第五屆新型電力系統(tǒng)國際論壇暨第二十屆中國南方電網(wǎng)國際技術(shù)論壇，吸引了來自國內(nèi)外能源電力主管部門和企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)、科研院校的院士專家學(xué)者參加。大家在此探討新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的前沿問題，分享新技術(shù)新實(shí)踐，為“加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)助力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”貢獻(xiàn)智慧與力量。
高見破題
——新能源不可預(yù)測(cè)背后是氣象難以捉摸，人工智能+生態(tài)圈構(gòu)建或可破解
——西電東送可持續(xù)發(fā)展背后要破解怎樣的技術(shù)難題？柔性構(gòu)網(wǎng)技術(shù)成熱門
——新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要新理論！構(gòu)建以電力電量動(dòng)態(tài)隨機(jī)平衡為基礎(chǔ)新理論
新型電力系統(tǒng)建設(shè)中面臨的問題到底是什么？論壇上，院士、專家、企業(yè)代表各抒己見，從實(shí)踐出發(fā)提出解決問題之道。
新能源的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性帶來了電力電量平衡問題。中國工程院院士李立浧認(rèn)為，新能源不可預(yù)測(cè)背后是人類對(duì)氣候氣象和新能源出力特性的耦合機(jī)理沒有完全認(rèn)識(shí)，現(xiàn)有的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和市場(chǎng)機(jī)制無法完全適應(yīng)大規(guī)模新能源帶來的電力電量實(shí)時(shí)平衡問題。
南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心主管鄧韋斯認(rèn)為，新能源功率預(yù)測(cè)不僅需要更為精準(zhǔn)的氣象預(yù)報(bào)，也需要質(zhì)量更高的新能源運(yùn)行數(shù)據(jù)和算法提升。從實(shí)踐看，沒有一種算法能在南方區(qū)域包打天下。南方電網(wǎng)公司目前打造的新能源功率預(yù)測(cè)智慧平臺(tái)，是一個(gè)完全開放的試驗(yàn)場(chǎng)地，已接入南方區(qū)域1300多個(gè)新能源場(chǎng)站，超過13億條新能源運(yùn)行數(shù)據(jù)，新能源預(yù)測(cè)廠家可以在這樣一個(gè)“生產(chǎn)運(yùn)行鏡像環(huán)境”中進(jìn)行算法開發(fā)和技術(shù)探索。
讓變幻莫測(cè)的新能源變得可靠起來，人工智能技術(shù)變得尤其重要。李立浧認(rèn)為，人工智能是電網(wǎng)“無條件”接受新能源、管理好新能源的技術(shù)基礎(chǔ)。人工智能技術(shù)使得海量新能源接入新型電力系統(tǒng)成為可能，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供智能導(dǎo)航。所以，必須要建設(shè)電力人工智能系統(tǒng)。南方電網(wǎng)公司戰(zhàn)略規(guī)劃部總經(jīng)理鄭外生分享了馭電智能仿真器的開發(fā)進(jìn)展。他認(rèn)為，基于數(shù)字驅(qū)動(dòng)方式建立人工智能專業(yè)大模型，可以實(shí)現(xiàn)海量場(chǎng)景自動(dòng)生成的高效潮流計(jì)算，包括仿真結(jié)果自動(dòng)分析，做到任何時(shí)候都能清晰看到安全邊界在哪里，以便最大限度提高新能源利用率。
新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，高比例電力電子裝備也帶來安全穩(wěn)定問題。由于新能源大量替代煤電之后，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將大幅減少，主導(dǎo)系統(tǒng)同步穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)也將顯著改變。中國工程院院士饒宏認(rèn)為，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，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。李立浧提出，要構(gòu)建以電力電量動(dòng)態(tài)隨機(jī)平衡為基礎(chǔ)的新理論，同時(shí)，電力電子設(shè)備不僅是挑戰(zhàn)，也是建設(shè)管理好新能源的重要技術(shù)手段。
高比例新能源也帶來整個(gè)電力系統(tǒng)的安全問題。國際特大電網(wǎng)運(yùn)營商組織秘書長布魯諾·梅耶認(rèn)為，風(fēng)、光等新能源的發(fā)展改變了能源發(fā)展的游戲規(guī)則。怎么更加安全充裕，電力互聯(lián)互通是很重要的一個(gè)維度。在非洲和歐洲之間，以及以前電力并不互聯(lián)的地區(qū)都在建設(shè)新的輸電線路。例如，愛爾蘭與歐洲大陸之間的電力互聯(lián)互通都是正在討論的話題。
對(duì)中國來說，2030年要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，根據(jù)測(cè)算，清潔能源發(fā)電量占比將超過50%。隨著西北沙戈荒大型風(fēng)光基地、西南水風(fēng)光儲(chǔ)可再生能源發(fā)展帶、東南海上風(fēng)電基地的開發(fā)，與之相適應(yīng)的電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展的模式也將發(fā)生變化。
中國工程院院士湯廣福從技術(shù)角度對(duì)新型電力系統(tǒng)下西電東送可持續(xù)發(fā)展提出建議。西電東送從過去輸送穩(wěn)定的煤電、水電轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔筒▌?dòng)性的風(fēng)電、光電。他建議應(yīng)該關(guān)注基于IGCT的混合換相換流器(HCC)技術(shù)、可控?fù)Q相換流器(CLCC)技術(shù)、基于IGCT的柔性直流換流技術(shù)的技術(shù)路線。
