新型電力系統(tǒng)典型場(chǎng)景與協(xié)同控制策略

畢亞雄，方九兵

（1.中國職工技術(shù)協(xié)會(huì)電力專委會(huì)，廣東省廣州市 510663；2.南方電網(wǎng)數(shù)字集團(tuán)，廣東省廣州市 510663）

0 引言

2020 年9 月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上首次提出“碳達(dá)峰、碳中和”，并在中國共產(chǎn)黨與世界政黨領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)提出，中國將為履行“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)承諾付出極其艱巨的努力。2021 年3 月，習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上，首次提出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。黨的二十大明確“立足我國能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)”“加強(qiáng)能源產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)，確保能源安全”，提出“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”。

建設(shè)新型電力系統(tǒng)是電力行業(yè)落實(shí)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要任務(wù)。未來，新型電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)的功能定位和特性將發(fā)生重大調(diào)整，系統(tǒng)的發(fā)展也將面臨諸多挑戰(zhàn)和需要研究解決的問題。

1 完整全面認(rèn)識(shí)新型電力系統(tǒng)形態(tài)

2021 年中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)以來，社會(huì)各界從不同視角對(duì)新型電力系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究和論述，形成了豐富的研究成果。關(guān)于新型電力系統(tǒng)的典型特征，至少從（電力）電網(wǎng)物理形態(tài)和（市場(chǎng)）價(jià)值形態(tài)兩個(gè)維度去定義。也就是說，新型電力系統(tǒng)不僅在物理形態(tài)呈現(xiàn)全新，在市場(chǎng)價(jià)值形態(tài)也須煥然一新，尤其是電價(jià)機(jī)制。

1.1 物理形態(tài)：多能協(xié)同互補(bǔ)、源網(wǎng)荷互動(dòng)、多元負(fù)荷融合

在物理形態(tài)方面，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)出多能協(xié)同互補(bǔ)、源網(wǎng)荷（儲(chǔ)）互動(dòng)、多元負(fù)荷融合等典型特征。相同的是電力系統(tǒng)依然是（發(fā)電）源（輸電）網(wǎng)（用電）負(fù)荷同網(wǎng)同步、實(shí)時(shí)平衡運(yùn)行，諸多不同的表現(xiàn)在于：

1.1.1 電源側(cè)，多能協(xié)同互補(bǔ)開新局

“雙碳”目標(biāo)下，風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)展前景廣闊，煤電、氣電等化石能源發(fā)展限制因素增多。此消彼長之下，新型電力系統(tǒng)中的新能源占比將大幅提高。例如，習(xí)近平總書記在氣候雄心大會(huì)上宣布到2030 年我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到12 億kW 以上，這一目標(biāo)已超過2020 年我國煤電裝機(jī)規(guī)模，而且未來新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模很可能大大超過該規(guī)模。

新能源占比的逐步提高，各類電源在電力系統(tǒng)中的功能定位和作用可能有巨大改變。風(fēng)光等新能源發(fā)電將從提供電量補(bǔ)充逐步向提供電量支撐的主要電源轉(zhuǎn)變；水電和核電基礎(chǔ)性電源的性質(zhì)基本不變；煤電逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┤萘繛橹鳌㈦娏繛檩o的電力安全穩(wěn)定支撐和（備用）保障性調(diào)節(jié)性靈活性運(yùn)用的電源；氣電承擔(dān)更多的調(diào)節(jié)性和保障性責(zé)任；抽水蓄能仍然承擔(dān)削峰填谷、應(yīng)急調(diào)節(jié)作用，并快速發(fā)展，以最大能力滿足電力系統(tǒng)日調(diào)節(jié)需要；電化學(xué)儲(chǔ)能站則以電力系統(tǒng)新成員涌現(xiàn)出眾多但規(guī)模有限調(diào)節(jié)性電源作用。

同時(shí)，風(fēng)、光等新能源“天熱無風(fēng)”“云來無光”，靠天吃飯?zhí)卣髅黠@，具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等固有特性。新能源占比提高將極大增加電源側(cè)的不可控性，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)多種電源簡單疊加的形態(tài)將不再適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的要求，風(fēng)光互補(bǔ)、新能源+水電、新能源+儲(chǔ)能、新能源+氫能、風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化等多元協(xié)同開發(fā)模式不斷涌現(xiàn)，充分發(fā)揮水、火、核、風(fēng)、光、儲(chǔ)等元素的協(xié)同互補(bǔ)作用，實(shí)現(xiàn)多時(shí)間尺度優(yōu)化配置。

