大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)在大面積停電先期處置中的應(yīng)用

摘要：隨著特高電網(wǎng)的建設(shè)和投運(yùn)，長三角地區(qū)負(fù)荷中心受端電網(wǎng)特性日趨顯著，給區(qū)域電網(wǎng)帶來了新的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。特高壓送入功率的大幅度突變將導(dǎo)致受端電網(wǎng)大額功率缺失，有可能引發(fā)大面積的停電事件。為此，2016年起國家電網(wǎng)主導(dǎo)率先在江蘇建設(shè)“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)” 來應(yīng)對(duì)這一風(fēng)險(xiǎn)。本文對(duì)大面積停電事件的演化階段性特征進(jìn)行描述，并結(jié)合《國家大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案》相關(guān)規(guī)定，提出了大面積停電事件電網(wǎng)先期處置的概念和并定義了先期處置的關(guān)鍵資源要素;隨后通過對(duì)大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)機(jī)制進(jìn)行剖析，闡述了大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)在大面積停電事件先期響應(yīng)中的關(guān)鍵意義并展望了一系列實(shí)踐方向。

關(guān)鍵詞：特高壓電網(wǎng)? 源網(wǎng)荷? 大面積停電事件? 先期響應(yīng)

一、大面積停電突發(fā)事件演化特征

2015年，國務(wù)院印發(fā)《國家大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案》。新預(yù)案第一次明確指出因電網(wǎng)事故、自然災(zāi)害和社會(huì)事件引發(fā)的大面積停電事件屬于社會(huì)突發(fā)事件范疇，并規(guī)定了電網(wǎng)企業(yè)在大面積停電事件應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急響應(yīng)和應(yīng)急保障中的關(guān)鍵職責(zé)。新預(yù)案強(qiáng)調(diào)了大面積停電事件全過程應(yīng)對(duì)中電力企業(yè)的重要職責(zé)和電力企業(yè)能力準(zhǔn)備與資源保障的重要意義。

下圖所示為大面積停電的典型演進(jìn)過程：

圖中展現(xiàn)了大面積停電醞釀、發(fā)生、發(fā)展的幾個(gè)重要階段。

A階段：從電網(wǎng)擾動(dòng)演變?yōu)殡娋W(wǎng)停電事件階段。在這一階段如果電網(wǎng)網(wǎng)格堅(jiān)強(qiáng)、備用充裕、處置得當(dāng)，事件將延綠色曲線演進(jìn)，大面積停電事件被化解于未然;

B階段：從電網(wǎng)停電事件演變?yōu)樯鐣?huì)大面積停電事件階段。這一階段電網(wǎng)穩(wěn)定已經(jīng)越限并造成電網(wǎng)大面積停電，如果政府統(tǒng)一指揮、應(yīng)急資源充足，電網(wǎng)保障社會(huì)生命線、社會(huì)保障電網(wǎng)搶修復(fù)電，事件將延黃色曲線演進(jìn)，大面積停電事件被有序處置;

C階段：從社會(huì)大面積停電事件演變?yōu)樯鐣?huì)突發(fā)事件階段。這一階段停電已經(jīng)損害政府行政職能，停電的民生影響可能觸發(fā)群體事件，需要?jiǎng)訂T國家機(jī)器采用憲政行為對(duì)社會(huì)秩序予以強(qiáng)制管理，其恢復(fù)過程如紅色曲線。

應(yīng)急管理的關(guān)鍵要素在于應(yīng)急準(zhǔn)備，應(yīng)急準(zhǔn)備的實(shí)質(zhì)是防線前移。綜上所述，在大面積停電事件發(fā)生發(fā)展過程的初期階段有效應(yīng)對(duì)，制止甚至逆轉(zhuǎn)事件的惡化，將極大降低事件影響面，減小事件損失，維護(hù)社會(huì)安定。

二、大面積停電突發(fā)事件先期處置要點(diǎn)

突發(fā)事件的先期處置，一般指在突發(fā)事件初露端倪時(shí)依照預(yù)先設(shè)定的工作程序，調(diào)動(dòng)關(guān)鍵資源抑制事件擴(kuò)展蔓延所采取的一系列措施。