關(guān)于此點(diǎn)，鄭外生在報(bào)告中也著重提到南方電網(wǎng)公司對(duì)柔性構(gòu)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)踐。“柔性構(gòu)網(wǎng)是柔性電網(wǎng)構(gòu)建的簡(jiǎn)稱，柔性主要指電力電子化帶來的靈活性。它將在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)柔性互聯(lián)，從設(shè)備層面實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支撐。”鄭外生介紹，系統(tǒng)層面的柔性互聯(lián)主要是通過電網(wǎng)合理分區(qū)、柔性互聯(lián)，構(gòu)建柔性可控、靈活運(yùn)行的電網(wǎng)，避免交流大電網(wǎng)故障連鎖傳播的問題，同時(shí)又保持分區(qū)間靈活互濟(jì)的能力。未來，柔性構(gòu)網(wǎng)技術(shù)可以支撐多種場(chǎng)景的應(yīng)用，尤其是大型風(fēng)光基地的遠(yuǎn)距離送出，不用再配火電或同步調(diào)相設(shè)備。
實(shí)見解題
——南方電網(wǎng)公司建設(shè)首批35個(gè)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)，解決7大類場(chǎng)景問題
——海上風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)，三山島海上風(fēng)電柔直工程值得關(guān)注
——新型儲(chǔ)能部署負(fù)荷側(cè)，發(fā)揮大效力
新型電力系統(tǒng)怎么建？各地各企業(yè)已經(jīng)在積極開展新技術(shù)、新模式的先行先試。
南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院電力規(guī)劃中心主任劉正超在論壇上介紹了南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)實(shí)踐。南方電網(wǎng)公司目前已因地制宜建設(shè)首批35個(gè)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)，從應(yīng)用場(chǎng)景來看，分成了超大型城市綜合示范、新型城鎮(zhèn)化電網(wǎng)、現(xiàn)代化農(nóng)村電網(wǎng)、微能源網(wǎng)、大規(guī)模能源并網(wǎng)、分布式新能源并網(wǎng)、虛擬電廠等7大類，從中遴選提煉15項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)、商業(yè)模式推廣。
大規(guī)模新能源并網(wǎng)方面，廣東電網(wǎng)規(guī)劃研究中心三級(jí)拔尖技術(shù)專家彭穗分享了廣東海上風(fēng)電海陸統(tǒng)籌輸電規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究。國外海上風(fēng)電建設(shè)中一般采用統(tǒng)一規(guī)劃、集中建設(shè)模式，之后通過海纜登陸、用陸纜繼續(xù)輸送到負(fù)荷中心消納。但是陸纜造價(jià)百公里可能超過一百億元，與我國國情完全不符合。南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)公司將以三山島海上風(fēng)電柔性直流送出工程打造海陸一體新型輸電模式。“它將是世界上首個(gè)海纜架空混合直流送出工程，還將首次面臨海上風(fēng)電輸電系統(tǒng)直流瞬時(shí)故障清除和穿越問題。我們采用的技術(shù)方案將可以節(jié)省數(shù)十億元投資，節(jié)省工程造價(jià)。”
儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮著很重要的作用。但是它到底配在哪里最好？李立浧認(rèn)為，新型儲(chǔ)能應(yīng)該主要部署在負(fù)荷側(cè)。儲(chǔ)能系統(tǒng)是新型電力系統(tǒng)負(fù)荷柔性可調(diào)節(jié)的關(guān)鍵支撐，要提高利用率，納入電量電力平衡。電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院專家侯金秀認(rèn)為儲(chǔ)能可以很好解決配網(wǎng)建設(shè)中的一些問題。“偏遠(yuǎn)地區(qū)利用儲(chǔ)能技術(shù)可以大大節(jié)省電網(wǎng)投資，還能保障電網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)供電可靠性，促進(jìn)當(dāng)?shù)胤植际叫履茉聪{。”
南方電網(wǎng)儲(chǔ)能公司檢修試驗(yàn)分公司副總經(jīng)理董超則分享了數(shù)字化技術(shù)如何改變電化學(xué)儲(chǔ)能電站。“它可以短期內(nèi)提升儲(chǔ)能電站經(jīng)濟(jì)效益，尤其在電力市場(chǎng)上獲得更多效益，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與運(yùn)營成本。”他舉了一個(gè)例子：“比如梅州寶湖儲(chǔ)能電站參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)大概一年，我們現(xiàn)在已經(jīng)總結(jié)測(cè)算出最適合我們的競(jìng)價(jià)策略。”
論壇現(xiàn)場(chǎng)電鴻也成為熱門話題。幾位專家學(xué)者都講述了電力物聯(lián)操作系統(tǒng)的重要。來自華為的專家董偉嗣認(rèn)為，物聯(lián)操作系統(tǒng)是電網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)軟件。隨著新型電力系統(tǒng)加速建設(shè)，大規(guī)模新能源、分布式光儲(chǔ)等海量控制單元接入，好的物聯(lián)操作系統(tǒng)將逐步成為進(jìn)一步支撐電力系統(tǒng)隨機(jī)波動(dòng)負(fù)荷需求，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)之間電力高效調(diào)配和供需平衡的關(guān)鍵。
來自中國電建集團(tuán)海南電力設(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師張興華也從實(shí)際出發(fā)，講述了新形勢(shì)下海南電力系統(tǒng)的新特點(diǎn)。“海南作為全國首個(gè)明確提出2030年禁售燃油汽車的省份，去年海南新能源汽車滲透率首次超過50%，在分時(shí)電價(jià)的引導(dǎo)下，大規(guī)模的電動(dòng)汽車充電負(fù)荷在零點(diǎn)以后集中出現(xiàn)，改變了海南數(shù)十年典型日負(fù)荷，日負(fù)荷高峰由上午10時(shí)左右變成凌晨零時(shí)30分左右。”在這種情況下，他認(rèn)為海南未來應(yīng)該在電源側(cè)構(gòu)建安全低碳多元充裕的電力供應(yīng)體系，大力發(fā)展海上風(fēng)電、分布式光伏建設(shè)，探索海上光伏開發(fā)，建設(shè)核能綜合利用項(xiàng)目，創(chuàng)新新能源的開發(fā)模式。
