核心提示：我國西北地區(qū)新能源資源富集，近年來西北電網(wǎng)新能源發(fā)電占比持續(xù)提升。國網(wǎng)西北分部開展西北新型電力系統(tǒng)青年創(chuàng)新工程，創(chuàng)新管理和技術模式，推動新型電力系統(tǒng)建設。
我國西北地區(qū)風光資源豐富，隨著近年來新能源開發(fā)利用力度不斷加大，西北電網(wǎng)高占比新能源送端電網(wǎng)特征日益突出。截至目前，西北電網(wǎng)新能源發(fā)電量占總發(fā)電量的比重超過20%，與歐盟的新能源發(fā)電量占比幾乎相同，達到國際領先水平，新能源利用率5年來提升至95%。
新疆哈密千萬千瓦級新能源基地。
國家電網(wǎng)有限公司西北分部結合西北電網(wǎng)運行實際，針對高占比新能源送端電網(wǎng)電力電量平衡問題，于今年9月起開展西北新型電力系統(tǒng)青年創(chuàng)新工程，創(chuàng)新管理和技術模式，著力構建適應新型電力系統(tǒng)建設的新型平衡體系。
強化大電網(wǎng)平衡機理研究
助力迎峰度夏電力保供
9月，國網(wǎng)西北分部響應公司發(fā)起成立的新型電力系統(tǒng)技術創(chuàng)新聯(lián)盟的號召，聯(lián)合區(qū)域內(nèi)來自電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、高校、科研機構、設備制造企業(yè)的眾多青年創(chuàng)新團隊，正式面向新型電力系統(tǒng)建設開展西北新型電力系統(tǒng)青年創(chuàng)新工程，整合科研力量，凝聚人才合力，搭建多元參與、開放共享的創(chuàng)新平臺。新型平衡體系構建作為新型電力系統(tǒng)建設的重要內(nèi)容和任務，已被列入“新青創(chuàng)”工程首批研究課題。國網(wǎng)西北分部聯(lián)合經(jīng)營區(qū)內(nèi)多個青年創(chuàng)新團隊全面啟動技術研究和攻關。
“隨著新能源發(fā)電裝機占比不斷提升，源荷兩側的不確定性進一步增大，新能源發(fā)電具有極強的隨機性和波動性，電網(wǎng)平衡出現(xiàn)‘概率化’的新特征。”西北電力調(diào)度控制中心主任工程師任景說。
目前，西北電網(wǎng)新能源發(fā)電最大出力15分鐘內(nèi)最大變化量已接近1000萬千瓦，1小時內(nèi)最大變化量已達2000萬千瓦。任景表示，傳統(tǒng)的電力電量平衡分析方法已不能很好地應對當前形勢，需要電網(wǎng)企業(yè)對平衡機理進行再研究、再認識，才能夠科學應對新能源發(fā)電帶來的不確定性。
西北地區(qū)占我國陸地總面積的近三分之一，區(qū)域內(nèi)風光資源、用電負荷有明顯的時空差異、互補特性，需要統(tǒng)籌全網(wǎng)調(diào)節(jié)資源，實現(xiàn)在更大范圍的平衡優(yōu)化，應對新能源發(fā)電的不確定性。開展全網(wǎng)平衡，就需要將各個分區(qū)電網(wǎng)新能源發(fā)電功率存在的時空差異進行整合，量化互聯(lián)電網(wǎng)平衡概率風險，而分區(qū)平衡差異的整合不是簡單的加和。
通過上述分析，國網(wǎng)西北分部基于歷史數(shù)據(jù)，借助模糊數(shù)學理論，通過建立大電網(wǎng)“平衡隸屬度函數(shù)”，量化電網(wǎng)平衡的概率結果，從而將具體的平衡問題抽象成普適的數(shù)學模型，指導形成“中長期交易發(fā)揮壓艙石作用+現(xiàn)貨交易平衡實時余缺”的全局最優(yōu)交易組織模式。基于該模式，西北地區(qū)各省級電網(wǎng)平衡協(xié)同互動、余缺互濟，在各自平衡的基礎上有效拓展平衡空間，實現(xiàn)了外送電量、新能源電量消納空間“1+1>2”的新突破。
以西北電網(wǎng)今年迎峰度夏期間某典型月為例，考慮中長期交易，甘肅電網(wǎng)和新疆電網(wǎng)無法各自獨立實現(xiàn)電力平衡，需要優(yōu)化省間的中長期交易電量，通過西北全網(wǎng)的支援，滿足電力保供要求。國網(wǎng)西北分部利用普適的數(shù)學模型，充分發(fā)揮省間聯(lián)絡斷面的交換能力，實現(xiàn)全網(wǎng)平衡優(yōu)化，深挖電源側、負荷側調(diào)節(jié)資源，保障了中長期交易中的電力供應，并應用于迎峰度夏的生產(chǎn)實際。該典型月，西北電網(wǎng)跨區(qū)直流輸電線路連續(xù)3日大功率外送，最大外送電力達5199萬千瓦，同比增長27.6%，最大日外送電量達11.39億千瓦時，同比增長35.8%，有力支援了西南電網(wǎng)等地區(qū)的電力供應。
優(yōu)化新能源發(fā)電功率預測
進一步提高新能源利用率
“隨著新能源發(fā)電裝機容量進一步增長，常規(guī)火電機組的開機空間被占用，局部電網(wǎng)平衡新能源波動的壓力會較大。”國網(wǎng)西北分部技術中心新能源研究室主任張小奇介紹。