在大面積停電事件初現(xiàn)的征兆的典型征兆是電網(wǎng)擾動(dòng)，一般表現(xiàn)為電壓波動(dòng)、頻率跌落，在電網(wǎng)控制系統(tǒng)能有效抑制小幅度擾動(dòng)并保持電網(wǎng)穩(wěn)定。當(dāng)擾動(dòng)幅度過大時(shí)，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組解列、低頻減載動(dòng)作、電網(wǎng)斷面越界進(jìn)而使電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)崩潰，引發(fā)大面積停電事故。受電能的信息化屬性決定，從擾動(dòng)越限到電網(wǎng)失穩(wěn)的發(fā)生發(fā)展過程很快，這一階段的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、準(zhǔn)備和先期處置具有很強(qiáng)的專業(yè)性，只能由電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)。

所以，大面積停電的先期處置主要依靠電網(wǎng)企業(yè)能力，電網(wǎng)企業(yè)需要建設(shè)的關(guān)鍵能力有：

監(jiān)測(cè)預(yù)警能力

電網(wǎng)企業(yè)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過實(shí)時(shí)計(jì)算和與歷史仿真算例的比對(duì)及時(shí)判斷電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)歸類建立趨勢(shì)性狀態(tài)預(yù)警體系。狀態(tài)預(yù)警一經(jīng)啟動(dòng)立即出發(fā)一系列預(yù)警行動(dòng)，包括：旋轉(zhuǎn)備用和穩(wěn)定備用的儲(chǔ)備、擴(kuò)大監(jiān)控預(yù)警外延信息收集以做好下一步事件預(yù)警的準(zhǔn)備以及將對(duì)負(fù)荷快切資源進(jìn)行征用的先期預(yù)警行為;

應(yīng)急虛擬電廠

當(dāng)電網(wǎng)突發(fā)大幅度擾動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)各類備用容量立即以應(yīng)急虛擬電廠的形式投運(yùn)。從虛擬電廠處理爬坡時(shí)間常數(shù)分類，毫秒級(jí)響應(yīng)的虛擬電廠包括直流調(diào)制，抽蓄切泵和負(fù)荷快速切除等;秒級(jí)響應(yīng)的虛擬電廠包括負(fù)荷快切;分鐘級(jí)響應(yīng)的虛擬電廠包括發(fā)電廠一次、二次調(diào)頻等;十分鐘以上級(jí)的虛擬電廠包括通過電力市場(chǎng)進(jìn)行的需求側(cè)響應(yīng)容量征集等。以UPFC為代表的斷面平衡技術(shù)相當(dāng)于將虛擬電廠在網(wǎng)格間的遷移，廣義上也可以歸類為毫秒級(jí)應(yīng)急虛擬電廠;

預(yù)案化的資源征用能力

電網(wǎng)供電業(yè)務(wù)連續(xù)性可以劃分為計(jì)劃可用性和非計(jì)劃可靠性范疇。完善有序的計(jì)劃可用性管理是保障應(yīng)急資源合理征用的重要環(huán)節(jié)。電網(wǎng)企業(yè)通過情景構(gòu)建、過程推演、演練培訓(xùn)使受控負(fù)荷相關(guān)用戶充分掌握應(yīng)急征用時(shí)的運(yùn)行特點(diǎn)和安全保障措施，共擔(dān)大面積停電應(yīng)對(duì)責(zé)任。

在這一背景下，大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，源網(wǎng)荷系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行與電網(wǎng)企業(yè)形成上述三種能力高度相關(guān)，大大提升了電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)性大幅度擾動(dòng)的抗御力。

三、大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)的虛擬電廠等效性

2016年6月15日，國內(nèi)首套“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)”在江蘇建成投運(yùn)，江蘇電力在全省建立了376萬千瓦的秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷能力，其中在蘇州地區(qū)部署了100萬千瓦毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷能力。