新見預(yù)未來
——氫能怎么破題？
——下一代光伏技術(shù)是什么？
——電算怎么協(xié)同？
一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展可能激活一個(gè)產(chǎn)業(yè)，也可能淘汰多個(gè)舊的產(chǎn)業(yè)，所以新型電力系統(tǒng)建設(shè)中及早布局新的技術(shù)至關(guān)重要。
湯廣福在報(bào)告中提及，晶硅太陽電池效率已趨極限，未來應(yīng)突破鈣鈦礦、量子點(diǎn)等新一代光伏電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大面積、長壽命疊層光伏組件效率30%以上。
氫能也成為論壇熱門話題。哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)教授、俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士劉興軍的報(bào)告吸引了很多人關(guān)注。他認(rèn)為，鋁基儲(chǔ)能材料與水反應(yīng)制氫有望突破現(xiàn)有氫能“制儲(chǔ)輸用”的瓶頸，成為新型電力系統(tǒng)中氫能應(yīng)用的新路徑。鋁基儲(chǔ)能材料的跨區(qū)域低成本運(yùn)輸性讓加氫站可以在遠(yuǎn)離原材料生產(chǎn)地的區(qū)域高效運(yùn)作，固態(tài)材料的穩(wěn)定性和安全性也大大降低了運(yùn)輸過程中的風(fēng)險(xiǎn)。通過全面布局加氫站，打破傳統(tǒng)用氫瓶頸，縮短用氫路線，可推動(dòng)當(dāng)?shù)貧淠苊裼檬袌?chǎng)的應(yīng)用，進(jìn)而解決因氫源問題難以大規(guī)模推廣的難題。
近年來極端天氣頻發(fā)，如何讓電力系統(tǒng)在這種時(shí)候仍然可靠也成為論壇中一個(gè)小話題。華為技術(shù)有限公司副總裁、信息通信技術(shù)專家孫福友提及今年的“摩羯”臺(tái)風(fēng)不僅重創(chuàng)能源電力設(shè)施，通信也如此。“10千伏電力通信網(wǎng)是我們目前最弱的環(huán)節(jié)，我們需要成體系地規(guī)劃以光纖加無線專網(wǎng)為目標(biāo)的通信網(wǎng)，使之具備空天地一體的應(yīng)急通信覆蓋能力。”
南方電網(wǎng)公司數(shù)字化部總經(jīng)理龍?jiān)苿t分享了電算協(xié)同的思考。2023年全球算力對(duì)于電力的需求已經(jīng)達(dá)到5000億千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)保持年均15%以上的增速。算力將成為未來新型電力系統(tǒng)重要的負(fù)荷構(gòu)成和重要的調(diào)節(jié)能力來源。“根據(jù)我們初步研究，通過新型電力系統(tǒng)一系列技術(shù)裝備，完全有可能把運(yùn)營中心成本降低10%到20%。”他建議以電力調(diào)度引導(dǎo)算力轉(zhuǎn)移：“確保算力中心在各種運(yùn)行工況下安全可靠綠色高效的電力供應(yīng)，需要發(fā)揮電力調(diào)度的統(tǒng)籌調(diào)控作用，以電網(wǎng)的調(diào)度合理引導(dǎo)算力轉(zhuǎn)移，以算力的靈活調(diào)度來助力源網(wǎng)荷儲(chǔ)動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)和算力網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行工況。”
國際大電網(wǎng)委員會(huì)前副主席、前技術(shù)委員會(huì)主席馬西奧·塞赫特曼則分享了一個(gè)未來的人力問題。“這是歐洲面臨的問題，而不是中國，那就是熟練的工人缺口。我們現(xiàn)在有一個(gè)使命——吸引更多的年輕人投入電力事業(yè)當(dāng)中來，我們需要更多人，如果人不夠多的話，能源變革也不可能實(shí)現(xiàn)。”
南網(wǎng)報(bào)記者 劉杰 江濤 通訊員 盧欣
中國工程院院士李立浧:
新型電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)的技術(shù)思考
我國新能源發(fā)展迅猛。2023年，全國新增風(fēng)光等新能源裝機(jī)容量2.93億千瓦。截至2024年10月底，全國累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量約31.9億千瓦，其中新能源裝機(jī)容量約12.8億千瓦，占比已超過40%，部分區(qū)域新能源瞬時(shí)滲透率超過60%，新型電力系統(tǒng)源荷波動(dòng)強(qiáng)、場(chǎng)景規(guī)模大、狀態(tài)變化快的特性顯現(xiàn)。
以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已經(jīng)在我國部分地區(qū)、部分時(shí)段出現(xiàn)。高比例新能源接入將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特性和機(jī)理，電力系統(tǒng)要從剛性轉(zhuǎn)變成柔性，以可控、智能、靈活為特征，“無條件”接受新能源。這要求新型電力系統(tǒng)有“無限大”的功率和“無限多”的能量。
十個(gè)技術(shù)思考
新型電網(wǎng)作為能源轉(zhuǎn)換利用和輸送配置的樞紐平臺(tái)，是新型電力系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。對(duì)此，我有以下幾點(diǎn)技術(shù)思考。
第一，新型電力系統(tǒng)的核心是發(fā)展新能源、接納新能源。新型電網(wǎng)應(yīng)該做到“無條件”接受新能源，要有硬的技術(shù)措施，其中發(fā)展配電網(wǎng)是重點(diǎn)。
第二，新能源(風(fēng)、光)的波動(dòng)性、間歇性、隨機(jī)性是感性描述，但是從技術(shù)角度看可以定義為不可預(yù)測(cè)性。如果要“無條件”接納新能源，必須實(shí)現(xiàn)高精度預(yù)測(cè)新能源。構(gòu)網(wǎng)型、跟網(wǎng)型電力電子變換器對(duì)風(fēng)光等高精度預(yù)測(cè)、電力電量平衡提供支持。
第三，構(gòu)建新的電力系統(tǒng)理論。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基于機(jī)電轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的穩(wěn)定理論，高比例新能源接入導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，將不足以支撐新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。新型電力系統(tǒng)必須構(gòu)建以電力電量動(dòng)態(tài)隨機(jī)平衡為基礎(chǔ)的新理論。
