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巧用数据驱动技术 应对新型电力系统挑战

2022-09-29 13:36来源:中国能源报作者:龙云关键词:新型电力系统源网荷储新能源消纳收藏点赞

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新型电力系统面临三重技术挑战

在我国“双碳”目标背景下,构建具有更强新能源消纳能力的新型电力系统已经成为电力行业转型发展方向,是构建清洁低碳安全高效的能源体系的关键环节。新型电力系统具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动等基本特征,但也面临新的技术挑战:

一是新能源成为主力电源,系统面临的源荷双重不确定性进一步加剧,系统灵活调节能力不足,电力电量平衡压力增大。风、光等新能源替代化石能源是实现降碳的关键措施,然而日益增大的新能源的随机性和波动性与日益减小的火电的调节能力将给系统带来严峻的新能源消纳与电力保供矛盾。亟需挖掘源网荷储多种灵活资源,从设备灵活性提升、电网调度能力增强、市场机制保障等多方面提升系统的电力电量平衡能力。

二是大量电力电子设备并网,系统惯量大幅降低,针对各类扰动下系统的安全稳定运行风险增大。相比于旋转电机,电力电子设备一方面转动惯量低,另一方面控制方式复杂,使得电力电子化电力系统的动态特性不清,稳定机理不明,因而研究安全稳定的控制保护方法缺乏理论分析方法的基础。目前构筑于以传统同步发电机为主体之上的系统运行控制理论与技术,难以满足新型电力系统的安全运行要求,系统基础理论、分析方法、控制技术亟需全面变革与突破。

三是配用电形态发生巨大变化,分布式资源大量接入,负荷侧互动能力进一步加强,给系统的可观可控可测能力带来难题。“双碳”目标下,大规模分布式新能源将接入配电网,使配电网潮流呈现多向性、随机性;与此同时,电动汽车的规模化发展,以及需求侧响应的不断推进,使负荷的时空特性变得更为复杂,给系统电能质量、经济性、可靠性带来难题。为了高效优化调配这些海量分布式资源,亟需先进的信息与通信技术提升系统可观、可测、可控能力,解决多元异构数据融合带来的互操作问题。

新型电力系统面临的上述挑战本质上是由于系统呈现出了更高的不确定性、控制复杂、弱惯性、数量大、分散化的特点,而现有以同步发电机为基础电力系统的分析方法及运行控制技术难以解决上述难点,需要我们从其他视角挖掘新的方法和技术。

数据驱动技术优势明显

近年来,随着电力能源领域的数字化转型,电力系统的发、输、配、用各个环节涌现了海量的数据,而信息领域中以大数据、人工智能等数据驱动的技术,使得从电力系统中的海量数据中挖掘新型电力系统特性的内在规律成为可能,从而实现能量流和信息流的深度融合,促进各类资源大范围的优化配置。基于数据驱动的电力系统分析方法和运行控制技术具有弥补传统基于模型的理论体系的不足,解决新型电力系统面临挑战的优势,体现在以下几个方面:

一是基于数据驱动的新型电力系统分析方法。新型电力系统的源侧和荷侧都发生深刻变化,传统的电源和负荷建模方法无法有效反映新元素的动态特性,而数据驱动方法擅长高维非线性特性的表征能力,采用基于数据驱动的源荷建模方法具有描述源荷复杂动态特性的技术优势;新型电力系统由于多重不确定性,潮流计算面临短时执行海量场景分析的计算瓶颈,基于数据驱动的潮流计算方法能够实现海量场景的高精度快速计算。

二是基于数据驱动的新型电力系统稳定性分析方法。新型电力系统的“双高”特性使其具有强非线性和复杂动态特性,其系统稳定机理尚不明确,传统的基于模型的稳定性分析方法不能反映所有可能的运行方式和故障场景。需要通过海量数据实现扰动识别,评估系统线路过载、电压越限等静态安全特性,并根据暂态特性的海量数据实现暂态安全运行风险的评估方法,为系统稳定性分析提供新方法。

三是基于数据驱动的新型电力系统保护控制方法。随着大规模电力电子设备的并网,由于逆变器的控制特性,使系统的短路电流特性以及故障特征与传统系统差别较大,给故障分析识别和保护控制带来困难。基于数据驱动的方法可以通过建立多源数据与故障特征、短路电流特性的映射关系,揭示影响故障特征的关键因素和机理,可以有效实现新型电力系统下的故障分析与类型甄别。

四是基于数据驱动的新型电力系统优化运行方法。新型电力系统由于新能源急剧波动、海量设备离散运行、源网荷储互动,传统基于物理模型的运行决策方法面临复杂度急剧增大的难点,难以满足在线应用的需求。利用海量运行数据,构建深度强化学习机制,并通过数据积累对学习模型进行持续修正和自我学习能力,实现复杂场景下决策的精度和效率。

五是面向对象的数据融合与资源协同。新型电力系统具有海量异构设备接入的特征,给传统的集中式的调控机制带来挑战,而分布式调控机制离不开面向对象的分布式信息架构,需要建立不同业务对象的信息交互机制,提出源网荷储异构数据模型的映射方法,实现各类差异化资源的有效协同。

新型电力系统作为一个具有海量数据的复杂系统,有望通过数字化建设,借助海量数据的价值,从新的视角认识新型电力系统的内在机理和特性,助力突破新型电力系统面临的技术难题。相信随着电力行业的数字化转型的步伐不断加快,以数据为工具的新型电力系统分析方法和运行控制技术将会得到学术界和工业界的高度重视,促进新型电力系统建设的蓬勃发展。

(作者系中国南方电网有限责任公司广东电网广州供电局副总经理)

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