观察 | 构建新型电力系统的创新实践分析

构建新型电力系统的创新实践分析——以福建示范项目建设为例

一、福建提出“三大三先”新型电力系统建设模式

新型电力系统是新型能源体系的重要组成，是推动能源低碳转型、助力实现“双碳”目标的重要支撑。今年7月，中央全面深化改革委员会第二次会议审议通过了《关于深化电力体制改革加快构建新型电力系统的指导意见》，指出要加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统，要科学合理设计新型电力系统建设路径。

2021年，国家电网有限公司将福建省确立为推进新型电力系统建设的3个省级示范区之一。经过两年的理论研究和实践探索，国网福建省电力有限公司（以下简称国网福建电力）总结提出打造“三大三先”（打造东南清洁能源大枢纽、高能级配电网大平台、“数字闽电”大生态，实现清洁发展水平领先、安全稳定水平领先、效率效益水平领先）省级高质量发展示范电网建设目标，为新型电力系统建设示范了福建模式。

二、福建新型电力系统建设典型案例分析

国网福建电力充分依托福建清洁资源禀赋优越、电源结构多元灵活、电力系统供需平衡、供电区域场景多样的特征和基础，以打造东南清洁能源大枢纽、高能级配电网大平台、“数字闽电”大生态为抓手，努力实现清洁发展水平领先、安全稳定水平领先、效率效益水平领先的目标，高标推进新型电力系统省级示范区建设。本文选择了三个典型的示范项目进行具体分析，以供借鉴参考。

（一）平潭岛全绿电供应

1.基本情况

福建平潭岛是全国第五大岛屿，地处台湾海峡与海坛海峡之间的突出部位，由于“狭管效应”影响，岛上风力资源丰富，全年平均风速6.5~8.5米/秒，8级以上大风日大于90天。

强劲的海风，曾为平潭海峡公铁大桥的建设带来不小的难度。化风为宝，2021年12月，平潭海峡公铁两用大桥照明工程分散式风电项目建成并网，通过配套风电装机供电，对大桥全线公路层两侧、主塔和拉索等关键位置进行景观照明。该工程是国内首个分散式海上风电项目，也是采用“自发自用、余量上网”模式，实现清洁能源就地利用的全绿电代表性工程。

为满足“绿电”全量送出需求，国网平潭供电公司全力推进配套电网工程建设，2012年以来累计投资19.06亿元，新建110千伏及以上变电站6座，形成贯通平潭岛南北的220千伏双电源链式结构，与福州新区电网一起形成坚强环网。通过优化平潭主干电网的网架结构，绿色风电不仅可满足本地用电需求，还进一步向岛外输送，推动经济社会绿色化、低碳化发展。

2.取得成果

平潭岛实现大型岛屿全绿电供应。绿色风电不仅能满足本地用电需求，还能向岛外输送。风电年利用小时数接近4000小时。今年1—8月，平潭综合实验区清洁能源发电量共计12.56亿千瓦时，是全社会用电量（8.46亿千瓦时）1.48倍，清洁能源装机容量占比100%，可每年减少碳排放近204万吨。预计“十四五”期间，平潭风电总装机容量将达187.83万千瓦。

3.经验分析

（1）平潭岛是全国首个海上分散式风电并网发电项目。2021年12月，全国首个海上分散式风电项目——平潭海上分散式风电实验项目投入运营，探索出海上风电发展新路径。项目不仅能为平潭地区提供优质电能，助力平潭地区新型电力系统建设，作为全国首个海上分散式风电项目，也为海上风电的建设增加一条新途径，对开发建设海上分散式风电项目具有示范引领作用，成为海上风电项目的一个里程碑。项目主供平潭海峡跨海大桥日常用电，自发自用，余电通过35千伏桥缆接入110千伏官树下变电站在平潭就地消纳。

（2）保障绿电入网消纳及输出。为保障绿电消纳及输出，平潭主要开展了三方面工作：一是建强主配网网架结构，10~110千伏坚强配网保障绿电就地消纳，盛风期时通过220千伏桥缆线路向福州市长乐区输出绿电；二是通过建设120兆瓦共享储能电站，补强电网调节绿电的能力；三是大力推广电能替代，提升绿电就地消纳能力。国网平潭供电公司以“全绿电”为基础精准施策，打造高承载坚强主网架，做好清洁能源消纳、电能替代、绿色调度和电网节能改造等工作，助推“双碳”目标实现。