第四，要辯證看待電力電子技術(shù)。由于不具備同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電力電子設(shè)備被認(rèn)為是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的挑戰(zhàn)，但其響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，使得系統(tǒng)功率、能量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡具備條件。因此，電力電子設(shè)備并不只是挑戰(zhàn)，也是建設(shè)管理好新能源的重要技術(shù)手段，高比例電力電子設(shè)備應(yīng)用正成為新型電力系統(tǒng)重要特征之一。
第五，數(shù)字化智能化是新型電力系統(tǒng)的必須。南方電網(wǎng)公司提出數(shù)字電網(wǎng)是建設(shè)新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵載體，新型電力系統(tǒng)一定要走數(shù)字化智能化的發(fā)展道路，完成新型電力系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)信息的獲取和管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能導(dǎo)航。
第六，新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)形態(tài)是“大電網(wǎng)+主動(dòng)配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”。未來電網(wǎng)格局下，大電網(wǎng)網(wǎng)架要具備新能源支撐能力，更加密集柔性暢通；配電網(wǎng)要有裕度、強(qiáng)承載，要靈活、互動(dòng)、市場(chǎng)化；微電網(wǎng)要以用戶為主體，有電力電量自平衡能力和獨(dú)立運(yùn)行能力。未來電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)“無條件”接受新能源的功能。
第七，電力市場(chǎng)要體現(xiàn)真正的市場(chǎng)機(jī)制，體現(xiàn)多主體的關(guān)鍵特征。
第八，新型電力系統(tǒng)要以用為根本。要把配用電系統(tǒng)放在核心，配用電基礎(chǔ)是關(guān)鍵。
第九，新型儲(chǔ)能應(yīng)該主要部署在負(fù)荷側(cè)。儲(chǔ)能系統(tǒng)是新型電力系統(tǒng)負(fù)荷柔性可調(diào)節(jié)的關(guān)鍵支撐，要提高利用率，納入電力電量平衡。
第十，新型電力系統(tǒng)技術(shù)革命。新型電力系統(tǒng)從理論到技術(shù)都有革命性的變化，現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化不足以支持新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。新型電力系統(tǒng)建設(shè)要與信息化、數(shù)字化、智能化深度融合，要建設(shè)柔性的新型電力系統(tǒng)。這在源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各個(gè)領(lǐng)域都有大量值得深入研究的科技課題，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的技術(shù)革命需要共同努力。
建設(shè)電力人工智能系統(tǒng)
最后，我想談一下新型電力系統(tǒng)建設(shè)與人工智能之間的關(guān)系。人工智能是電網(wǎng)“無條件”接受新能源、管理好新能源的技術(shù)基礎(chǔ)。人工智能技術(shù)使得海量新能源接入新型電力系統(tǒng)成為可能，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供智能導(dǎo)航。所以，我們必須建設(shè)電力人工智能系統(tǒng)。
電力人工智能系統(tǒng)(AIEPS)的本質(zhì)是真正具備智能屬性的強(qiáng)大軟件系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)的“超級(jí)大腦”。同時(shí)，電力人工智能系統(tǒng)必須符合電力系統(tǒng)基本物理規(guī)律，遵循電力系統(tǒng)技術(shù)原則，滿足電力系統(tǒng)應(yīng)用需求?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)開展了相關(guān)的項(xiàng)目研究，建立了五個(gè)基礎(chǔ)項(xiàng)目，有了初步的成果，正在逐步推進(jìn)。
大家知道，人工智能通用大模型ChatGPT很有名，但我們做的是電力人工智能專業(yè)大模型。通用大模型可以出錯(cuò)，可以逐步修正，但是專業(yè)大模型不行，它要具備自我糾錯(cuò)、容錯(cuò)功能，我們要有一套方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精確性、實(shí)時(shí)性。
(南網(wǎng)報(bào)記者 劉杰 根據(jù)論壇演講內(nèi)容整理)
中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司首席科學(xué)家饒宏：
建立與新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)的理論技術(shù)體系
我向大家匯報(bào)我們團(tuán)隊(duì)在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中，對(duì)電力電子化電力系統(tǒng)的體會(huì)和思考。
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1.47萬億千瓦時(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(chǎng)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(shì)：“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。”
