曾鸣：能源互联网技术如何应对电力系统双侧随机性变革-北极星输配电网

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电力系统广泛嵌入并深刻影响着经济社会的发展，它的任何一些运行特征的变化以及与之相应的技术升级都会影响到国家和社会的诸多方面。当前，随着能源供应和节能减排的约束日渐增强，大力发展可再生能源，提高清洁能源在电源结构中的比重将成为电力行业发展的必然趋势。大规模间歇性可再生能源并网使得供应侧的可控性逐渐降低，随机性逐渐增大，电力系统的基本运行特征也由此发生变化——由需求侧单侧随机系统转变为供需双侧随机系统。这种双侧随机性特征对电力系统安全稳定运行带来了一系列挑战，如何降低双侧随机波动对电力系统运行的影响，将是电力行业未来很长一段时间面临的重要课题。

电力系统的双侧随机性特征

电力系统运行的关键在于满足电能的实时供需平衡。传统电力系统通过调整发电机组出力满足需求侧电力负荷的随机波动，这种系统具有单侧随机性特征，通过负荷预测及优化调度可以保证电能供需平衡及电网稳定运行，电力系统的运行控制理论和实践经验主要衍生于单侧随机性系统。未来，以风能和太阳能光伏发电为主的可再生能源在整个电源结构中的比例将持续增长，由于风电和光伏发电具有波动性和间歇性特征，掌握这类机组出力的规律并对其有效预测将变得非常困难。这种情况下，供应侧也出现随机波动的特性，随着可再生能源在电源结构中的比重不断增加，供应侧随机性将更加明显。也就是说，作为促进大规模可再生能源开发利用的载体，电力系统在供需双侧都呈现出随机性特征，我们将这一特征称为双侧随机性。

电力系统双侧随机性的出现具有一定的必然性。当前的环境承载能力已经不允许化石能源大量的开发利用，传统化石能源难以支撑人类社会的可持续发展，能源结构转型已经成为全球的必然趋势。在电源结构中，可再生能源将逐步替代传统的化石能源。然而，由于可再生能源的自然属性以及当前电力系统技术的局限性，短期内无法解决可再生能源出力的间歇性和波动性问题。因此，双侧随机性将成为未来电力系统的常态化特征。

双侧随机性对电力系统的影响

在双侧随机系统中，间歇性、波动性较大的可再生能源发电给供应侧引入了一些自由变动的因素，使得供应侧变得不是完全可控，这样势必对电力系统的各方面产生巨大影响，致使电力系统的安全、经济运营面临巨大挑战。

双侧随机性对电力系统安全稳定性的影响

在双侧随机系统中，可再生能源的随机性、间歇性和波动性是对电网运行产生不利影响的主要原因。其对电网安全生产的影响主要表现在可再生能源的随机功率差额及其投切过程给电网带来的冲击，并且可再生能源出力受环境和气象等因素的影响较大，其发电设备和电气设备也容易受到波动而发生故障。因此，双侧随机系统性特征下电力系统的继电保护、安全稳定等方面将面临巨大挑战。未来，随着可再生能源比例越来越大，电力系统所面临的冲击和挑战必将不断增大，对系统稳定性的影响更为显著，严重情况下可能会使系统失去动态稳定性，导致整个电力系统瓦解。

双侧随机性对电网运行控制方式的影响

供应侧的发电出力和需求侧的负荷特性在双侧随机性系统中的变动都将具有一定的波动性和不可预测性，使得电力系统的实时供需平衡增大了难度。在这种新的外部环境下要保证系统电力供需平衡，一方面需要供应侧发电出力能够跟踪需求侧负荷的变化，另一方面还要求需求侧的电力用户能够响应系统的运行状况。然而，在目前的运行控制观念中，负荷往往被认为是刚性的，系统必须无条件地满足用户的用电需求，该控制逻辑默认用户没有能力或者不愿意改变其用电行为，需求侧资源的可控性并没有引起足够的重视。因此，电力系统原有的运行方式和控制逻辑并不适用于双侧随机系统。

双侧随机性对电网调度计划的影响

电网公司制定的调度计划是实现系统供需实时平衡的关键。传统单侧随机系统是基于对供应侧的出力控制及需求侧用户的负荷预测来制定调度计划，但在双侧随机系统中，可再生能源出力的强随机波动性、难以准确预测及反调峰的特性增大了系统调度的难度。同时，在双侧随机系统中，可调度资源除了传统的火电、水电、核电等电源外，还将增加储能设备和需求侧资源。也就是说，在双侧随机系统的调度环节，调度对象由原有的需求侧负荷不可控、供应侧出力可控的系统变成一个供应侧随机性增强、各类可控资源总量增多，但可调度质量相对较差的电力系统，同传统单侧随机系统相比，其电力调度计划的制定依据必将存在很大不同。

双侧随机性对电源规划的影响

对供应侧而言，规模化可再生能源的接入，使得电网不得不面对强随机波动的电源形式，从目前的实践来看，多能源互补是平抑可再生能源电力随机波动性的基本手段。然而，当前新能源与传统能源电源建设规划之间并不协调，随着双侧随机性特征的进一步加深，电源之间的相互影响将逐渐凸显。此外，当前针对可再生能源的电源规划明显欠缺专业性，具体表现为新电源建设与电网规划之间的不协调现象明显。例如，我国西南省份大规模水电投产后即面临大量弃水，三北地区弃风、弃光问题长期难以有效解决。供应侧电源规划的不协调问题一方面造成了资源的严重浪费，另一方面在很大程度上降低了供应侧出力的可控性，加重了双侧随机波动性对系统运行的影响。

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