大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)是立足于電源、電網(wǎng)、負(fù)荷之間復(fù)雜互動(dòng)環(huán)境下電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的整體部署和系統(tǒng)性集成，其中荷隨網(wǎng)動(dòng)是通過荷來響應(yīng)電網(wǎng)備用容量不足和線路或設(shè)備潮流越限的互動(dòng)模式。負(fù)荷作為響應(yīng)資源，按照其與電網(wǎng)互動(dòng)的深度可以分為以下幾種方式應(yīng)對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)。一是具備秒級(jí)甚至毫秒級(jí)響應(yīng)能力的工業(yè)用戶的可中斷負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)度，通過降低峰荷時(shí)段的電力需求或增加低谷時(shí)段的電力需求，有效緩解電網(wǎng)備用容量不足和大容量負(fù)荷缺額的問題。二是具備分鐘級(jí)響應(yīng)能力的空調(diào)溫控和電動(dòng)汽車等海量柔性負(fù)荷參與虛擬調(diào)峰，通過智能參數(shù)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)柔性降載，從而實(shí)現(xiàn)虛擬調(diào)峰，解決線路或設(shè)備潮流越限等問題。三是具備小時(shí)級(jí)響應(yīng)能力的需求響應(yīng)負(fù)荷參與需求響應(yīng)，通過將用電需求在不同時(shí)段內(nèi)平移、轉(zhuǎn)移或削減，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)錯(cuò)峰和限電。四是具備快速響應(yīng)能力的集中式和分布式儲(chǔ)能負(fù)荷參與電網(wǎng)互動(dòng)，在達(dá)到一定規(guī)模后，通過充放電控制，可為電網(wǎng)應(yīng)對(duì)小概率高風(fēng)險(xiǎn)的備用容量不足以及線路或設(shè)備潮流越限提供有效手段。

大規(guī)模網(wǎng)荷互動(dòng)用于提供瞬時(shí)能量平衡資源的技術(shù)機(jī)制具有以下特征：

集中控制：電網(wǎng)調(diào)度中心側(cè)系統(tǒng)保護(hù)穩(wěn)定控制中心針對(duì)大電網(wǎng)頻率穩(wěn)定問題、斷面越線問題和聯(lián)絡(luò)線超計(jì)劃以及備用不足等問題，直接指定并發(fā)出調(diào)控指令，對(duì)源網(wǎng)荷系統(tǒng)設(shè)定的剛性可控負(fù)荷進(jìn)行快速切除;

技術(shù)主導(dǎo)型形態(tài)：系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制基于電網(wǎng)實(shí)時(shí)指標(biāo)特性，系統(tǒng)調(diào)控直接作用于剛性可控負(fù)荷，系統(tǒng)調(diào)控目標(biāo)為大電網(wǎng)提供頻率調(diào)節(jié)、潮流穩(wěn)定和旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)。

因此，源網(wǎng)荷系統(tǒng)的快速負(fù)荷減供形態(tài)等同于以可控負(fù)荷調(diào)節(jié)能力為主要資源的、集中控制型的、技術(shù)主導(dǎo)的為大電網(wǎng)提供瞬時(shí)能量平衡輔助服務(wù)的虛擬電廠。

大規(guī)模網(wǎng)荷互動(dòng)用于提供時(shí)段能量平衡資源的技術(shù)機(jī)制具有以下特征：

分布控制：控制權(quán)下移至配網(wǎng)，控制時(shí)間常數(shù)延長至小時(shí)及以上級(jí)，支持業(yè)務(wù)以移峰填谷和指揮用電等提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的形態(tài)為主，市場(chǎng)規(guī)則主導(dǎo)運(yùn)行策略;

商業(yè)主導(dǎo)型形態(tài)：系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制基于電力市場(chǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)特性，系統(tǒng)調(diào)控由配網(wǎng)調(diào)度或負(fù)荷集成商與需求側(cè)響應(yīng)（柔性負(fù)荷）的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)調(diào)控目標(biāo)為提升設(shè)備資產(chǎn)回報(bào)。

因此，源網(wǎng)荷系統(tǒng)的柔性負(fù)荷調(diào)控形態(tài)等同于以需求響應(yīng)能力為主要資源的、分布控制型的、商業(yè)回報(bào)主導(dǎo)的在電力市場(chǎng)化環(huán)境下提供電網(wǎng)時(shí)段能量平衡服務(wù)的虛擬電廠。

四、大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于大面積停電抗御

建立大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)的虛擬電廠等效模型，對(duì)以網(wǎng)荷互動(dòng)參與大面積停電事件先期處置，提升電網(wǎng)大面積停電抗御能力具有重要意義。