（二）厦门高能级配电网

1.基本情况

厦门是福建省唯一的新型电力系统市级示范区，国网福建电力持续高起点、高标准打造厦门高能级配电网，聚力形成供电高可靠、网架高承载的能量配置枢纽，信息高融合、状态全感知的智慧物联体系，源荷高聚合、灵活全接入的开放共享平台，服务高品质、低碳高能效的能源服务生态，为厦门城市建设提供优质可靠的供电保障。

2.取得成果

2022年，厦门全市供电可靠率达99.9944%，持续位居福建省首位、国内第一梯队，达到国际先进水平。厦门市“获得电力”指标获评“全国标杆”，连续五年（2018—2022年）排名省内第一（2023年未开始评选）。2022年供电可靠性管理经验获评全国质量标杆。

厦门全市自动化终端覆盖率100%，清洁能源消纳100%，厦门配电网居国内领先水平。

在智能互动方面，厦门城区主次干层的“三遥”覆盖率已达100%，10千伏馈线全部实现全自动FA功能，可在1分钟之内实现网络重构，智能化水平高于东京，在配电自动化主站功能应用方面优于新加坡（2018年提法，现在暂无参照）。

在运维管理方面，国网厦门供电公司践行“运维跑在故障前”，全面推进现代设备管理体系建设，建成新一代变电集控系统，打造贴近设备、适应数值化转型的中台组织。目前已完成102座变电站远程智能巡视建设及应用，建成四个无人机输变配协同自主巡检示范区，搭建“纤网先知”光纤防外破系统，实现对核心片区电力管道的实时监测和主动预警，强化设备状态全景感知。

实现用户零停电感知。厦门在全省首批试点打造“零计划停电”示范区，一方面推进带电作业工器具迭代、装备智能化升级、管理数字化转型，提升“全专业、全地形、智能化”的不停电作业能力，推进不停电作业管理与技术水平提升；另一方面加强停电检修过程管控，细化计划停电过程关键环节管控，压降工程建设引起的计划停电次数与时间。截至目前，厦门“零计划停电”示范区已扩展至9个，惠及用电户近18.6万户。

3.经验分析

（1）打造“钻石”型配电网。“钻石”型配电网是厦门市高能级配电网建设的重要内容，也是厦门新型电力系统示范试点工程之一。“钻石”配电网示范项目构建了以开关站为核心主干网、配电室为次干网的双环网高能级配电网架，并配置“光差保护+自愈”功能，实现配电网网架结构再次升级。“钻石”网架具有3个特点：实现故障快速自愈，400毫秒内可完成故障隔离重构，区域供电可靠率提升至99.999%以上；转供能力强，不同变电站双侧供电，负荷转供能力达100%，满足检修方式下“N-1”安全校验；适应能力强，基于纵联电流差动保护，适应大量分布式能源接入，且满足环网合环运行条件。厦门市力争年底前再完成26组“钻石”型网架项目的储备。

（2）云端调控源荷储。厦门供电公司依托省级调控云平台，探索构建多元源网荷储聚合的新型能源自治体系，创新“省—地—配—台—户”分层协同调控模式，贯通了500千伏省级电网至0.4千伏末梢电网，在网的每个节点设备都一览无余。相较于原电网调度的“源随荷动”模式，现在调度侧通过省地一体化中低压负荷预测、精准负荷控制、分布式能源群调群控等新技术，构建了统筹全网全电压等级可调节资源，分层分区精细化调节电网的“源网荷储协同互动”新模式。厦门供电公司对配电网负荷成分进行识别划分，针对各类行业负荷及分布式电源的特征，建立预测模型，实现配电网负荷的精细化预测；通过功率群调群控模块，规模化开展直调分布式光伏、自治台区、分布式储能协同互济；与虚拟电厂平台联动实现对馈线、母线及变电站的可调节负荷量分析、调用，并实现紧急情况下开展主配协同精准负荷控制。

