西北電網著力構建新型平衡體系 保供應促消納穩外送

　　核心提示：我國西北地區新能源資源富集，近年來西北電網新能源發電占比持續提升。國網西北分部開展西北新型電力系統青年創新工程，創新管理和技術模式，推動新型電力系統建設。

　　我國西北地區風光資源豐富，隨著近年來新能源開發利用力度不斷加大，西北電網高占比新能源送端電網特征日益突出。截至目前，西北電網新能源發電量占總發電量的比重超過20%，與歐盟的新能源發電量占比幾乎相同，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。

　　國家電網有限公司西北分部結合西北電網運行實際，針對高占比新能源送端電網電力電量平衡問題，于今年9月起開展西北新型電力系統青年創新工程，創新管理和技術模式，著力構建適應新型電力系統建設的新型平衡體系。

　　強化大電網平衡機理研究

　　助力迎峰度夏電力保供

　　9月，國網西北分部響應公司發起成立的新型電力系統技術創新聯盟的號召，聯合區域內來自電網企業、發電企業、高校、科研機構、設備制造企業的眾多青年創新團隊，正式面向新型電力系統建設開展西北新型電力系統青年創新工程，整合科研力量，凝聚人才合力，搭建多元參與、開放共享的創新平臺。新型平衡體系構建作為新型電力系統建設的重要內容和任務，已被列入“新青創”工程首批研究課題。國網西北分部聯合經營區內多個青年創新團隊全面啟動技術研究和攻關。

　　“隨著新能源發電裝機占比不斷提升，源荷兩側的不確定性進一步增大，新能源發電具有極強的隨機性和波動性，電網平衡出現‘概率化’的新特征。”西北電力調度控制中心主任工程師任景說。

　　目前，西北電網新能源發電最大出力15分鐘內最大變化量已接近1000萬千瓦，1小時內最大變化量已達2000萬千瓦。任景表示，傳統的電力電量平衡分析方法已不能很好地應對當前形勢，需要電網企業對平衡機理進行再研究、再認識，才能夠科學應對新能源發電帶來的不確定性。

　　西北地區占我國陸地總面積的近三分之一，區域內風光資源、用電負荷有明顯的時空差異、互補特性，需要統籌全網調節資源，實現在更大范圍的平衡優化，應對新能源發電的不確定性。開展全網平衡，就需要將各個分區電網新能源發電功率存在的時空差異進行整合，量化互聯電網平衡概率風險，而分區平衡差異的整合不是簡單的加和。

　　通過上述分析，國網西北分部基于歷史數據，借助模糊數學理論，通過建立大電網“平衡隸屬度函數”，量化電網平衡的概率結果，從而將具體的平衡問題抽象成普適的數學模型，指導形成“中長期交易發揮壓艙石作用+現貨交易平衡實時余缺”的全局最優交易組織模式。基于該模式，西北地區各省級電網平衡協同互動、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，甘肅電網和新疆電網無法各自獨立實現電力平衡，需要優化省間的中長期交易電量，通過西北全網的支援，滿足電力保供要求。國網西北分部利用普適的數學模型，充分發揮省間聯絡斷面的交換能力，實現全網平衡優化，深挖電源側、負荷側調節資源，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實際。該典型月，西北電網跨區直流輸電線路連續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等地區的電力供應。

　　優化新能源發電功率預測

　　進一步提高新能源利用率

　　“隨著新能源發電裝機容量進一步增長，常規火電機組的開機空間被占用，局部電網平衡新能源波動的壓力會較大。”國網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，國網西北分部率先將新能源發電功率預測周期拓展至周以上，強化提升新能源發電功率長周期預測準確性，并建立分級預警機制及生產效能管理體系，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，國網西北分部建立了基于“風險可控”原則的新能源發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，在西北電網日前計劃安排中，工作人員根據新能源發電功率預測結果，將新能源發電功率納入次日備用的最大量已超過1500萬千瓦，常規火電機組開機時間大幅壓減，互聯電網互濟作用進一步發揮，有效拓展了全網新能源發電空間。

　　在超短期時間尺度上，隨著新能源發電裝機容量的不斷增長，系統最小快速調節資源的配置需求不斷增加，系統調節成本將持續上升。針對上述問題，國網西北分部建立網省復雜級聯斷面的多目標協同優化模型，將新能源發電功率預測納入控制過程，實現對電網功率波動的提前反應、超前控制，在保證電網安全穩定運行的基礎上，實現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。國網西北分部構建了高占比新能源電網智能協調控制系統，該系統在多級斷面的潮流控制中，能夠自動協調優化斷面內風電、光伏發電、水電、火電機組的出力值，為斷面內新能源電量的釋放提供空間，提高新能源電量的利用率。以陜西電網陜北級聯送出斷面為例，2021年冬季日均釋放新能源發電空間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，日均增加新能源發電量80萬千瓦時。

　　提升系統“可觀性”“可控性”

　　更好實現平衡與安全的協調

　　隨著新能源發電裝機占比不斷提高，其出力的波動性改變了傳統電網相對固定的運行模式。以青海電網為例，其新能源出力波動量造成日內平衡需求最大超過1100萬千瓦，省內平衡調節能力不足，白天呈現送端電網特征，夜間則呈現受端電網特征;主導穩定問題也隨之改變，安全與平衡間的矛盾凸顯，大電網安全運行統籌難度持續增大。

　　為了更好地實現平衡與安全的協調，國網西北分部創新解決穩定裕度的評估難題，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電機組啟/停機等平衡調節措施對安全裕度的影響，實現安全與平衡結論相互影響程度的量化可觀，為精益化電網運行控制措施提供了輔助決策手段。在此基礎上，國網西北分部還拓展了750千伏網架結構的柔性可控能力，通過網絡接線方式適應電網穩定特征的快速、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，青海電網將相關750千伏線路出串運行，降低短路電流水平，保證近區常規發電機組全開機，提高青海電網供電能力，降低對全網調峰資源的依賴;午間恢復正常接線方式，提高局部電網電壓支撐水平，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。

　　國網西北分部將繼續堅持立足西北、服務西北、發展西北，持續發揮“新青創”工程作用，創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先行示范區建設，全力服務“雙碳”目標實現。（張振宇 霍超 程松 王文倬）