新型电力系统规划设计面临诸多新挑战

——访国网经济技术研究院总工程师李晖

新型电力系统是一项涉及多行业、多学科的复杂系统性工程，尤其离不开科学、高效的规划设计工作。那么，如何做好新型电力系统的顶层设计、完善底层逻辑？如何开展新型电力系统科研创新、规划设计等工作？作为国家电网有限公司电网规划和工程设计技术归口单位的国网经济技术研究院有着自己的见解。带着上述问题，本报记者近日采访了国网经济技术研究院总工程师李晖。

新型电力系统有“4个新”

中国能源报：从整个电力系统的规划设计角度来看，新型电力系统有哪些“新变化”？

李晖：与传统电力系统相比，新型电力系统的供给侧、电网侧、消费侧及二次系统将发生革命性变化，体现为“4个新”，即新的电源装机结构、新的电网形态、新的电力负荷特性、新的二次系统控制模式。

具体而言，从供给侧看，能源结构将发生改变，可再生能源将实现大规模开发利用，逐步取代化石能源。预计到2030年，我国新能源在装机规模上将成为第一大电源，对电力系统供需平衡和清洁能源消纳能力提出了更高要求，需要增加电源装机的容量冗余度，同时配套建设相应的灵活调节能力。

从电网侧看，将由以常规电源、单向供电为主向高比例电力电子化和新能源、双向供电的电网形态转变。随着大型风光电基地的开发，跨区送电将继续增加，需加大特高压及各级电网发展力度，提升高比例新能源外送消纳能力、多直流承载能力。另一方面，中东部地区分布式新能源大规模开发，对配电网的接入能力提出了更高要求。通过大电网与配电网灵活互济、协调运行，实现大规模新能源与电网的协调发展。

从消费侧看，将由用户侧单向用电向电能双向传输转变。多元用电负荷、分布式电源、新型储能将快速发展，负荷特性由传统的刚性用电需求、单向用电向柔性用电需求、用户电能双向传输转变，终端能源侧的电力产消者将大量出现，电力供需平衡模式由“源随荷动”向“源荷互动”转变。

从二次系统看，电力系统控制模式将发生深刻变化。随着新能源电力和电量占比的提升，电力系统不确定性增大、复杂性增加、可控性变差，这将推动一体化控制向主配网协同、微电网自治等控制模式转变。

“双高”电力系统问题渐显

中国能源报：新型电力系统的“双高”特征将对电力系统规划、设计、运行等带来哪些新挑战？

李晖：大规模新能源装机并网带来了功率随机波动、转动惯量下降、电压支撑能力不足等问题，需要重点关注电力供应保障、系统安全稳定运行等问题。

供需平衡方面，新能源发电受气象等自然条件影响较大，可能出现极热无风、极寒无光等情况。同时，常规电源占比逐渐下降，极端气象条件下水电的保供作用也存在不确定性，供电保障面临巨大挑战。

系统安全方面，随着部分地区电源“空心化”特性凸显，系统频率、电压调节能力显著下降。在部分跨区直流落点密集地区，交直流连锁故障风险日趋严重，交流系统故障可能导致多回直流同时换相失败，给系统造成巨大功率冲击。

关键技术待突破

中国能源报：电力规划设计领域有哪些关键技术需重点突破？

李晖：围绕新型电力系统建设的发展方向、发展路径、技术攻关、体制机制和示范应用等重大问题，未来重点研究领域主要包括能源转型战略与实施路径、新能源高效利用技术、大电网安全与规划技术、电力系统仿真分析技术、源网荷储各环节新技术及应用等。当务之急是要从新能源和外送输电技术两个方面开展攻关。

新能源技术方面，当前新能源机组涉网性能不足，大量并网后系统频率调节能力显著下降，易发生暂态过电压导致的大规模脱网及连锁故障。未来，新能源需要实现从“并网”到“组网”的角色转变，亟需开展新能源发电虚拟同步控制等技术研究。同时，新能源顶峰能力不足，需研究不同时间尺度的新能源精准预测和控制技术。

外送输电技术方面，大型风光电基地开发外送面临交流弱支撑问题，部分受端电网存在多直流馈入、交直流系统耦合紧密、系统连锁故障风险大等问题，需研究新能源直流外送系统的联网方式优化、受端电网优化重构技术，攻克新能源孤岛直流外送技术。