1.1.2 負(fù)荷側(cè)，多元負(fù)荷融合育新機(jī)

分布式電源、用戶側(cè)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車反向放電、虛擬電廠等逐步應(yīng)用推廣，進(jìn)一步解放用戶，部分負(fù)荷由“純用戶”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半娏Ξa(chǎn)消者”。同時(shí)，用戶用能自主選擇權(quán)將得到充分釋放，從單一供用電模式向電、熱（冷）、氣（氫）等多元化能源消費(fèi)和多樣化服務(wù)需求發(fā)展。產(chǎn)銷一體、多元互動(dòng)的全新需求模型，推動(dòng)電力系統(tǒng)與多種基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)高度融合發(fā)展，實(shí)施“綠色替代”“電能替代”，建立以電能為核心的綜合能源服務(wù)體系，節(jié)能減排效益大幅增加，能源利用效率持續(xù)提高。

1.1.3 電網(wǎng)側(cè)，源網(wǎng)荷（儲(chǔ)）互動(dòng)譜新篇

電力是可再生能源最為便捷高效的利用方式，云大物移智鏈、智能一體化調(diào)控、大容量直流輸電、柔性互聯(lián)與控制、新材料等技術(shù)將在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)作為清潔能源資源優(yōu)化配置平臺(tái)的核心地位將不斷增強(qiáng)，推動(dòng)“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。

與之配套，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將向“主干電網(wǎng)+中小型電網(wǎng)及微型電網(wǎng)”柔性互聯(lián)形態(tài)發(fā)展，輸電網(wǎng)網(wǎng)架向“合理分區(qū)、柔性互聯(lián)、安全可控、開放互濟(jì)”的形態(tài)轉(zhuǎn)變，配電網(wǎng)具備更高的靈活性和主動(dòng)性，適應(yīng)儲(chǔ)能、負(fù)荷開放接入和雙向互動(dòng)，微電網(wǎng)和用戶需求響應(yīng)技術(shù)廣泛應(yīng)用，靈活可調(diào)資源參與電網(wǎng)互動(dòng)增強(qiáng)。儲(chǔ)能發(fā)揮不同時(shí)間尺度的系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)作用，兼有“電源”和“負(fù)荷”雙重特質(zhì)，就像抽水蓄能電站一樣應(yīng)該成為新型電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷”重要構(gòu)成，尤其以短時(shí)快速頻率響應(yīng)和“救命稻草”效果為要，而凸顯配置地點(diǎn)和作用時(shí)間的重要價(jià)值。

與此同時(shí)，電網(wǎng)作為承載新型電力系統(tǒng)的重要平臺(tái)，將充分發(fā)揮數(shù)字電網(wǎng)強(qiáng)大的“電力+算力”，使電網(wǎng)具備超強(qiáng)感知能力、智能決策能力和快速執(zhí)行能力，傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度采用的“集中式發(fā)電調(diào)整”也逐步升級(jí)為“源網(wǎng)荷一體調(diào)控”，支撐新型電力系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。

1.2 價(jià)值形態(tài)：高度發(fā)達(dá)的電力交易市場(chǎng)、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的價(jià)格形成機(jī)制

新型電力系統(tǒng)將包括新能源、儲(chǔ)能、調(diào)節(jié)性電源、微電網(wǎng)和“電力產(chǎn)消者”等豐富的市場(chǎng)主體，各市場(chǎng)主體的特性各不相同，推動(dòng)源網(wǎng)荷各環(huán)節(jié)發(fā)生深刻變化，相應(yīng)的市場(chǎng)機(jī)制和價(jià)值機(jī)制也需要更新迭代，逐步建立高度發(fā)達(dá)的電力交易市場(chǎng)和協(xié)調(diào)統(tǒng)一的價(jià)格形成機(jī)制，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)的機(jī)制保障。