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)?ldquo;同步發(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??；能量轉(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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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)。
(通訊員 盧欣 根據(jù)論壇演講內(nèi)容整理)
高見破題
——新能源不可預(yù)測(cè)背后是氣象難以捉摸，人工智能+生態(tài)圈構(gòu)建或可破解
——西電東送可持續(xù)發(fā)展背后要破解怎樣的技術(shù)難題？柔性構(gòu)網(wǎng)技術(shù)成熱門
——新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要新理論！構(gòu)建以電力電量動(dòng)態(tài)隨機(jī)平衡為基礎(chǔ)新理論
新型電力系統(tǒng)建設(shè)中面臨的問題到底是什么？論壇上，院士、專家、企業(yè)代表各抒己見，從實(shí)踐出發(fā)提出解決問題之道。
新能源的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性帶來了電力電量平衡問題。中國工程院院士李立浧認(rèn)為，新能源不可預(yù)測(cè)背后是人類對(duì)氣候氣象和新能源出力特性的耦合機(jī)理沒有完全認(rèn)識(shí)，現(xiàn)有的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和市場(chǎng)機(jī)制無法完全適應(yīng)大規(guī)模新能源帶來的電力電量實(shí)時(shí)平衡問題。
南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心主管鄧韋斯認(rèn)為，新能源功率預(yù)測(cè)不僅需要更為精準(zhǔn)的氣象預(yù)報(bào)，也需要質(zhì)量更高的新能源運(yùn)行數(shù)據(jù)和算法提升。從實(shí)踐看，沒有一種算法能在南方區(qū)域包打天下。南方電網(wǎng)公司目前打造的新能源功率預(yù)測(cè)智慧平臺(tái)，是一個(gè)完全開放的試驗(yàn)場(chǎng)地，已接入南方區(qū)域1300多個(gè)新能源場(chǎng)站，超過13億條新能源運(yùn)行數(shù)據(jù)，新能源預(yù)測(cè)廠家可以在這樣一個(gè)“生產(chǎn)運(yùn)行鏡像環(huán)境”中進(jìn)行算法開發(fā)和技術(shù)探索。
讓變幻莫測(cè)的新能源變得可靠起來，人工智能技術(shù)變得尤其重要。李立浧認(rèn)為，人工智能是電網(wǎng)“無條件”接受新能源、管理好新能源的技術(shù)基礎(chǔ)。人工智能技術(shù)使得海量新能源接入新型電力系統(tǒng)成為可能，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供智能導(dǎo)航。所以，必須要建設(shè)電力人工智能系統(tǒng)。南方電網(wǎng)公司戰(zhàn)略規(guī)劃部總經(jīng)理鄭外生分享了馭電智能仿真器的開發(fā)進(jìn)展。他認(rèn)為，基于數(shù)字驅(qū)動(dòng)方式建立人工智能專業(yè)大模型，可以實(shí)現(xiàn)海量場(chǎng)景自動(dòng)生成的高效潮流計(jì)算，包括仿真結(jié)果自動(dòng)分析，做到任何時(shí)候都能清晰看到安全邊界在哪里，以便最大限度提高新能源利用率。
新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，高比例電力電子裝備也帶來安全穩(wěn)定問題。由于新能源大量替代煤電之后，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將大幅減少，主導(dǎo)系統(tǒng)同步穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)也將顯著改變。中國工程院院士饒宏認(rèn)為，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，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。李立浧提出，要構(gòu)建以電力電量動(dòng)態(tài)隨機(jī)平衡為基礎(chǔ)的新理論，同時(shí)，電力電子設(shè)備不僅是挑戰(zhàn)，也是建設(shè)管理好新能源的重要技術(shù)手段。
高比例新能源也帶來整個(gè)電力系統(tǒng)的安全問題。國際特大電網(wǎng)運(yùn)營商組織秘書長布魯諾·梅耶認(rèn)為，風(fēng)、光等新能源的發(fā)展改變了能源發(fā)展的游戲規(guī)則。怎么更加安全充裕，電力互聯(lián)互通是很重要的一個(gè)維度。在非洲和歐洲之間，以及以前電力并不互聯(lián)的地區(qū)都在建設(shè)新的輸電線路。例如，愛爾蘭與歐洲大陸之間的電力互聯(lián)互通都是正在討論的話題。
對(duì)中國來說，2030年要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，根據(jù)測(cè)算，清潔能源發(fā)電量占比將超過50%。隨著西北沙戈荒大型風(fēng)光基地、西南水風(fēng)光儲(chǔ)可再生能源發(fā)展帶、東南海上風(fēng)電基地的開發(fā)，與之相適應(yīng)的電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展的模式也將發(fā)生變化。
中國工程院院士湯廣福從技術(shù)角度對(duì)新型電力系統(tǒng)下西電東送可持續(xù)發(fā)展提出建議。西電東送從過去輸送穩(wěn)定的煤電、水電轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔筒▌?dòng)性的風(fēng)電、光電。他建議應(yīng)該關(guān)注基于IGCT的混合換相換流器(HCC)技術(shù)、可控?fù)Q相換流器(CLCC)技術(shù)、基于IGCT的柔性直流換流技術(shù)的技術(shù)路線。
關(guān)于此點(diǎn)，鄭外生在報(bào)告中也著重提到南方電網(wǎng)公司對(duì)柔性構(gòu)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)踐。“柔性構(gòu)網(wǎng)是柔性電網(wǎng)構(gòu)建的簡(jiǎn)稱，柔性主要指電力電子化帶來的靈活性。它將在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)柔性互聯(lián)，從設(shè)備層面實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支撐。”鄭外生介紹，系統(tǒng)層面的柔性互聯(lián)主要是通過電網(wǎng)合理分區(qū)、柔性互聯(lián)，構(gòu)建柔性可控、靈活運(yùn)行的電網(wǎng)，避免交流大電網(wǎng)故障連鎖傳播的問題，同時(shí)又保持分區(qū)間靈活互濟(jì)的能力。未來，柔性構(gòu)網(wǎng)技術(shù)可以支撐多種場(chǎng)景的應(yīng)用，尤其是大型風(fēng)光基地的遠(yuǎn)距離送出，不用再配火電或同步調(diào)相設(shè)備。