（3）构建虚拟电厂平台。今年6月，福建省首个虚拟电厂平台在厦门上线运行。作为国网福建电力新型电力系统示范建设项目，厦门虚拟电厂平台按照“政府主导、电力主动、社会参与”模式，以新能源最大化消纳、经济效益最优、电网系统运行最优为目标，构建多元实时可调负荷资源池，基于可调负荷预测分析和资源动态分配策略，参与各电压等级电网调度协同控制，实现资源聚合调控和供需双向互动，满足负荷高峰用电需求，服务厦门高能级配电网建设。厦门虚拟电厂平台上的可调节资源分为约时客户和实时客户，约时客户按照约定时间响应电网需求，而实时客户则实时响应电网需求。厦门供电公司积极引导各类资源主动参与交互，推动厦门市政府在省级需求响应政策基础上，提高需求响应补贴标准，实时响应补贴最高达12元每千瓦时，同时引入区块链技术，利用其不可修改、可溯源的优点，确保业务、资金公开透明。随着更多分布式电源接入虚拟电厂平台，虚拟电厂不仅能引导客户在用电高峰期少用电，还能引导客户在用电低谷期多用电、用绿电，助力解决电网的跨区平衡问题，缓解局部地区的用电紧张状况。目前，厦门虚拟电厂平台已聚合600多家参与主体约42万千瓦可调资源。未来，厦门虚拟电厂平台将探索更多灵活商业运营模式，依托平台的运营管理和聚合能力，逐步实现辅助服务、电力现货交易等更多综合功能，实现资源统一协调控制，改变消费侧用电习惯，培养全社会低碳用能消费观。

（三）长乐低压透明电网

1.基本情况

长乐是福建省福州市辖区，福建省在此进行低压透明电网建设示范。近年来，在配电网中，具备随机、间歇、分散、不可控特性的新型用户侧设备海量接入，配网的复杂程度和运营管控难度出现指数级上升。国网长乐区供电公司深度结合应用人工智能、边缘计算、区块链等现代信息技术，提高配网作为电网“神经末梢”的全景感知、自动响应、供电路径优化分析等能力，让配电台区、电网资源、设备状态更加公开透明、微观精准，为适应新生产要素和生产关系提供坚实的物理基础。

2.取得成果

长乐供电低压透明电网是福建省内首个台区智能融合终端实用化试点单位，率先完成了智能融合终端县域全覆盖、建成了低压透明电网，多达15个实用化应用场景在此落地，今年3月被评为国网“五市十县能源互联网示范区”之一。此外，国网长乐区供电公司还被评为2022年国网技术降损先进型示范区。

3.经验分析

（1）电网更“透明”。与过去的传统配电网相比，国网长乐区供电公司打造的低压透明电网“透明”之处，主要体现在两个方面：一是大范围、高标准投入应用创新信息技术的软件平台和硬件基础设施，实现对低压台区设备和用电数据的采集及应用能力、电能质量管理水平、故障自动响应速度的大幅提升，为供电服务、运维抢修夺得先机；二是配网供电能力的可视化，在完成台区智能融合终端全覆盖的基础上，实现电网资源的公开透明化，让用户办电、新能源并网更加便捷高效。截至目前，长乐低压电网已完成智能融合终端安装2692台（覆盖率100%）。如今，国网长乐区供电公司实现配电变压器全监测、营配全交互、业务全上线，工作人员只要打开手机，各台区的低压拓扑、实时工单情况、配网可靠性监测、可开放容量、新型业务接入情况均跃然“掌”上、一目了然。

（2）可靠性管控更“灵敏”。过去，传统的低压设备感知能力有限，台区到用户用电之间的链路存在感知盲区，无法做到及时感知用户电能质量、有效定位故障等。而今，国网长乐区供电公司通过推动低压透明电网建设，台区全部实现了“配变—低压出线—表箱—用户”四级停电感知，推动低压配网抢修模式由“周期式运检+被动抢修”转变为“工单驱动业务”。国网长乐区供电公司上线台区智慧运维平台App，既能实现精准定位故障源，又能主动建立运维工单，实现故障原因更快探清、检修响应更加快速。为实现台区自治目标，借助国家电网总部、国网福建电力的技术力量，国网长乐区供电公司现在已可将台区异常情况、异常断面信息及部分历史信息整合成智能工单，并通过去中心化的工单系统直接派到网格化作业App。目前，该平台已支持主动运维、主动检修、主动抢修3类共12项工单的派发。新平台上线后，2022年，长乐区供电低压故障抢修平均时长比上一年减少13分钟，客户侧报修工单减少31.55%，极大提升了低压客户的用电体验感。