1.2.1 要有電力市場(chǎng)配合

需要構(gòu)建開放統(tǒng)一的電力市場(chǎng)，逐步完善交易機(jī)制，豐富交易品種，打破交易區(qū)域壁壘，為抽水蓄能、儲(chǔ)能、虛擬電廠等不同類型，以及區(qū)內(nèi)外等不同地域市場(chǎng)主體提供公平準(zhǔn)入、平等競爭、自主選擇的交易機(jī)會(huì)，充分發(fā)揮市場(chǎng)無形的手的基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)作用，推動(dòng)在更大范圍內(nèi)優(yōu)化資源配置。此外，除了電力市場(chǎng)本身的中長期市場(chǎng)、現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等交易機(jī)制不斷成熟完善外，綠色電力交易與綠證交易、碳排放權(quán)交易等也將更加有效銜接和協(xié)同發(fā)展。

1.2.2 要有相適應(yīng)的調(diào)節(jié)電價(jià)機(jī)制

①能源電力上下游各環(huán)節(jié)價(jià)格形成和成本疏導(dǎo)機(jī)制持續(xù)健全，煤電電量市場(chǎng)化交易電價(jià)和應(yīng)急保供容量補(bǔ)償機(jī)制逐步建立，儲(chǔ)能容量成本回收電價(jià)有效保障，輸配電價(jià)格機(jī)制靈活性提升。②新能源發(fā)電成本、配套保障電源增加成本和額外增加的電網(wǎng)投資等成本得到合理疏導(dǎo)。③調(diào)節(jié)電價(jià)體系更加豐富，電量電價(jià)、容量電價(jià)、應(yīng)急備用電價(jià)、豐枯電價(jià)、峰谷電價(jià)、尖峰電價(jià)等協(xié)同互補(bǔ)，公平反映不同時(shí)空?qǐng)鼍跋?，不同類型資源電量、容量、調(diào)節(jié)能力的真正價(jià)值，充分調(diào)動(dòng)市場(chǎng)主體的積極性，滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)調(diào)節(jié)資源等的需求。④各地電力市場(chǎng)價(jià)格規(guī)則統(tǒng)一規(guī)范，有效保障送受端省區(qū)電力供需平衡，區(qū)域內(nèi)外各市場(chǎng)主體間的利益平衡通過電價(jià)機(jī)制有效協(xié)調(diào)，提高全社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2 新型電力系統(tǒng)的特征及案例分析

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)必須從我國國情的實(shí)際出發(fā)，與資源稟賦及電力需求相適應(yīng)，全國大電網(wǎng)“一張網(wǎng)”與各區(qū)電力（源網(wǎng)荷）結(jié)構(gòu)優(yōu)化相適應(yīng)。隨著新能源占比需要不斷提高，綜合新能源隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等缺陷及其依賴傳統(tǒng)能源的調(diào)節(jié)性資源支持，以支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)“煤電和水電為主要基礎(chǔ)支撐，核電和氣電為重要補(bǔ)充，風(fēng)能太陽能等新能源發(fā)電為增量主體”的典型特征?，F(xiàn)階段，下文以南方電網(wǎng)轄區(qū)舉例，介紹三個(gè)新型電力系統(tǒng)的典型場(chǎng)景。

2.1 陽江區(qū)域

陽江市地處珠江口西岸都市圈，部署有廣東省重要電力能源基地、國家新能源基地、國際風(fēng)電城、千億級(jí)合金材料產(chǎn)業(yè)基地等，正逐步成為粵港澳大灣區(qū)西側(cè)能源中心。陽江市有豐富的海上風(fēng)電資源及沿海核電和煤電站廠址資源，具有建設(shè)大型風(fēng)電基地、大型核電基地、大型火電基地的潛質(zhì)。但與此同時(shí)，陽江新能源發(fā)展也面臨較大挑戰(zhàn)，①已核準(zhǔn)的海上風(fēng)電1000 萬kW，正在申請(qǐng)?jiān)黾拥纳詈^(qū)海上風(fēng)電1000 萬kW，預(yù)計(jì)國管海域還有可開發(fā)的海上風(fēng)電2000 萬kW 以上，大規(guī)模海上風(fēng)電集中開發(fā)存在較大的并網(wǎng)輸送壓力；②陽西、陽春地區(qū)由于光照條件好、地價(jià)有優(yōu)勢(shì)，各方光伏投資意愿強(qiáng)烈，近兩年收到業(yè)主的并網(wǎng)意向咨詢較多，預(yù)計(jì)至2025 年還有潛在光伏接入需求200 多萬kW，遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)叵{能力，地方激增的中小規(guī)模新能源消納與送出問題較突出。

