此，本文立足大電網(wǎng)運行實踐，開展新型電力系統(tǒng)平衡機理及演進過程研究，旨在闡釋系統(tǒng)發(fā)展過程中新能源滲透率、新能源利用率、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力等各要素間的關聯(lián)關系，揭示推動新型電力系統(tǒng)平衡演進的主要矛盾和發(fā)展動力，明確當前所處發(fā)展階段，研判未來發(fā)展方向，以期在宏觀發(fā)展戰(zhàn)略和方法論層面指引新型電力系統(tǒng)建設方向。

3、論文重點內(nèi)容

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)平衡基本方程，開展新型電力系統(tǒng)平衡機理研究。基于大電網(wǎng)運行實踐，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)平衡基本方程，并結(jié)合負荷、新能源發(fā)展規(guī)律開展數(shù)學推導，研究提出新型電力系統(tǒng)平衡五個機理(如圖2)：1）保供與轉(zhuǎn)型的統(tǒng)籌；2）高質(zhì)量轉(zhuǎn)型的兩個主要途徑；3）量與率的統(tǒng)籌；4）轉(zhuǎn)型的兩個關鍵指標；5）地區(qū)發(fā)展差異。

圖2 新型電力系統(tǒng)平衡機理

揭示新型電力系統(tǒng)平衡本質(zhì)規(guī)律，研判新型電力系統(tǒng)發(fā)展建設方向。1）提出新型電力系統(tǒng)平衡演進的本質(zhì)規(guī)律是：不斷增長的調(diào)節(jié)需求與有限的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力之間的矛盾。2）以調(diào)節(jié)需求和調(diào)節(jié)能力的對比發(fā)展關系為主線，提出新型電力系統(tǒng)平衡演進過程存在兩個關鍵節(jié)點(質(zhì)變點、臨界點)，對應三個發(fā)展階段(傳統(tǒng)平衡階段、平衡轉(zhuǎn)型階段、新型平衡階段)，如圖3、4。

圖3 新型電力系統(tǒng)平衡演進過程

圖4 新型電力系統(tǒng)平衡自然演變方向、主動建設方向

4、結(jié)論

1）新型電力系統(tǒng)平衡演進過程中，新能源滲透率、新能源棄電率、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、新能源結(jié)構(gòu)等要素相互關聯(lián)、彼此影響。系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、新能源結(jié)構(gòu)一定時，棄電率將隨滲透率增長而增長，這是客觀物理規(guī)律；要提高新能源滲透率極限，就要提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力或優(yōu)化調(diào)整新能源結(jié)構(gòu)。

2）新型電力系統(tǒng)平衡演進的本質(zhì)規(guī)律是：不斷增長的調(diào)節(jié)需求和有限的調(diào)節(jié)能力之間的矛盾。這對矛盾關系的對比演化過程將對新能源滲透率、棄電率、平衡安全約束等關鍵指標產(chǎn)生深刻影響，推動形成新型電力系統(tǒng)平衡演進過程的兩個關鍵節(jié)點和三個主要階段。

3）新型電力系統(tǒng)的發(fā)展方向由其自然演變方向和系統(tǒng)主動建設方向兩方面構(gòu)成。在其自然演變方向基礎上，加強調(diào)節(jié)能力建設、降低等效負荷峰谷差率，努力構(gòu)建新型電力平衡體系是推動新型電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展、更好服務國家“雙碳”戰(zhàn)略的必由路徑。

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