實(shí)見解題
——南方電網(wǎng)公司建設(shè)首批35個(gè)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)，解決7大類場(chǎng)景問題
——海上風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)，三山島海上風(fēng)電柔直工程值得關(guān)注
——新型儲(chǔ)能部署負(fù)荷側(cè)，發(fā)揮大效力
新型電力系統(tǒng)怎么建？各地各企業(yè)已經(jīng)在積極開展新技術(shù)、新模式的先行先試。
南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院電力規(guī)劃中心主任劉正超在論壇上介紹了南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)實(shí)踐。南方電網(wǎng)公司目前已因地制宜建設(shè)首批35個(gè)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)，從應(yīng)用場(chǎng)景來看，分成了超大型城市綜合示范、新型城鎮(zhèn)化電網(wǎng)、現(xiàn)代化農(nóng)村電網(wǎng)、微能源網(wǎng)、大規(guī)模能源并網(wǎng)、分布式新能源并網(wǎng)、虛擬電廠等7大類，從中遴選提煉15項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)、商業(yè)模式推廣。
大規(guī)模新能源并網(wǎng)方面，廣東電網(wǎng)規(guī)劃研究中心三級(jí)拔尖技術(shù)專家彭穗分享了廣東海上風(fēng)電海陸統(tǒng)籌輸電規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究。國外海上風(fēng)電建設(shè)中一般采用統(tǒng)一規(guī)劃、集中建設(shè)模式，之后通過海纜登陸、用陸纜繼續(xù)輸送到負(fù)荷中心消納。但是陸纜造價(jià)百公里可能超過一百億元，與我國國情完全不符合。南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)公司將以三山島海上風(fēng)電柔性直流送出工程打造海陸一體新型輸電模式。“它將是世界上首個(gè)海纜架空混合直流送出工程，還將首次面臨海上風(fēng)電輸電系統(tǒng)直流瞬時(shí)故障清除和穿越問題。我們采用的技術(shù)方案將可以節(jié)省數(shù)十億元投資，節(jié)省工程造價(jià)。”
儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮著很重要的作用。但是它到底配在哪里最好？李立浧認(rèn)為，新型儲(chǔ)能應(yīng)該主要部署在負(fù)荷側(cè)。儲(chǔ)能系統(tǒng)是新型電力系統(tǒng)負(fù)荷柔性可調(diào)節(jié)的關(guān)鍵支撐，要提高利用率，納入電量電力平衡。電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院專家侯金秀認(rèn)為儲(chǔ)能可以很好解決配網(wǎng)建設(shè)中的一些問題。“偏遠(yuǎn)地區(qū)利用儲(chǔ)能技術(shù)可以大大節(jié)省電網(wǎng)投資，還能保障電網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)供電可靠性，促進(jìn)當(dāng)?shù)胤植际叫履茉聪{。”
南方電網(wǎng)儲(chǔ)能公司檢修試驗(yàn)分公司副總經(jīng)理董超則分享了數(shù)字化技術(shù)如何改變電化學(xué)儲(chǔ)能電站。“它可以短期內(nèi)提升儲(chǔ)能電站經(jīng)濟(jì)效益，尤其在電力市場(chǎng)上獲得更多效益，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與運(yùn)營成本。”他舉了一個(gè)例子：“比如梅州寶湖儲(chǔ)能電站參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)大概一年，我們現(xiàn)在已經(jīng)總結(jié)測(cè)算出最適合我們的競(jìng)價(jià)策略。”
論壇現(xiàn)場(chǎng)電鴻也成為熱門話題。幾位專家學(xué)者都講述了電力物聯(lián)操作系統(tǒng)的重要。來自華為的專家董偉嗣認(rèn)為，物聯(lián)操作系統(tǒng)是電網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)軟件。隨著新型電力系統(tǒng)加速建設(shè)，大規(guī)模新能源、分布式光儲(chǔ)等海量控制單元接入，好的物聯(lián)操作系統(tǒng)將逐步成為進(jìn)一步支撐電力系統(tǒng)隨機(jī)波動(dòng)負(fù)荷需求，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)之間電力高效調(diào)配和供需平衡的關(guān)鍵。
來自中國電建集團(tuán)海南電力設(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師張興華也從實(shí)際出發(fā)，講述了新形勢(shì)下海南電力系統(tǒng)的新特點(diǎn)。“海南作為全國首個(gè)明確提出2030年禁售燃油汽車的省份，去年海南新能源汽車滲透率首次超過50%，在分時(shí)電價(jià)的引導(dǎo)下，大規(guī)模的電動(dòng)汽車充電負(fù)荷在零點(diǎn)以后集中出現(xiàn)，改變了海南數(shù)十年典型日負(fù)荷，日負(fù)荷高峰由上午10時(shí)左右變成凌晨零時(shí)30分左右。”在這種情況下，他認(rèn)為海南未來應(yīng)該在電源側(cè)構(gòu)建安全低碳多元充裕的電力供應(yīng)體系，大力發(fā)展海上風(fēng)電、分布式光伏建設(shè)，探索海上光伏開發(fā)，建設(shè)核能綜合利用項(xiàng)目，創(chuàng)新新能源的開發(fā)模式。
新見預(yù)未來
——氫能怎么破題？
——下一代光伏技術(shù)是什么？
——電算怎么協(xié)同？
一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展可能激活一個(gè)產(chǎn)業(yè)，也可能淘汰多個(gè)舊的產(chǎn)業(yè)，所以新型電力系統(tǒng)建設(shè)中及早布局新的技術(shù)至關(guān)重要。