基于此，2021 年8 月4 日，中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司年中工作座談會(huì)提出將陽江市初步遴選為“海上風(fēng)電+儲(chǔ)能”新型電力系統(tǒng)示范區(qū)。2021 年11 月11 日，廣東省政府和中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司聯(lián)合印發(fā)《廣東省構(gòu)建新型電力系統(tǒng) 推動(dòng)電力高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案（2021 ～2025 年）》，明確提出打造陽江清潔能源基地新型市域電力系統(tǒng)示范區(qū)，2021年12 月中共陽江市第八次代表大會(huì)提出建設(shè)“廣東（陽江）國際風(fēng)電城”“國家新能源基地”。

根據(jù)《陽江供電局加快推進(jìn)全域新型電力系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè)行動(dòng)方案》，到2025 年，陽江電網(wǎng)全面建成新型電力系統(tǒng)示范區(qū)。屆時(shí)，將建成沙扒、青洲、帆石等海上風(fēng)電基地1000 萬kW，陽江核電652 萬kW，陽西電站等大型火電500萬kW，陽江抽水蓄能120 萬kW，以及陸上風(fēng)電90 萬kW，光伏220 萬kW，形成“煤電+核電+海風(fēng)+蓄儲(chǔ)”的新型電力系統(tǒng)典型形態(tài)，非化石能源電量占比達(dá)到80%。

2.2 金沙江流域

金沙江流域水電資源、風(fēng)光新能源資源豐富。水電方面，金沙江中下游（云南段）自上而下依次為龍盤、兩家人、梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩?、觀音巖、烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩等12 座電站，合計(jì)裝機(jī)容量4356 萬kW（省界界河電站均僅算一半）。除龍盤、兩家人電站處于前期勘測(cè)設(shè)計(jì)階段外，其余電站均已投產(chǎn)發(fā)電，其中烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩等電站均為具有季調(diào)節(jié)能力的巨型水電站，已形成梯級(jí)水電調(diào)節(jié)格局。風(fēng)光發(fā)電方面，金沙江中游流域水電基地周邊風(fēng)、光開發(fā)潛力約3170 萬kW，主要分布在迪慶、麗江、大理、怒江等市州，下游流域水電基地周邊風(fēng)、光開發(fā)潛力約725 萬kW，主要分布在昆明、昭通、曲靖、楚雄等市州。根據(jù)云南風(fēng)光水儲(chǔ)一體化發(fā)展規(guī)劃，“十四五”期間將沿金沙江流域市（縣）開發(fā)風(fēng)電470 萬kW、光伏1000萬kW，同時(shí)，或?qū)⑼苿?dòng)配置電化學(xué)儲(chǔ)能250 萬kW，建成風(fēng)光水儲(chǔ)靈活調(diào)節(jié)一體化體系，形成“水電+光伏+風(fēng)電+調(diào)儲(chǔ)”的新型電力系統(tǒng)典型形態(tài)。

2.3 藏東南清潔能源基地

藏東南水力資源和新能源資源豐富，水電、光伏以及風(fēng)電等清潔能源主要集中在金沙江上游、瀾滄江上游、怒江上游、玉曲河、雅魯藏布江中下游、帕隆藏布及易貢藏布等流域。同時(shí)，藏東南地區(qū)毗鄰南方五省區(qū)，具有送電南方區(qū)域的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，玉曲河、察隅曲、瀾滄江、克勞龍河流域水電總計(jì)1620 萬kW，其中300 萬kW 電源預(yù)留當(dāng)?shù)刈杂茫溆嗉s1300 萬kW 外送，藏東南具備建設(shè)條件的光伏約3500 萬kW。

2021 年，西藏自治區(qū)人民政府、廣東省人民政府、南方電網(wǎng)公司簽署了《西藏清潔能源基地送電粵港澳大灣區(qū)合作協(xié)議》，初步規(guī)劃依托瀾滄江上游、玉曲河、察隅曲、克勞龍河等流域“水風(fēng)光一體化”清潔能源基地，新建一回特高壓直流送電粵港澳大灣區(qū)1000 萬kW 左右，依托瀾滄江上游“水風(fēng)光一體化”清潔能源基地，新建一回特高壓直流送電粵港澳大灣區(qū)1000 萬kW 左右。根據(jù)初步研究成果，第一回直流（暫命名“藏玉直流”）配套水電605 萬kW，光伏1300 萬kW；第二回直流（暫命名“藏瀾直流”）配套水電692 萬kW，光伏1100 萬kW；直流投產(chǎn)初期純輸送新能源，2027 年后水電陸續(xù)投產(chǎn)后，送端水光多能互補(bǔ)外送，逐步形成“水電+光伏+調(diào)蓄+遠(yuǎn)距離高比例可再生能源特高壓多端柔性直流輸電”的新型電力系統(tǒng)典型形態(tài)。

