1新型电力系统的新能源挑战

新型电力系统中，风光新能源将成为新增电源的主体，并在电源结构中占主导地位。预计到2030年和2060年，中国以风光为主的新能源装机占比会分别达到41%和70%，发电量占比将分别超过22%和58%，电力供给将朝着实现零碳化迈进。

由于新能源资源的波动性和随机性、发电设备的低抗扰性和弱支撑性，给新型电力系统带来了高效消纳、安全运行和机制体制等方面的巨大挑战。

1.1消纳挑战

大规模风电、光伏等新能源并网给新型电力系统带来了巨大消纳挑战，具体如下。

第一，新能源发电存在季节性偏差，且利用小时数低，对持续可靠供电挑战大。

第二，新能源日内功率波动大，系统常规电源调节能力不足。预估2060年全国范围内新能源日最大功率波动将超过16亿k W，超过当年火电、水电、核电等常规电源总装机容量，仅靠常规电源调节难以应对新能源日内功率波动，新能源消纳面临巨大挑战。

第三，新能源出力波动大，增加电力系统调节难度。随着新能源装机占比的不断提升，新能源出力波动越大，且新能源出力的波动随时间尺度的增加而增加。新能源出力大波动持续时间长、电量大，但部分时段出力极低。

第四，负荷高峰时刻，新能源电力支撑不足，增加电力系统调峰压力。国网统计数据显示，2018年国家电网最大负荷达到8.4亿k W，而当时的风电、光伏出力分别为2 263万k W、4 493万k W，风光发电出力合计约占负荷电力的9%。7—8月份迎峰度夏期间，新能源总发电量633亿k W·h，大约仅占7—8月份总用电量的6.1%。在负荷高峰和新能源出力低谷时，新能源对电力平衡的支撑能力较弱，增加电力系统调峰压力。

第五，新能源日前功率预测绝对误差大，增加了发电计划制定难度。风电、光伏的间歇性、随机性为需要保持发电、用电实时平衡的调度系统带来了难题。根据国家能源局统计，2017年风电省级出力15 min波动变化率大于3%的比例超过10%，较欧美国家高7%以上；新能源日前功率预测相对误差已由2011年的约14%下降至2019年的10%以下，但绝对误差由约677万k W增长到约4 147万k W。未来，新能源预测绝对误差将进一步扩大，大大增加发电计划制定的难度。

1.2安全挑战

新能源的大规模接入给新型电力系统稳定安全运行带来了巨大的安全挑战，具体如下。

新能源出力快速波动且频率和电压耐受能力不足、稳定难度加大。新能源接入电网影响低频振荡，影响系统阻尼和系统稳定性。新能源机组有功调节能力不足，导致系统频率控制能力不断下降。新能源并网出现暂态过电压问题，容易引起电压波动与闪变。次同步振荡现象频发，影响电网运行安全。新能源并网在电网故障之后的孤岛现象，导致系统运行波动明显。新能源并网影响系统潮流，系统控制的复杂性大幅增加。

1.3机制挑战

随着新能源发电成本的持续下降和平价上网时代到来，新能源将迎来大发展，给新型电力系统带来巨大机制挑战，具体如下。

加快完善辅助服务市场，明确补偿机制；加快建设区域统一电力市场，逐步建立跨省区资源优化配置与省内实时平衡的市场模式。

健全完善电力需求响应政策机制，通过峰谷电价、尖峰电价、可中断负荷电价等电价政策引导需求侧资源参与系统调节。

对碳排放权交易和市场提出新需求，深入研究碳排放权与绿证、碳金融交易市场、电力市场、可再生能源配额制之间的关系。

2应对新能源挑战的关键技术

发展高效消纳技术。在新能源发电特性方面突破集中式与分散式风光资源精细化评估技术、新能源发电多时空尺度出力特性分析技术及新能源发电监测与预测技术。在新能源消纳方面，在新能源消纳关键因素分析、新能源消纳技术措施、高比例新能源消纳、直流联络线运行方式优化提升新能源消纳、区域电网协调消纳等基础上，加快新型储能技术研发及规模化商业化应用，建立新型储能价格形成机制，推动氢制储运用和燃料电池研发，突破源网荷储协调规划技术、概率化电力电量平衡与全景运行模拟技术、电网大规模新能源承载能力提升技术。

发展抽水蓄能和太阳能光热发电等清洁经济型调节电源。抽水蓄能是当前技术最成熟、最可靠、最清洁、最经济、最具大规模开发条件的电力系统灵活调节电源，需加快发展抽水蓄能，积极建立“坚持并优化抽水蓄能两部制电价政策”，健全“抽水蓄能电站费用分摊疏导方式”的电价疏导机制；太阳能光热发电稳定可靠、调节性能优越灵活，既可以在新型电力系统中承担基荷、调峰、调频的功能，也可作为电网侧的储能电站发挥作用，与光伏、风电充分互补运行，需大力支持太阳能热发电核心原创性技术研发，不断提升在太阳能热发电站集成技术水平、第二代太阳能热发电技术方面的总体设计能力和运维水平，以及核心部件装备和关键配件制造能力。

发展数字电网与人工智能技术。数字技术与物理系统深度融合是新型电力系统显著特征。着力促进人工智能、大数据、物联网、先进信息通信等与电力系统深度融合，加快配电网改造和智能化升级，加快柔性直流输配电、新型电力系统仿真和调度运行等技术的研发、示范和推广应用，突破电力专用芯片及智能传感技术、物联感知及通信技术、数字电网一体化安全防护与支撑技术。

3新型电力系统的数字化技术研究

3.1数字化技术支撑体系

依据新型电力系统数字化技术支撑体系架构，构建包括采集、传输、存储、应用四大体系分支的新型电力系统数字技术标准体系，并在此基础上构建基础通用、安全防护、碳管理三大体系分支，推动新型电力系统数字化技术支撑体系的落地与应用，实现电网“可测、可观、可控”。

3.2数字化技术标准体系架构

结合新型电力系统业务需求，以新型电力系统数字化技术支撑框架为依据，构建包含基础层、技术支撑层、应用层的新型电力系统数字化技术标准体系架构。

基础层包括基础综合、体系架构、测试评价、规划架构等基础通用标准，位于整个体系架构最底层，对新型电力系统数字化技术标准起基础指导作用。

技术支撑层包括采集、传输、存储、碳管理、安全防护五大领域分支，其中碳管理与安全防护两大分支与采集、传输、存储分支技术密切相连，支撑新型电力系统数字化技术应用层的技术标准。

应用层包括数据运营、数据服务、数字化应用，位于整个体系架构最顶层，对照新型电力系统业务的具体需求，细化和落地数字化技术应用关键技术标准。

4结束语

本文通过对大规模新能源并网给新型电力系统在消纳、安全运行、机制体制方面带来的巨大挑战进行分析，提出了应对新能源挑战的关键技术，研究利用这些关键技术有助于有效应对新能源挑战；通过对新型电力系统的数字化技术研究，介绍了数字化技术支撑体系架构、数字化技术标准体系架构，提出了一些数字化建设方向。构建以新能源为主体的新型电力系统，研究大规模新能源并网带来的挑战和关键技术支撑，加强数字化技术研究和数字化建设，具有重要意义和技术价值。

参考文献

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