以新技術支撐新型電力系統建設需要打造源網荷儲友好互動的配電網

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今年以來，南方電網公司積極主動融入和服務國家發展戰略，密集釋出《服務“碳達峰、碳中和”工作方案》和《南方電網公司建設新型電力系統行動方案（2021—2030年）白皮書》，指出未來南方電網將依託數字電網建設框架，多措並舉構建新型電力系統，有力支援南方五省區及港澳地區在2030年前全面實現碳達峰。

今年以來，南方電網公司積極主動融入和服務國家發展戰略，密集釋出《服務“碳達峰、碳中和”工作方案》和《南方電網公司建設新型電力系統行動方案（2021—2030年）白皮書》，指出未來南方電網將依託數字電網建設框架，多措並舉構建新型電力系統，有力支援南方五省區及港澳地區在2030年前全面實現碳達峰。南方電網公司此舉意在構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系，在能源領域為國家全域性經濟體系最佳化升級和人民美好生活水平的提高盡責盡力。

一、南方電網公司勇當建設新型電力系統的先行者

在能源結構方面，截至2020年底，南方電網五省區非化石能源裝機和發電量佔比分別達56%和53%，居世界前列。“十四五”和“十五五”期間，南方電網公司將實現五省區的新能源裝機從目前的0。5億千瓦增加到2030年的2。5億千瓦，非化石能源裝機和發電量佔比分別提升至65%和61%，為提前實現碳達峰提供有力支撐。

在創新性技術層面，南方電網公司提出數字電網理念，全面推動數字電網建設，以新技術支撐新型電力系統建設需要，用“電力+算力”推動能源革命和新能源體系建設，構建涵蓋政府、能源產業上下游、使用者等相關方的能源產業新生態，使電網更加智慧、安全、可靠、綠色、優質，在促進新能源消納、維持能源供需穩定、保障國家能源安全方面發揮積極作用。

二、新型電力系統背景下配電網“源-網-荷-儲”友好互動的需求愈發迫切

（1）新型電力系統背景下配電閘道器鍵特徵變化顯著

新型電力系統的建設將促進風電、光伏、多類儲能、電動汽車等規模化接入配電網，配電網原有的功角特性、阻抗特性、頻率特性、控保特性、故障電流特徵等均將發生顯著變化。以功角特性為例，併網變流器普遍存在弱阻尼與低轉動慣量等特點，其功角極可能在故障發生後的較短時間內達到閾值，魯棒效能大幅下降；以控保特性為例，變流器的動作特性是微秒級，變電站10kV保護的動作特性是毫秒級，配網自動化裝置的動作特性是秒級，小水電等清潔能源的動作特性是秒級到分鐘級，配網保護與自動控制領域的協同必然面臨巨大挑戰。隨著新能源、電動汽車、儲能等在配電網大規模併網，配電網阻抗特性與併網變流器阻抗的耦合問題愈發複雜，配電系統穩定問題將日益突出。

（2）新型電力系統背景下配電網“源-網-荷-儲”互動不友好問題日益凸顯

據統計，世界上超過70%的電能是經過變換以後才使用的，且該比例仍在不斷提升。在新型電力系統背景下，由海量電力電子器件組成的電能變換裝置規模化接入配電網，電能變換裝置的強非線性、新能源發電功率的不確定性、終端使用者用能行為的隨機性等因素將導致配電網中“源-網-荷-儲”的互動不友好問題日益凸顯，突出表現在以下幾個方面。

（a）在新能源接入方面，新能源發電、儲能等裝置接入配電網的靈活互動性不足，影響新能源的友好消納。現有新能源發電裝置普遍不具備與配電網自動同步、調頻調壓、保護協同等能力，大量分散式電源接入配電網末端極易引發環流和耦合諧振現象，與新能源的友好消納要求存在矛盾。

（b）在配電網執行方面，電能變換裝置叢集化執行易引起諧波諧振與功率振盪等不友好現象，影響配電網的安全穩定。配電網中海量電能變換裝置存在慣性支撐能力差、過流能力弱、抗干擾能力不足、非線性特性強等突出問題，導致“源-網-荷-儲”各環節互動過程中極易引起諧波諧振、功率振盪等現象，如不同類別電能變換裝置控制頻寬的差異性可導致多變流器之間發生互動失穩，“源-荷-儲”等環節與配電網互動誘發系統振盪。同時，電能變換裝置與配電網現有保護和自動化裝置之間又存在不同時間尺度的協同難題，配電網的安全穩定面臨新的挑戰。