同时，新型电力系统建设对“三道防线”提出了更高要求，需研究适用于多运行场景的继电保护、大范围多资源协同紧急控制技术，增强电网故障下的事中控制、事后恢复能力。此外，随着仿真规模急剧增大，需研究能准确反映电力电子设备与大电网交互作用的系统级仿真技术。

中国能源报：作为业界知名的规划研究机构，国网经济技术研究院在新型电力系统建设过程中将开展哪些工作？

李晖：未来我院将依托新型电力系统技术创新联盟这一平台，在主配网规划、直流输电技术、二次信息系统、示范工程等方面继续深入攻关。

具体而言，在大电网规划方面，重点开展电网发展形态及路径演变、电力供需平衡分析和新能源保供能力量化、考虑多时空尺度灵活资源特性的源网荷储协同规划、大规模新能源基地汇集组网技术等研究；在配电网规划方面，重点开展支撑高比例分布式新能源并网的配电系统规划技术等研究；在直流输电技术方面，重点开展常规直流系统适应性能提升技术、基于柔性换相换流器的直流设计技术以及大容量IGBT器件、换流变压器等关键技术和设备研发；在二次信息系统方面，重点开展数字与能源深度融合技术、智能调度运行控制技术等研究；在示范工程方面，重点开展大型风光电基地外送系统构建、规模化远海风电组网送出和区域能源互联网关键技术及示范等研究。

中国能源报：新型电力系统建设对电力规划设计的理念、原则、方式方法等带来什么影响？

李晖：电力系统规划目标要统筹安全和绿色。未来降低碳排放成为电力系统发展的新目标，既要着力降低自身碳排放，还要通过电能替代承接其他行业领域的能耗转移，降碳提效的责任重大。电力系统规划设计目标要从单一的“安全保供”向“安全与绿色并举”转变。

电力平衡理念由确定性向概率性转变。未来电力平衡工作将由确定性的“缺不缺、缺多少”逐步转向概率性的“不同概率、不同时长”。要结合不同规模电力缺口的出现概率、持续时间、保障难度等多方面因素统筹制定保供措施。未来需要创新运用概率化供需平衡分析方法，为精准制定保供措施打牢基础。

电力系统发展要实现“刚柔互济”。未来随着需求增速逐步稳定、用电结构持续转型，以及新能源、储能、新型负荷等新元素的不断渗透，为满足电力保供和安全运行要求，电力系统发展既要保持电网规模不断扩大、联络不断加强的“刚性”模式，还要考虑灵活、智能等“柔性”需求，实现“刚柔互济”，继续构筑能源资源大范围优化配置平台，实现源、荷、储便捷友好接入和智能协调优化控制。

中国能源报：目前在研或此前较成熟、现在需要改造升级的关键技术，未来将如何服务新型电力系统建设？

李晖：部分送端高比例新能源电力系统电压支撑能力薄弱、暂态过电压问题严重，为解决上述问题，创新提出“换流站配置大型调相机+新能源配置分布式调相机”技术方案。以青海—河南特高压直流工程为例，在电网侧部署4台大型调相机、在新能源侧部署21台分布式调相机，实现新能源外送能力提升490万千瓦以上。

此外，新型电力系统包含大量新能源发电、特高压和柔性直流等电力电子装置，“宽频振荡”问题需要在规划设计过程中准确识别，提出有效抑制措施，为后续规划的大型风光电和大规模海上风电基地外送建设提供重要技术支持。

目前已并网的新能源发电普遍采用“跟网型”设计，机组并网和稳定运行高度依赖交流系统。未来新能源发电必须参与系统的一次调频、提供惯量和电压支撑，需要重点开展“构网型”新能源发电研发设计和示范应用，推动新能源从“被动跟随”转变为“主动支撑”。

储能是新型电力系统电力供应保障和安全稳定运行的重要支撑。新型储能技术要突破电池材料、制造工艺和系统集成等关键技术，有效降低成本。储能配置方面要突破源网荷储协同规划和运行技术，充分发挥储能调节作用，支撑新型电力系统构建。