湯廣福在報(bào)告中提及，晶硅太陽電池效率已趨極限，未來應(yīng)突破鈣鈦礦、量子點(diǎn)等新一代光伏電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大面積、長壽命疊層光伏組件效率30%以上。
氫能也成為論壇熱門話題。哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)教授、俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士劉興軍的報(bào)告吸引了很多人關(guān)注。他認(rèn)為，鋁基儲(chǔ)能材料與水反應(yīng)制氫有望突破現(xiàn)有氫能“制儲(chǔ)輸用”的瓶頸，成為新型電力系統(tǒng)中氫能應(yīng)用的新路徑。鋁基儲(chǔ)能材料的跨區(qū)域低成本運(yùn)輸性讓加氫站可以在遠(yuǎn)離原材料生產(chǎn)地的區(qū)域高效運(yùn)作，固態(tài)材料的穩(wěn)定性和安全性也大大降低了運(yùn)輸過程中的風(fēng)險(xiǎn)。通過全面布局加氫站，打破傳統(tǒng)用氫瓶頸，縮短用氫路線，可推動(dòng)當(dāng)?shù)貧淠苊裼檬袌?chǎng)的應(yīng)用，進(jìn)而解決因氫源問題難以大規(guī)模推廣的難題。
近年來極端天氣頻發(fā)，如何讓電力系統(tǒng)在這種時(shí)候仍然可靠也成為論壇中一個(gè)小話題。華為技術(shù)有限公司副總裁、信息通信技術(shù)專家孫福友提及今年的“摩羯”臺(tái)風(fēng)不僅重創(chuàng)能源電力設(shè)施，通信也如此。“10千伏電力通信網(wǎng)是我們目前最弱的環(huán)節(jié)，我們需要成體系地規(guī)劃以光纖加無線專網(wǎng)為目標(biāo)的通信網(wǎng)，使之具備空天地一體的應(yīng)急通信覆蓋能力。”
南方電網(wǎng)公司數(shù)字化部總經(jīng)理龍?jiān)苿t分享了電算協(xié)同的思考。2023年全球算力對(duì)于電力的需求已經(jīng)達(dá)到5000億千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)保持年均15%以上的增速。算力將成為未來新型電力系統(tǒng)重要的負(fù)荷構(gòu)成和重要的調(diào)節(jié)能力來源。“根據(jù)我們初步研究，通過新型電力系統(tǒng)一系列技術(shù)裝備，完全有可能把運(yùn)營中心成本降低10%到20%。”他建議以電力調(diào)度引導(dǎo)算力轉(zhuǎn)移：“確保算力中心在各種運(yùn)行工況下安全可靠綠色高效的電力供應(yīng)，需要發(fā)揮電力調(diào)度的統(tǒng)籌調(diào)控作用，以電網(wǎng)的調(diào)度合理引導(dǎo)算力轉(zhuǎn)移，以算力的靈活調(diào)度來助力源網(wǎng)荷儲(chǔ)動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)和算力網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行工況。”
國際大電網(wǎng)委員會(huì)前副主席、前技術(shù)委員會(huì)主席馬西奧·塞赫特曼則分享了一個(gè)未來的人力問題。“這是歐洲面臨的問題，而不是中國，那就是熟練的工人缺口。我們現(xiàn)在有一個(gè)使命——吸引更多的年輕人投入電力事業(yè)當(dāng)中來，我們需要更多人，如果人不夠多的話，能源變革也不可能實(shí)現(xiàn)。”
南網(wǎng)報(bào)記者 劉杰 江濤 通訊員 盧欣
中國工程院院士李立浧:
新型電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)的技術(shù)思考
我國新能源發(fā)展迅猛。2023年，全國新增風(fēng)光等新能源裝機(jī)容量2.93億千瓦。截至2024年10月底，全國累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量約31.9億千瓦，其中新能源裝機(jī)容量約12.8億千瓦，占比已超過40%，部分區(qū)域新能源瞬時(shí)滲透率超過60%，新型電力系統(tǒng)源荷波動(dòng)強(qiáng)、場(chǎng)景規(guī)模大、狀態(tài)變化快的特性顯現(xiàn)。
以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已經(jīng)在我國部分地區(qū)、部分時(shí)段出現(xiàn)。高比例新能源接入將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特性和機(jī)理，電力系統(tǒng)要從剛性轉(zhuǎn)變成柔性，以可控、智能、靈活為特征，“無條件”接受新能源。這要求新型電力系統(tǒng)有“無限大”的功率和“無限多”的能量。
十個(gè)技術(shù)思考
新型電網(wǎng)作為能源轉(zhuǎn)換利用和輸送配置的樞紐平臺(tái)，是新型電力系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。對(duì)此，我有以下幾點(diǎn)技術(shù)思考。
第一，新型電力系統(tǒng)的核心是發(fā)展新能源、接納新能源。新型電網(wǎng)應(yīng)該做到“無條件”接受新能源，要有硬的技術(shù)措施，其中發(fā)展配電網(wǎng)是重點(diǎn)。
第二，新能源(風(fēng)、光)的波動(dòng)性、間歇性、隨機(jī)性是感性描述，但是從技術(shù)角度看可以定義為不可預(yù)測(cè)性。如果要“無條件”接納新能源，必須實(shí)現(xiàn)高精度預(yù)測(cè)新能源。構(gòu)網(wǎng)型、跟網(wǎng)型電力電子變換器對(duì)風(fēng)光等高精度預(yù)測(cè)、電力電量平衡提供支持。
第三，構(gòu)建新的電力系統(tǒng)理論。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基于機(jī)電轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的穩(wěn)定理論，高比例新能源接入導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，將不足以支撐新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。新型電力系統(tǒng)必須構(gòu)建以電力電量動(dòng)態(tài)隨機(jī)平衡為基礎(chǔ)的新理論。