（c）在配電網數字化方面，新能源高比例接入對配電網的智慧感知和數字孿生能力提出更強挑戰，影響“源-網-荷-儲”間的友好互動。配電網“雙高”特徵日益凸顯，新能源出力及多元負荷的不確定性增大，對配電網真實物理運動行為的多層次全面態勢感知和多維度精確協調控制提出重大挑戰。同時，大量電能變換裝置存在狀態感知空白、數字模型關聯性不強等問題，難與配電網高效互動，“源-網-荷-儲”的協調最佳化執行難度不斷增大。

三、多措並舉加快推進配電網“源-網-荷-儲”友好互動理論與裝備突破

隨著新型電力系統的不斷髮展，配電網中“源-網-荷-儲”友好互動問題的表現形式、物理特徵、耦合關係等也在不斷演變。因此，迫切需要從“源-網-荷-儲”友好互動的相關理論體系架構出發，構建新型電力系統背景下配電網高質、高效、高可靠執行的理論基礎；運用智慧感測、電力晶片等新一代數字化技術推動配電網的數字孿生，讓配電網更有“感覺”，更會“思考”，提升配用電供電可靠性及供電品質；同時深度融合電力電子技術與數字化技術研製關鍵支撐裝備，提升海量電能變換裝置接入後配電網的彈性和韌性，讓“源-網-荷-儲”間的互動更加“友好”。

（1）構建配電網“源-網-荷-儲”友好互動的理論體系。深入解析海量電能變換裝置與配電網在“源-網-荷-儲”四個層級互動作用的本質特徵與實際需求，聚焦“裝置的安全性、指標的優質性、互動的智慧化”等互動維度，提出電能變換裝置與配電網互動過程的友好性評價指標和方法，構建完善的“源-網-荷-儲”友好互動理論體系，指導開展配電網“源-網-荷-儲”友好互動技術與裝備的體系化研究工作。

（2）推動配電網“源-網-荷-儲”友好互動的數字孿生。運用國際領先的智慧感測技術和智慧感測器，匯聚配電網中更多維度、更多場景下的“源-網-荷-儲”友好互動資訊，讓配電網更有“感覺”，加快配電網“源-網-荷-儲”友好互動過程的數字化轉型。運用自主可控的電力專用晶片技術和人工智慧技術，使配電網中邊緣側和終端側的算力更足，讓配電網更加“聰明”，更會“思考”，支撐配電網的執行透明、管理透明和精準客服。同時，利用全景模擬、超算等技術進行數字賦能，將分散式電源、儲能、電動汽車、柔性負荷等分散在配電網相關流程和業務中的各類資料資源聚合，實現實時感知、廣泛參與、全域性決策的“源-網-荷-儲”友好互動數字孿生。

（3）研製配電網“源-網-荷-儲”友好互動的關鍵支撐裝備。充分考慮配電網中規模化新能源的友好消納、電動汽車等柔性負載與電網智慧互動、海量電能變換裝置自身的可靠執行，以及海量電能變換裝置給配電網保護、控制和故障處理等帶來的新挑戰，將研製適應新型電力系統的國產化配電系統模擬工具、基於虛擬同步機的友好型新能源併網變流器、考慮新能源波動平抑的快速智慧充電樁、大容量高速智慧固態斷路器等首臺套或關鍵裝備，並研究這些關鍵支撐裝備與配電網繼電保護、自動控制裝置的協調配合，提出支撐配電網“源-網-荷-儲”友好互動的保護與自動化協調技術架構，開展相關規範和標準制定。

總的來說，配電網的技術創新是支撐新型電力系統發展的重要保障，相關技術的研究必須遵循嚴謹的科學邏輯。“源-網-荷-儲”友好互動的配電網建設工作是一項系統性工程，需要能源領域廣大同仁們集眾力、聚眾智、攻堅克難、勠力同心。廣西電網公司從2013年以來持續開展電能變換裝置與配電網友好互動技術研究與裝備研製，致力打造“源-網-荷-儲”友好互動的智慧配電網。目前已獲得2018年廣西科技進步一等獎、2020年中國機械工業科技進步一等獎，階段性成果得到了學術界和產業界一定的認可。未來，廣西電網公司將繼續深化“源-網-荷-儲”友好互動配電網的建設工作，傳遞與豐富“電力系統與環境和諧共處的核心人文思想”，支撐南方電網踐行國家“雙碳”目標與構建具備“數字賦能、柔性開放、綠色高效”顯著特徵的新型電力系統。

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