（一）將源網(wǎng)荷虛擬電廠納入先期處置資源，緩解了受端電網(wǎng)輔助服務(wù)供給不足的矛盾

當(dāng)前，我國特高壓電網(wǎng)正處于大規(guī)模建設(shè)階段，在特高壓網(wǎng)絡(luò)逐步成型的過程中，“強(qiáng)直弱交”特征顯著，特高壓直流線路在向受端電網(wǎng)注入大量電能的同時(shí)，不能提供相匹配的備用能力。

系統(tǒng)投運(yùn)前：2015年9月19日21時(shí)57分，錦蘇特高壓直流因送端遭雷擊導(dǎo)致雙極閉鎖，華東電網(wǎng)頻率短時(shí)間內(nèi)下降到49.563赫茲，十年來首次跌破49.8赫茲。同時(shí)，江蘇部分500千伏輸電通道超穩(wěn)定限額。

系統(tǒng)投運(yùn)后：大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)投運(yùn)后的2016年5月24日，華東電網(wǎng)在江蘇進(jìn)行了錦蘇特高壓直流雙極閉鎖模擬沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)人為觸發(fā)錦蘇直流閉鎖喪失功率3016MW，電網(wǎng)頻率僅在閉鎖發(fā)生后400毫秒內(nèi)降低至49.97HZ，隨即在各類先期響應(yīng)資源和源網(wǎng)荷虛擬電廠投運(yùn)的作用下迅速回升至50HZ， 彰顯了對(duì)在網(wǎng)發(fā)電機(jī)組輔助服務(wù)資源的有效替代和補(bǔ)充。

（二）將源網(wǎng)荷虛擬電廠納入先期處置資源，顯著提高電網(wǎng)對(duì)穩(wěn)定破壞性擾動(dòng)的抗御力

當(dāng)電網(wǎng)網(wǎng)格的擾動(dòng)抗御力不足時(shí)，災(zāi)害的擴(kuò)散表現(xiàn)為沖擊型特性。在這種情況下，網(wǎng)格對(duì)內(nèi)的應(yīng)對(duì)能力喪失，需要從網(wǎng)格外獲取資源應(yīng)對(duì)擾動(dòng)，而對(duì)外則表現(xiàn)為擾動(dòng)暴露源并可能將擾動(dòng)幅度進(jìn)一步放大后輸出，如果周邊網(wǎng)格也處于抗御力抗御力不足的狀態(tài)，災(zāi)害一經(jīng)觸發(fā)，就會(huì)以雪崩的形態(tài)迅速擴(kuò)散演進(jìn)。當(dāng)電網(wǎng)網(wǎng)格的擾動(dòng)抗御力充分時(shí)，災(zāi)害的擴(kuò)散表現(xiàn)為可逆型特性。在這種情況下，網(wǎng)格對(duì)內(nèi)應(yīng)對(duì)能力充分，具備足夠的資源使擾動(dòng)衰減，對(duì)外則可以向相鄰網(wǎng)格提供抑制擾動(dòng)的資源，擾動(dòng)越強(qiáng)、抵抗力越強(qiáng)，顯現(xiàn)出強(qiáng)大的災(zāi)害擴(kuò)散阻尼能力。

通過上述案例和分析可以看出：大規(guī)模網(wǎng)荷互動(dòng)虛擬電廠的建立為電網(wǎng)提供了大規(guī)?？伤矔r(shí)投運(yùn)的旋轉(zhuǎn)備用容量，是構(gòu)成電網(wǎng)大面積停電抗御力的關(guān)鍵資源。

（三）將源網(wǎng)荷虛擬電廠納入先期處置資源，強(qiáng)化了全社會(huì)應(yīng)對(duì)大面積停電事件的責(zé)任共擔(dān)原則

對(duì)《國家大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行進(jìn)一步解讀如下：

屬地為主：大面積停電事件應(yīng)急處置工作原則上由地方負(fù)責(zé)，即由事發(fā)地的縣級(jí)以上地方人民政府負(fù)責(zé)。

分工負(fù)責(zé)：應(yīng)急處置的各個(gè)部門在人民政府的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下進(jìn)行的有效協(xié)同與密切配合。