（3）低成本高效解决低电压问题。为解决用电低电压“老大难”，国网长乐区供电公司率先落地实施了柔直调压互联互备和数字化平台综合应用方案，取得了工期短、投资低、见效快的良好效果。采用传统改造方案解决台区低电压，一般投资约85万元且需耗时半年以上，而长乐供电的方案因为采用改前端为直流、末端逆变为交流220伏的柔直调压装置和实施电能质量综合治理两大措施，具有较高的示范引领和推广价值。第一大措施来自柔直调压装置，该装置可实现更大范围内的电能优化配置，解决新型源荷大量接入带来的负荷不平衡、电压质量差、无功补偿等系列问题，缓解电网供电压力。由于装置的大小与5G通讯基站相似，体积较小，安装在供电企业原有电杆或场站即可，无需占用新的土地或廊道资源。第二大措施来自软件的迭代升级，国网长乐区供电公司打造出电能质量精准调控平台和调度低压自动化应用两大方法——得益于福州长乐区已打好智能融合终端全覆盖的“地基”，新上线的电能精准调控平台对台区负荷和电能质量监测、管控的颗粒度、精准度和时效性都实现了质的飞跃，实现“手术刀”级别的电能治理；调度低压自动化应用，则是通过实施户表级低压可靠性监测管理和用户停电时长分析应用，最大程度提前预判和杜绝了低压用户、停电用户的出现。

三、结语

对构建新型电力系统的研究与认识正不断向前推进，新型电力系统建设路径还在探索。从2021年中央财经委员会第九次会议首次提出要构建新型电力系统开始，两年多来，关于如何构建新型电力系统的探讨和研究正不断向前推进。2023年6月，国家能源局组织11家研究机构编制发布了《新型电力系统发展蓝皮书》，全面阐述新型电力系统的发展理念、内涵特征，制定“三步走”发展路径，并提出构建新型电力系统的总体架构和重点任务。《新型电力系统发展蓝皮书》明确，新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多向协同、灵活互动为有力支撑，以坚强、智能、柔性电网为枢纽平台，以技术创新和体制机制创新为基础保障的新时代电力系统。新型电力系统具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合四大重要特征。2023年7月审议通过的《关于深化电力体制改革加快构建新型电力系统的指导意见》指出，要加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。可以说，新型电力系统是怎样的，如何建设新型电力系统，随着时间的推移和实践的推进正不断完善和明晰，也在不断探索。

福建关于新型电力系统的建设探索与实践符合新型电力系统的内涵和特征。“打造东南清洁能源大枢纽”“实现清洁发展水平领先”，立足福建清洁能源禀赋优势，符合新型电力系统的清洁低碳特征；“打造东南清洁能源大枢纽”“安全稳定水平领先”符合新型电力系统建设以确保能源电力安全为基本前提的内涵，“高能级配电网大平台”“‘数字闽电’大生态”与“柔性灵活、智慧融合”“灵活智能”的新型电力系统特征相吻合，“效率效益水平领先”与今年7月提出的新型电力系统“经济高效”相一致。

福建正通过打造东南清洁能源大枢纽、高能级配电网大平台、“数字闽电”大生态的实践，将新型电力系统建设落地。在“打造东南清洁能源大枢纽”方面，福建通过构建网架枢纽，助推清洁能源消纳；在“打造高能级配电网大平台”方面，福建从城镇级、乡村级、海岛级、园区级四个维度全面推进；在“打造‘数字闽电’大生态”方面，福建从东南能源大数据中心打造“电易+”、“能易+”、动态“电网一张图”、设备主人制推广落地的典型场景、人工智能规模化应用等多方面进行实践。福建正在将新型电力系统建设变成一个个现实案例，通过各方面探索，积累了丰富的经验。