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新型电力系统新型装备促进数字与物理系统深度融合

日期:2022-01-06    来源:南方电网报  作者:喇元 张炜 张镱议 欧阳健娜

能源资讯中心

2022
01/06
10:09
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关键词: 新型电力系统 数字电网 输电线路

构建以新能源为主体的新型电力系统,既是我国电力系统转型升级的重要课题,更是推动实现碳达峰、碳中和的关键举措。我国发布的《新时代的中国能源发展》白皮书称,在全球能源绿色低碳转型发展趋势下,要加快传统能源技术装备升级换代,加强新兴能源技术装备自主创新。

加快新型电力系统新型装备的应用研究,有助于突破数据要素在新型装备上融合应用不足、洞察程度不够等瓶颈,促进数字与物理系统深度融合,提升资产全生命周期管理水平,并将成为构建新型电力系统的基础条件。

数字赋能新型电力系统新型装备的显著特征

新型电力系统将会呈现出数字与物理系统深度融合的典型特征,并将以数据流引领和优化能量流、业务流。新型电力系统以数据作为核心生产要素,打通源网荷储之间信息交互环节;并依托强大的“电力+算力”,透过设备状态数据、用户数据、环境数据之间的关系,挖掘设备运行规律和潜在风险。在此基础上,新型电力系统新型装备不仅将支撑物理电网数字化的华丽转型,更将呈现赋能生产管理、引领运行决策、共赢电力生态的显著特征。

推动构建数字电网承载新型电力系统的最佳形态

依托数字技术赋能新型电力系统新型装备“可观、可测、可控”的能力,典型场景如下。

一是在新型发电装备场景方面。新能源将成为新型电力系统的主力电源,预计到2030年和2060年,我国新能源发电量占比将分别超过25%和60%,新型电力系统呈现高比例电力电子特性。在此背景下,旋转设备被静止设备替代,系统惯量出现下降趋势,电网频率控制难度加大,系统电压调节能力下降。鉴于此,有必要开发新型惯量支撑资源,发展新能源、储能方面的新型控制技术,提高电力电子类电源对系统惯量的支撑能力。比如研究应用虚拟同步机装备,通过模拟惯量、内电势等机电暂态特性,其端口特性可以表现为发电机发电或负荷用电,并参与电网频率调节、电网电压调节、惯量响应和阻尼控制功能。特别是在应对系统惯量方面,当系统频率变化大于系统频率变化既定值时,虚拟同步机自动调节无功功率,参与调节系统电压。

二是在新型输电装备场景方面。绿色能源富余地区一般外部环境恶劣,对于高比例新能源的新型电力系统,受到外部环境危险挑战将大幅提升。南方电网35千伏及以上输电线路30余万公里,遍及野外,受外部环境影响巨大。鉴于此,有必要研究运用云大物移智链等新技术,实现设备运维与电网运行、环境监测。比如研究对山区电力杆塔倒塌、山体滑坡、台风和雷暴等自然灾害的早期预警、灾中感知、灾后修复技术及其装备;开发快速勘灾、集群作业的智能装备,进而形成新型电力系统下的防灾减灾技术体系。

三是在新型变电装备场景方面。新能源装机大幅增加,大规模新能源接入电网,其随机性、波动性特征不仅将加大弃风弃光风险,更将加剧迎峰度夏度冬期间变压器重过载、谐波、短路等问题,影响变压器设备运维。鉴于此,有必要打造面向新型变电装备的强大“算力”,并依托物联网贯通变电站的感知、分析、决策等环节,使之在感知能力基础上,赋予新的决策、执行能力。比如运用微传感装备,并研究变压器老化等多源数据、热寿命损失模型和算法,提高负载动态评估、趋势预测能力,并用于提前管控设备风险。

四是在新型配电装备场景方面。新型电力系统构建受环境-安全-经济目标相互制约,构建条件也随高渗透率新能源出力时空分布而变化,并受人类社会行为影响,加剧了建设现代供电服务体系的复杂性。同时,高渗透率新能源更加凸显东部和西部、主网和配网、城市和乡村、规模和效率等方面的不平衡性,特别是西部地区居民用电负荷往往出现“季节性-迁移性”变化,通常在冬季假期增长较大,导致配变重过载。鉴于此,有必要研究运用配电智能网关、智能台区等新型装备,强化数据采集及边缘计算能力,结合新能源出力、多元用户负荷的波动性和空间性,以配变群体刻画与遴选方法,研判配变负荷分布,支撑配电网各场景业务的预测分析、指挥决策,激发源荷互动活力,提高客户服务水平。

结语

推动数字与物理电力系统深度融合是一项系统工程,应遵循技术演变规律,挖掘新型装备潜力,促进电力系统重大转型。一方面打造深度融合的“产学研用”创新体系,联合开展核心技术装备的研究开发;另一方面从构建数字电网承载新型电力系统最佳形态出发,建立健全技术标准体系,引领数字与物理电力系统深度融合。

(作者喇元 张炜 张镱议 欧阳健娜 单位:广西电科院)

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