保障民生：將大面積停電控制在初起狀態(tài)是最有效的民生保障。

社會(huì)參與：電力企業(yè)的專業(yè)性應(yīng)急能力與社會(huì)力量的協(xié)同處置。

在大規(guī)模源網(wǎng)荷虛擬電廠的協(xié)同機(jī)制下，用戶發(fā)掘梳理可中斷負(fù)荷和需求響應(yīng)資源，電力企業(yè)對(duì)資源進(jìn)行專業(yè)化整合和集約化管理，在政府的指導(dǎo)下共同形成虛擬電廠的技術(shù)機(jī)制、運(yùn)行機(jī)制和征用機(jī)制，共同防范應(yīng)對(duì)大面積停電事件。

五、大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐

按國家電網(wǎng)公司部署，2017/5/24? 14：04：57±800千伏錦蘇特高壓直流被人工觸發(fā)閉鎖，大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際的互動(dòng)響應(yīng)驗(yàn)證。通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)的介入下，特高壓直流閉鎖的沖擊對(duì)電網(wǎng)頻率和斷面潮流都沒有造成嚴(yán)重影響。

（1）錦蘇特高壓直流被人工閉鎖后，江蘇電網(wǎng)發(fā)生3000MW瞬時(shí)送入有功功率的突變，大規(guī)模源網(wǎng)荷互動(dòng)系統(tǒng)通過其剛性的技術(shù)型虛擬電廠機(jī)制進(jìn)行了瞬時(shí)的互動(dòng)補(bǔ)償，并依照華東電網(wǎng)的緊急頻率控制預(yù)案依次征用網(wǎng)內(nèi)的抽蓄泵資源、直流調(diào)制資源和用戶可中斷負(fù)荷資源。

（2）大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)在電網(wǎng)緊急頻率控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行邊際功率差額補(bǔ)償，計(jì)劃切除可中斷負(fù)荷278MW，而實(shí)際切除量為255MW。整體負(fù)荷切除響應(yīng)時(shí)間在400毫秒內(nèi)完成，大大快于網(wǎng)內(nèi)各電廠的一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間。

（3）征用負(fù)荷系統(tǒng)中現(xiàn)存的海量可中斷資源構(gòu)成，通過大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)的資源準(zhǔn)備機(jī)制進(jìn)行分級(jí)歸類、分別聚合、預(yù)案化管理和直接征用，形成了可以瞬時(shí)投運(yùn)的技術(shù)型“虛擬電廠”，有效用于電網(wǎng)瞬時(shí)能量平衡輔助服務(wù)。

六、結(jié)束語

2017年12月，國家能源局發(fā)布了《國家發(fā)展改革委國家能源局關(guān)于推進(jìn)電力安全生產(chǎn)領(lǐng)域改革發(fā)展的實(shí)施意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2017〕1986號(hào)），要求重點(diǎn)強(qiáng)化大面積停電防范和應(yīng)急處置工作。2018年8月，國家能源局印發(fā)《電力行業(yè)應(yīng)急能力建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》，進(jìn)一步提出“強(qiáng)化大面積停電事件先期處置能力。結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行新形勢(shì)、新特點(diǎn)，完善電網(wǎng)運(yùn)行安全管理機(jī)制，創(chuàng)新大面積停電事件先期處置手段，研究建立大面積停電先期處置的社會(huì)資源征用和費(fèi)用補(bǔ)償機(jī)制，提高電網(wǎng)抵御大面積停電的能力。”的行動(dòng)要求。

當(dāng)前，我國特高壓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)處于快速發(fā)展、強(qiáng)直弱交的過渡期，東部發(fā)達(dá)省份受端電網(wǎng)因注入功率大幅度突變而引發(fā)大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)顯著。大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)在保證電網(wǎng)瞬時(shí)功率平衡、保障大電網(wǎng)安全運(yùn)行方面發(fā)揮了巨大作用，正成為電網(wǎng)抗御大面積停電的重要先期處置手段。

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[5]袁曉東.《能源互聯(lián)網(wǎng)背景下源網(wǎng)荷友好互動(dòng)體系及應(yīng)用》[R]，2016-4

作者簡(jiǎn)介

洪亮，1972年4月，男，漢，學(xué)歷：全日制碩士研究生，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。