第四，要辯證看待電力電子技術(shù)。由于不具備同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電力電子設(shè)備被認(rèn)為是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的挑戰(zhàn)，但其響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，使得系統(tǒng)功率、能量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡具備條件。因此，電力電子設(shè)備并不只是挑戰(zhàn)，也是建設(shè)管理好新能源的重要技術(shù)手段，高比例電力電子設(shè)備應(yīng)用正成為新型電力系統(tǒng)重要特征之一。
第五，數(shù)字化智能化是新型電力系統(tǒng)的必須。南方電網(wǎng)公司提出數(shù)字電網(wǎng)是建設(shè)新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵載體，新型電力系統(tǒng)一定要走數(shù)字化智能化的發(fā)展道路，完成新型電力系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)信息的獲取和管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能導(dǎo)航。
第六，新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)形態(tài)是“大電網(wǎng)+主動(dòng)配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”。未來電網(wǎng)格局下，大電網(wǎng)網(wǎng)架要具備新能源支撐能力，更加密集柔性暢通；配電網(wǎng)要有裕度、強(qiáng)承載，要靈活、互動(dòng)、市場(chǎng)化；微電網(wǎng)要以用戶為主體，有電力電量自平衡能力和獨(dú)立運(yùn)行能力。未來電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)“無條件”接受新能源的功能。
第七，電力市場(chǎng)要體現(xiàn)真正的市場(chǎng)機(jī)制，體現(xiàn)多主體的關(guān)鍵特征。
第八，新型電力系統(tǒng)要以用為根本。要把配用電系統(tǒng)放在核心，配用電基礎(chǔ)是關(guān)鍵。
第九，新型儲(chǔ)能應(yīng)該主要部署在負(fù)荷側(cè)。儲(chǔ)能系統(tǒng)是新型電力系統(tǒng)負(fù)荷柔性可調(diào)節(jié)的關(guān)鍵支撐，要提高利用率，納入電力電量平衡。
第十，新型電力系統(tǒng)技術(shù)革命。新型電力系統(tǒng)從理論到技術(shù)都有革命性的變化，現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化不足以支持新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。新型電力系統(tǒng)建設(shè)要與信息化、數(shù)字化、智能化深度融合，要建設(shè)柔性的新型電力系統(tǒng)。這在源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各個(gè)領(lǐng)域都有大量值得深入研究的科技課題，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的技術(shù)革命需要共同努力。
建設(shè)電力人工智能系統(tǒng)
最后，我想談一下新型電力系統(tǒng)建設(shè)與人工智能之間的關(guān)系。人工智能是電網(wǎng)“無條件”接受新能源、管理好新能源的技術(shù)基礎(chǔ)。人工智能技術(shù)使得海量新能源接入新型電力系統(tǒng)成為可能，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供智能導(dǎo)航。所以，我們必須建設(shè)電力人工智能系統(tǒng)。
電力人工智能系統(tǒng)(AIEPS)的本質(zhì)是真正具備智能屬性的強(qiáng)大軟件系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)的“超級(jí)大腦”。同時(shí)，電力人工智能系統(tǒng)必須符合電力系統(tǒng)基本物理規(guī)律，遵循電力系統(tǒng)技術(shù)原則，滿足電力系統(tǒng)應(yīng)用需求?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)開展了相關(guān)的項(xiàng)目研究，建立了五個(gè)基礎(chǔ)項(xiàng)目，有了初步的成果，正在逐步推進(jìn)。
大家知道，人工智能通用大模型ChatGPT很有名，但我們做的是電力人工智能專業(yè)大模型。通用大模型可以出錯(cuò)，可以逐步修正，但是專業(yè)大模型不行，它要具備自我糾錯(cuò)、容錯(cuò)功能，我們要有一套方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精確性、實(shí)時(shí)性。
(南網(wǎng)報(bào)記者 劉杰 根據(jù)論壇演講內(nèi)容整理)
中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司首席科學(xué)家饒宏：
建立與新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)的理論技術(shù)體系
我向大家匯報(bào)我們團(tuán)隊(duì)在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中，對(duì)電力電子化電力系統(tǒng)的體會(huì)和思考。
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1.47萬億千瓦時(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(chǎng)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(shì)：“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。”
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)?ldquo;同步發(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??；能量轉(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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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)。
(通訊員 盧欣 根據(jù)論壇演講內(nèi)容整理)