在月度時間尺度上，國網(wǎng)西北分部率先將新能源發(fā)電功率預測周期拓展至周以上，強化提升新能源發(fā)電功率長周期預測準確性，并建立分級預警機制及生產(chǎn)效能管理體系，量化評估設備停運檢修對新能源電量消納的影響，科學指導安排檢修工作。
在日前時間尺度上，國網(wǎng)西北分部建立了基于“風險可控”原則的新能源發(fā)電功率預測納入日前備用方法，指導安排機組開機方式和出力計劃。截至目前，在西北電網(wǎng)日前計劃安排中，工作人員根據(jù)新能源發(fā)電功率預測結果，將新能源發(fā)電功率納入次日備用的最大量已超過1500萬千瓦，常規(guī)火電機組開機時間大幅壓減，互聯(lián)電網(wǎng)互濟作用進一步發(fā)揮，有效拓展了全網(wǎng)新能源發(fā)電空間。
在超短期時間尺度上，隨著新能源發(fā)電裝機容量的不斷增長，系統(tǒng)最小快速調(diào)節(jié)資源的配置需求不斷增加，系統(tǒng)調(diào)節(jié)成本將持續(xù)上升。針對上述問題，國網(wǎng)西北分部建立網(wǎng)省復雜級聯(lián)斷面的多目標協(xié)同優(yōu)化模型，將新能源發(fā)電功率預測納入控制過程，實現(xiàn)對電網(wǎng)功率波動的提前反應、超前控制，在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的基礎上，實現(xiàn)新能源電量消納最大化和送出通道利用最大化。
750千伏新疆伊庫二線。
新能源發(fā)電功率預測的精度越高，考慮新能源預測的“主動響應”控制模式性能就越好。國網(wǎng)西北分部構建了高占比新能源電網(wǎng)智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在多級斷面的潮流控制中，能夠自動協(xié)調(diào)優(yōu)化斷面內(nèi)風電、光伏發(fā)電、水電、火電機組的出力值，為斷面內(nèi)新能源電量的釋放提供空間，提高新能源電量的利用率。以陜西電網(wǎng)陜北級聯(lián)送出斷面為例，2021年冬季日均釋放新能源發(fā)電空間140萬千瓦時，同時將新能源電量消納壓力較大時段送出斷面利用率由90%提升至98%以上，通過提升斷面利用率，日均增加新能源發(fā)電量80萬千瓦時。
提升系統(tǒng)“可觀性”“可控性”
更好實現(xiàn)平衡與安全的協(xié)調(diào)
隨著新能源發(fā)電裝機占比不斷提高，其出力的波動性改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)相對固定的運行模式。以青海電網(wǎng)為例，其新能源出力波動量造成日內(nèi)平衡需求最大超過1100萬千瓦，省內(nèi)平衡調(diào)節(jié)能力不足，白天呈現(xiàn)送端電網(wǎng)特征，夜間則呈現(xiàn)受端電網(wǎng)特征;主導穩(wěn)定問題也隨之改變，安全與平衡間的矛盾凸顯，大電網(wǎng)安全運行統(tǒng)籌難度持續(xù)增大。
為了更好地實現(xiàn)平衡與安全的協(xié)調(diào)，國網(wǎng)西北分部創(chuàng)新解決穩(wěn)定裕度的評估難題，通過引入新能源多場站短路比等機理分析模型，準確地觀測到新能源發(fā)電機組啟/停機等平衡調(diào)節(jié)措施對安全裕度的影響，實現(xiàn)安全與平衡結論相互影響程度的量化可觀，為精益化電網(wǎng)運行控制措施提供了輔助決策手段。在此基礎上，國網(wǎng)西北分部還拓展了750千伏網(wǎng)架結構的柔性可控能力，通過網(wǎng)絡接線方式適應電網(wǎng)穩(wěn)定特征的快速、柔性切換，適應送受端的特征變化趨勢，更好地滿足安全與平衡的需求。
今年夏季水電大發(fā)期間的晚高峰時段，在安全與平衡間關系量化可觀的基礎上，青海電網(wǎng)將相關750千伏線路出串運行，降低短路電流水平，保證近區(qū)常規(guī)發(fā)電機組全開機，提高青海電網(wǎng)供電能力，降低對全網(wǎng)調(diào)峰資源的依賴;午間恢復正常接線方式，提高局部電網(wǎng)電壓支撐水平，拓展新能源電量消納空間30萬～50萬千瓦，促進新能源電量消納。
國網(wǎng)西北分部將繼續(xù)堅持立足西北、服務西北、發(fā)展西北，持續(xù)發(fā)揮“新青創(chuàng)”工程作用，創(chuàng)新完善新型平衡體系等各項工作，加速推動西北新型電力系統(tǒng)先行示范區(qū)建設，全力服務“雙碳”目標實現(xiàn)。（張振宇 霍超 程松 王文倬）
作者：張振宇 霍超 程松 王文倬
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