3 新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定面臨的挑戰(zhàn)

隨著可再生能源接入電力系統(tǒng)的比例不斷提高，并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定將產(chǎn)生較大影響。

（1）風(fēng)機(jī)等新能源設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效差，耐受過流、過壓、低壓等擾動(dòng)能力，難以對(duì)系統(tǒng)提供與同步機(jī)相當(dāng)?shù)闹鲃?dòng)支撐能力，導(dǎo)致系統(tǒng)故障后頻率、電壓變化指標(biāo)惡化，甚至引發(fā)連鎖故障。新能源接入容量和出力比例達(dá)到一定規(guī)模后，系統(tǒng)頻率和電壓穩(wěn)定問題將超過傳統(tǒng)的功角穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題，成為系統(tǒng)主導(dǎo)穩(wěn)定問題。迫切需要新能源設(shè)備為系統(tǒng)提供必要的頻率、電壓主動(dòng)支撐能力。2019 年8 月9 日，英國大停電事故就是發(fā)生在典型的新能源高滲透率場(chǎng)景中，因常規(guī)機(jī)組開機(jī)減少、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，從而導(dǎo)致故障后系統(tǒng)頻率變化率超過限值，進(jìn)而引發(fā)海上風(fēng)電機(jī)組大量連鎖脫網(wǎng)。2021 年，貴州某地區(qū)對(duì)外聯(lián)絡(luò)的線路跳閘后，形成的孤網(wǎng)系統(tǒng)中全部是新能源機(jī)組，因無法建立穩(wěn)定的頻率，孤網(wǎng)最終全停。

（2）不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)其控制結(jié)構(gòu)與控制算法復(fù)雜多樣，設(shè)備并網(wǎng)性能各異，缺乏有效的源網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化。風(fēng)電及送出直流中的大量電力電子設(shè)備在系統(tǒng)故障期間表現(xiàn)出低電壓穿越、換相失敗等強(qiáng)非線性行為，動(dòng)態(tài)變化路徑復(fù)雜，協(xié)調(diào)控制困難。大量海上風(fēng)電接入負(fù)荷中心的外圍電網(wǎng)，加劇輸電通道阻塞，或通過直流接入負(fù)荷中心，導(dǎo)致負(fù)荷中心無功電壓支撐能力下降；風(fēng)電波動(dòng)導(dǎo)致的潮流大范圍流動(dòng)進(jìn)一步加劇穩(wěn)定問題，亟須對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施有效的源網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。以廣東粵西海上風(fēng)電送出場(chǎng)景為例，若風(fēng)機(jī)按照經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化的參數(shù)整定，粵西送出斷面極限可提升300 ～500MW。然而，設(shè)備廠家出于技術(shù)保密的原因，不愿公開詳細(xì)參數(shù)，或表示因設(shè)備能力無法按電網(wǎng)要求整定，參數(shù)優(yōu)化整定工作推進(jìn)困難。

（3）大量電力電子設(shè)備并網(wǎng)帶來的諧波與寬頻穩(wěn)定問題日益凸顯，尚缺少有效的分析與治理方法。電力電子設(shè)備微秒級(jí)的開關(guān)過程與傳統(tǒng)同步機(jī)毫秒、秒級(jí)的機(jī)電過渡過程交互影響，帶來全新的穩(wěn)定問題。IEEE 專門為電力電子設(shè)備大量并網(wǎng)引發(fā)的寬頻穩(wěn)定問題修改了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)系統(tǒng)也頻繁暴露電力電子設(shè)備寬頻振蕩問題，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)運(yùn)行安全。國家電網(wǎng)及美國、歐洲電網(wǎng)中新能源電力電子設(shè)備寬頻振蕩問題時(shí)有發(fā)生。2022 年5 月，廣東某海風(fēng)場(chǎng)因高次濾波電路設(shè)計(jì)不完善，引發(fā)34 臺(tái)風(fēng)機(jī)因諧波分量過高連續(xù)脫網(wǎng)，損失功率551MW。

