新型电力系统的安全稳定控制技术发展与展望-undefined

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摘要：近几年，国网在华东、华北、华中等负荷受端地区大规模建设精细化切负荷系统，通过光纤或无线通信方式将切除的负荷开入深入到用户侧进线开关。南网也在深圳试点建设了精细化切负荷系统，主要切除的是配网环网柜的负荷开关。这些精细化切负荷系统主要存在的困难是：切负荷终端数量庞大、主站和切负荷中断通讯困难、建设成本高、用户不愿意配合等等，所以未来的稳控精细化切负荷必须利用租用高速可靠的5G通信网络形式，减少建设和运维成本，并和需求侧响应系统配合实现精细化切负荷。需求侧响应系统可以通过市场化补偿等方式提高用户调峰、切负荷积极性。

来源：北极星输配电网作者：王刚（广西电网电力调度控制中心）

一、安全稳定控制技术发展简史

电力系统安全稳定控制技术是随着现代科学技术进步和电力系统的发展而同步发展起来的，17世纪到19世纪末，Newton、Lyapunov、Blonde等科学家相继建立了电力系统潮流计算和稳定分析的基础理论。20世纪70年代以来，PSCAD、BPA等大型电力系统计算机仿真软件开发出来并得到广泛应用。

从装置制造技术发展来看，20世纪以来，继电器、晶体管和集成电路相继应用到稳控装置，电力线载波、微波通信也逐步应用于装置之间的通信。进入90年代，微机型保护和光纤通信开始得到广泛应用到今天。

1981年，原电力工业部颁发了《电力系统安全稳定导则（1981）》，第一次明确了稳控系统作为保障电力系统安全稳定运行的第二道防线。2001年，电网运控标委会牵头对导则进行了首次修订。2019年，针对新能源、特高压交流和直流大规模发展的趋势，电网运控标委会牵头进行了第二次修订，颁布了国家强制性标准《电力系统安全稳定导则（GB 38755-2019）》，为未来20年的电网安全稳定运行指明了方向。

二、当前安全稳定控制技术面临的问题和挑战

近几年来，风电、光伏等新能源大规模接入电网，新能源装机容量越来越大，占全部电源装机比例越来越高。截止2020年底，我国新能源装机容量达5.6亿千瓦，约占总电源装机的25.6%，新能源发电量仅占总发电量的8%。另外，特高压、超高压直流工程一直在持续投产，截止2021年6月，国网已累计建成投运13项特高压直流工程，南网也累计建成投运4项特高压7项超高压直流工程。

当前安全稳定控制技术及装置应用存在不少的问题和挑战，具体如下：

第一，新能源场站相比传统火电厂水电，存在数量大、点多面广、业主主体多元等新情况。目前南网区域集中式新能源超过超过800个，企业主体超过400家，这些企业对新能源场站的技术管理基础相对薄弱。传统的稳控切机措施只针对本地的数量很小的机组，无法适应大规模、分散式的新能源机组；另外，如果在新能源场站大规模配置稳控装置，由于稳控装置单价较高，成本将会成为新能源企业难以承受之重，电网对数量庞大的新能源稳控装置管理也存在很大的难度。

第二，负荷侧用户对电网企业供电要求越来越高，传统的切110kV及以上线路的粗放式切负荷颗粒度太大，难以满足对重要用户可靠供电的要求。另外，随着大规模分布式新能源接入负荷侧，如果采用粗放式切负荷，导致大量分布式新能源一同切除，可能会起恶化系统安全稳定运行的负面效果。

第三，当前的稳控策略都是离线分析计算出来的，设定几个典型方式，采用基于转子运动方程的稳定性仿真结果，制定稳控策略。但是新能源机组没有转子运动，没有相应惯量和电压、频率支撑能力，所以现有的软件无法精确仿真新能源机组的动态特性，也就无法制定出适应于电网的稳控策略。另一方面，由于新能源出力的随机性、波动性和间歇性，系统潮流的变化将会越来越随机和无序，难以提前预知几种典型方式去模拟实际系统运行方式变化。

三、未来的电力系统安全稳定控制技术发展展望

在“30.60”碳达峰碳中和的背景下，未来的电力系统将会发生结构性变化，一个是新能源比例越来越高，成为电力系统的主力电源，另一个是电力电子设备比例也越来越高，成为影响电力系统稳定性的根本因素，为了适应“双高”的新型电力系统的安全稳定运行和灵活控制，安全稳定控制技术也将在一下几个方面发生根本性变化：

（一）新型稳定原理的稳控策略及装置使用

适应新型电力系统的、精确描述新能源、直流等元件特性模型的仿真软件DSP实用化后，利用DSP进行新型电力系统惯量、宽频振荡、电压频率耐受能力、无功支撑能力进行电磁暂态仿真分析，根据分析结果制定新型稳控策略。

电网企业组织各稳控设备厂家根据新型稳控策略，开发出新型稳控装置，在新型电力系统得到推广应用。

（二）全域实时稳控系统建设

为适应新型电力系统安全稳定运行要求，未来将全面推广应用标准化稳控装置，并标配到所有220kV及以上厂站，接入所有影响安全稳定运行的一次设备模拟量和开关量，220kV厂站稳控装置信息汇集到500kV厂站稳控装置，再汇集到调度端全域实时稳控系统主站，主站利用OCS系统数据、发电计划和负荷预测结果等，实时进行安全校核和稳定分析，制定在线稳控策略并发送到各级厂站执行。

（三）稳控系统智能运维技术广泛应用

为充分利用数字电网技术，实现机器代人，解决大规模新能源场站数量庞大的稳控装置管理问题，未来电力系统的稳控系统将会广泛使用远程智能运维技术，所有新能源场站、变电站实现无人值守，集控中心通过机器人、摄像头等对稳控装置外部运行状况进行监视分析，通过调度端安自管理系统对稳控装置的内部运行状态进行监视分析，并将分析结果直接推送给监控和运维人员。

运维人员也可以远程使用调度端安自管理系统实现定值更改、定值取切换、装置投退、在线策略校验、通道检查等工作，大大提高工作效率。

（四）稳控系统大规模新能源灵活调控技术应用

未来电力系统的稳控系统根据稳控策略计算出需切量后，通过2M光纤、5G等高速可靠通信网络向大规模的新能源机组发送调节指令，不必直接切机。

另外，当调控对象是数量庞大的新能源机组后，利用功率预测系统、优先级、当前功率等进行新能源机组调节量最优分配。

（五）稳控系统大规模终端负荷切除技术应用

近几年，国网在华东、华北、华中等负荷受端地区大规模建设精细化切负荷系统，通过光纤或无线通信方式将切除的负荷开入深入到用户侧进线开关。南网也在深圳试点建设了精细化切负荷系统，主要切除的是配网环网柜的负荷开关。这些精细化切负荷系统主要存在的困难是：切负荷终端数量庞大、主站和切负荷中断通讯困难、建设成本高、用户不愿意配合等等，所以未来的稳控精细化切负荷必须利用租用高速可靠的5G通信网络形式，减少建设和运维成本，并和需求侧响应系统配合实现精细化切负荷。需求侧响应系统可以通过市场化补偿等方式提高用户调峰、切负荷积极性。

相信，未来几十年，在“30.60”碳达峰碳中和目标逐步挺近的过程中，南方电网一定会在新型电力系统建设发展过程中，研究除适应新型电力系统的稳定基础理论，开发出适应新型电力系统的稳控系统，保障新型电力系统的安全稳定运行，满足人民美好生活对电力的需求。

( 来源: 北极星输配电网作者: 王刚 )

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