核心提示：我國西北地區新能源資源富集，近年來(lái)西北電網(wǎng)新能源發(fā)電占比持續提升。國網(wǎng)西北分部開(kāi)展西北新型電力系統青年創(chuàng )新工程，創(chuàng )新管理和技術(shù)模式，推動(dòng)新型電力系統建設。
我國西北地區風(fēng)光資源豐富，隨著(zhù)近年來(lái)新能源開(kāi)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(guò)20%，與歐盟的新能源發(fā)電量占比幾乎相同，達到國際領(lǐng)先水平，新能源利用率5年來(lái)提升至95%。
新疆哈密千萬(wàn)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(shí)際，針對高占比新能源送端電網(wǎng)電力電量平衡問(wèn)題，于今年9月起開(kāi)展西北新型電力系統青年創(chuàng )新工程，創(chuàng )新管理和技術(shù)模式，著(zhù)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(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技術(shù)創(chuàng )新聯(lián)盟的號召，聯(lián)合區域內來(lái)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建設開(kāi)展西北新型電力系統青年創(chuàng )新工程，整合科研力量，凝聚人才合力，搭建多元參與、開(kāi)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建設的重要內容和任務(wù)，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(yíng)區內多個(gè)青年創(chuàng )新團隊全面啟動(dòng)技術(shù)研究和攻關(guān)。
“隨著(zhù)新能源發(fā)電裝機占比不斷提升，源荷兩側的不確定性進(jìn)一步增大，新能源發(fā)電具有極強的隨機性和波動(dòng)性，電網(wǎng)平衡出現‘概率化’的新特征?！蔽鞅彪娏φ{度控制中心主任工程師任景說(shuō)。
目前，西北電網(wǎng)新能源發(fā)電最大出力15分鐘內最大變化量已接近1000萬(wàn)千瓦，1小時(shí)內最大變化量已達2000萬(wàn)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(wǎng)企業(yè)對平衡機理進(jìn)行再研究、再認識，才能夠科學(xué)應對新能源發(fā)電帶來(lái)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(fēng)光資源、用電負荷有明顯的時(shí)空差異、互補特性，需要統籌全網(wǎng)調節資源，實(shí)現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(kāi)展全網(wǎng)平衡，就需要將各個(gè)分區電網(wǎng)新能源發(fā)電功率存在的時(shí)空差異進(jìn)行整合，量化互聯(lián)電網(wǎng)平衡概率風(fēng)險，而分區平衡差異的整合不是簡(jiǎn)單的加和。
通過(guò)上述分析，國網(wǎng)西北分部基于歷史數據，借助模糊數學(xué)理論，通過(guò)建立大電網(wǎng)“平衡隸屬度函數”，量化電網(wǎng)平衡的概率結果，從而將具體的平衡問(wèn)題抽象成普適的數學(xué)模型，指導形成“中長(cháng)期交易發(fā)揮壓艙石作用+現貨交易平衡實(shí)時(shí)余缺”的全局最優(yōu)交易組織模式?；谠撃Ｊ?，西北地區各省級電網(wǎng)平衡協(xié)同互動(dòng)、余缺互濟，在各自平衡的基礎上有效拓展平衡空間，實(shí)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(wǎng)今年迎峰度夏期間某典型月為例，考慮中長(cháng)期交易，甘肅電網(wǎng)和新疆電網(wǎng)無(wú)法各自獨立實(shí)現電力平衡，需要優(yōu)化省間的中長(cháng)期交易電量，通過(guò)西北全網(wǎng)的支援，滿(mǎn)足電力保供要求。國網(wǎng)西北分部利用普適的數學(xué)模型，充分發(fā)揮省間聯(lián)絡(luò )斷面的交換能力，實(shí)現全網(wǎng)平衡優(yōu)化，深挖電源側、負荷側調節資源，保障了中長(cháng)期交易中的電力供應，并應用于迎峰度夏的生產(chǎn)實(shí)際。該典型月，西北電網(wǎng)跨區直流輸電線(xiàn)路連續3日大功率外送，最大外送電力達5199萬(wàn)千瓦，同比增長(cháng)27.6%，最大日外送電量達11.39億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)35.8%，有力支援了西南電網(wǎng)等地區的電力供應。
優(yōu)化新能源發(fā)電功率預測
進(jìn)一步提高新能源利用率
“隨著(zhù)新能源發(fā)電裝機容量進(jìn)一步增長(cháng)，常規火電機組的開(kāi)機空間被占用，局部電網(wǎng)平衡新能源波動(dòng)的壓力會(huì )較大?！眹W(wǎng)西北分部技術(shù)中心新能源研究室主任張小奇介紹。
在月度時(shí)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(cháng)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(xué)指導安排檢修工作。
在日前時(shí)間尺度上，國網(wǎng)西北分部建立了基于“風(fēng)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(kāi)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(guò)1500萬(wàn)千瓦，常規火電機組開(kāi)機時(shí)間大幅壓減，互聯(lián)電網(wǎng)互濟作用進(jìn)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(shí)間尺度上，隨著(zhù)新能源發(fā)電裝機容量的不斷增長(cháng)，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(wèn)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(guò)程，實(shí)現對電網(wǎng)功率波動(dòng)的提前反應、超前控制，在保證電網(wǎng)安全穩定運行的基礎上，實(shí)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(xiàn)。
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(dòng)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)調控制系統，該系統在多級斷面的潮流控制中，能夠自動(dòng)協(xié)調優(yōu)化斷面內風(fēng)電、光伏發(fā)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(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(wàn)千瓦時(shí)，同時(shí)將新能源電量消納壓力較大時(shí)段送出斷面利用率由90%提升至98%以上，通過(guò)提升斷面利用率，日均增加新能源發(fā)電量80萬(wàn)千瓦時(shí)。
提升系統“可觀(guān)性”“可控性”
更好實(shí)現平衡與安全的協(xié)調
隨著(zhù)新能源發(fā)電裝機占比不斷提高，其出力的波動(dòng)性改變了傳統電網(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(dòng)量造成日內平衡需求最大超過(guò)1100萬(wàn)千瓦，省內平衡調節能力不足，白天呈現送端電網(wǎng)特征，夜間則呈現受端電網(wǎng)特征;主導穩定問(wèn)題也隨之改變，安全與平衡間的矛盾凸顯，大電網(wǎng)安全運行統籌難度持續增大。
為了更好地實(shí)現平衡與安全的協(xié)調，國網(wǎng)西北分部創(chuàng )新解決穩定裕度的評估難題，通過(guò)引入新能源多場(chǎng)站短路比等機理分析模型，準確地觀(guān)測到新能源發(fā)電機組啟/停機等平衡調節措施對安全裕度的影響，實(shí)現安全與平衡結論相互影響程度的量化可觀(guān)，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(guò)網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)方式適應電網(wǎng)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(mǎn)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(shí)段，在安全與平衡間關(guān)系量化可觀(guān)的基礎上，青海電網(wǎng)將相關(guān)750千伏線(xiàn)路出串運行，降低短路電流水平，保證近區常規發(fā)電機組全開(kāi)機，提高青海電網(wǎng)供電能力，降低對全網(wǎng)調峰資源的依賴(lài);午間恢復正常接線(xiàn)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(wàn)～50萬(wàn)千瓦，促進(jìn)新能源電量消納。
國網(wǎng)西北分部將繼續堅持立足西北、服務(wù)西北、發(fā)展西北，持續發(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(dòng)西北新型電力系統先行示范區建設，全力服務(wù)“雙碳”目標實(shí)現。（張振宇 霍超 程松 王文倬）