4 新型電力系統(tǒng)協(xié)同控制策略

對(duì)電力系統(tǒng)而言，安全穩(wěn)定運(yùn)行是前提、是基礎(chǔ)，為保證高比例新能源接入后的系統(tǒng)安全，產(chǎn)業(yè)鏈各方應(yīng)共同協(xié)作、加大聯(lián)合攻關(guān)力度，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)調(diào)控級(jí)-場(chǎng)站集控級(jí)-發(fā)電機(jī)控級(jí)”三級(jí)控制的協(xié)調(diào)互動(dòng)，以滿足新型電力系統(tǒng)需要，更好地服務(wù)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

4.1 調(diào)控

調(diào)控，也就是電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)級(jí)的控制，調(diào)度系統(tǒng)是維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的“中樞大腦”。對(duì)于調(diào)度系統(tǒng)。

（1）要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)全局功率的合理調(diào)配，以潮流分布最優(yōu)促進(jìn)多能互補(bǔ)（調(diào)節(jié)）優(yōu)化調(diào)整。比如，海上風(fēng)電場(chǎng)多采用風(fēng)電場(chǎng)群匯集送出方式，在大風(fēng)氣象條件下易出現(xiàn)輸電阻塞現(xiàn)象，此時(shí)，依托上層調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行全局調(diào)配，通過協(xié)調(diào)不同場(chǎng)站間出力、調(diào)節(jié)負(fù)荷及儲(chǔ)能站的控制，在緩解輸出線路阻塞、保障電力系統(tǒng)安全的同時(shí)，盡可能地減少“棄風(fēng)”現(xiàn)象；再比如，金沙江水風(fēng)光發(fā)電互補(bǔ)調(diào)節(jié)調(diào)度，就可以利用水庫調(diào)節(jié)庫容（調(diào)峰）調(diào)節(jié)互補(bǔ)水能風(fēng)能光伏發(fā)電特性。

（2）要“三補(bǔ)”。第一補(bǔ)仍然是“一次不夠，二次補(bǔ)”。過去的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠“堅(jiān)強(qiáng)”，不足以應(yīng)對(duì)日益突出的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題，借助網(wǎng)源荷電氣二次（設(shè)備）協(xié)同技術(shù)措施來補(bǔ)強(qiáng)，從而積累了特色豐富的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的系統(tǒng)措施和成熟的（中國）經(jīng)驗(yàn)；現(xiàn)在的狀況是電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)了，卻更加復(fù)雜了，既要安全穩(wěn)定，還要精準(zhǔn)可靠，更高要求電氣二次系統(tǒng)的智能化協(xié)同和“堅(jiān)強(qiáng)”支撐。第二補(bǔ)是電源多能發(fā)電結(jié)構(gòu)差異，依靠“調(diào)控調(diào)節(jié)”管理和技術(shù)措施來彌補(bǔ)，解決短板效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)。第三補(bǔ)是物理特性差異依靠市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制補(bǔ)，充分借助電價(jià)機(jī)制推動(dòng)解決“存量挖潛與多主體共責(zé)共享”“增量協(xié)同與系統(tǒng)性有序推進(jìn)”等深層次的問題。

要堅(jiān)守系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的“三道防線”：①繼電保護(hù)的靈敏性、選擇性、速動(dòng)性、可靠性，“四性”還要更加充分滿足大量分散式發(fā)電和碎片式微網(wǎng)的接入，方顯第一道防線越發(fā)重要。②功率平衡穩(wěn)定，以遠(yuǎn)方切機(jī)切負(fù)荷為代表的安穩(wěn)措施和AGC/AVC 多層級(jí)協(xié)同效應(yīng)等，要確保電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。③應(yīng)對(duì)系統(tǒng)失控，保持暫態(tài)穩(wěn)定，要充分調(diào)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和調(diào)速器頻率控制效應(yīng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁（變流）電力電子控制特性和功角控制效應(yīng)。

（3）全局協(xié)調(diào)控制技術(shù)（指令）的生成與下達(dá)。依托調(diào)度云端的自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制（AGC/AVC）、在線監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)，實(shí)時(shí)或定期向子站下達(dá)控制目標(biāo)并更新配置定值，如系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻容量不足時(shí)，面向下級(jí)子站系統(tǒng)，通過更新控制目標(biāo)，協(xié)調(diào)選定范圍內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)站投入系統(tǒng)一次調(diào)頻、慣量控制等“壓板”（閾值），當(dāng)系統(tǒng)頻率達(dá)到動(dòng)作條件時(shí)，選定范圍內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)將主動(dòng)為電力系統(tǒng)提供功率主動(dòng)支撐。

4.2 集控

集控，也就是場(chǎng)站級(jí)的控制，海上風(fēng)電場(chǎng)站級(jí)功率控制系統(tǒng)起到了“承上啟下”的關(guān)鍵樞紐作用。場(chǎng)站級(jí)功率控制系統(tǒng)主要發(fā)揮以下作用：①解讀調(diào)度系統(tǒng)的控制指令并實(shí)現(xiàn)本地機(jī)組間功率的合理分配。場(chǎng)站功率控制系統(tǒng)在接收到調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的控制目標(biāo)及控制定值后，結(jié)合本地機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)氣象條件、功率預(yù)測(cè)信息、集電線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、并網(wǎng)點(diǎn)功率電壓頻率數(shù)據(jù)等，精準(zhǔn)研判全場(chǎng)的功率可調(diào)節(jié)裕度，合理分解上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的指令并實(shí)時(shí)分配至風(fēng)電機(jī)組、SVG、主變壓器等功率調(diào)節(jié)資源；②依托場(chǎng)站邊緣算力，完成功率主動(dòng)支撐功能?！半p碳”及新型電力系統(tǒng)背景下，風(fēng)電場(chǎng)站除滿足現(xiàn)有AGC/AVC 控制功能外，還需重點(diǎn)提升電力系統(tǒng)主動(dòng)支撐功能，比如通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)頻率，判斷達(dá)到動(dòng)作閾值時(shí)，快速計(jì)算全場(chǎng)功率變化量，與AGC 控制指令相協(xié)調(diào)，并完成對(duì)機(jī)組控制指令的下發(fā)。目前，南網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司研制的“智控Plus”產(chǎn)品，具備一次調(diào)頻、慣量控制、AGC/AVC 控制等邊緣控制功能，可顯著提升海上風(fēng)電場(chǎng)功率主動(dòng)支撐能力。

4.3 機(jī)控

機(jī)控，即發(fā)電機(jī)組級(jí)的控制，發(fā)電機(jī)組是源網(wǎng)協(xié)調(diào)控制指令最終的執(zhí)行單位。機(jī)組級(jí)控制一要精準(zhǔn)快速落實(shí)上級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的控制指令。機(jī)組在接收到站控級(jí)下發(fā)的功率控制指令后，通過協(xié)調(diào)風(fēng)機(jī)主控裝置、變流控制器等控制單元，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變槳、偏航、調(diào)速等控制，準(zhǔn)確且快速地執(zhí)行上級(jí)下發(fā)的功率控制要求，并實(shí)現(xiàn)機(jī)有功和無功的解耦；二要在執(zhí)行上級(jí)下達(dá)指令的同時(shí)，保障機(jī)組的安全可靠運(yùn)行并充分挖掘潛力，最大限度向電網(wǎng)提供安全支持。以海上風(fēng)電為例，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，風(fēng)電機(jī)組除了準(zhǔn)確響應(yīng)站控級(jí)的功率控制指令外，還需要綜合考慮機(jī)組的抗臺(tái)風(fēng)、抗浪涌和設(shè)備健康狀況、發(fā)電（出力）質(zhì)量等約束條件，實(shí)際上是一套多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制的過程。目前，南網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司牽頭的廣東省重項(xiàng)目“10MW 及以上海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控裝置研發(fā)”，所研制的10MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控裝置配合變流器控制器可實(shí)現(xiàn)含智能抗臺(tái)風(fēng)、發(fā)電預(yù)測(cè)、功率跟蹤、穩(wěn)定（平衡）控制在內(nèi)的多目標(biāo)協(xié)同控制功能；多主體參與、分工協(xié)作，多層級(jí)多系統(tǒng)（裝置）協(xié)同、協(xié)調(diào)運(yùn)用等。

新型電力系統(tǒng)建設(shè)任重道遠(yuǎn)，隨著新能源場(chǎng)站規(guī)模和接入電網(wǎng)占比不斷提高，“場(chǎng)站多機(jī)型、地域多結(jié)構(gòu)”的特征將更加凸顯，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來諸多挑戰(zhàn)。電網(wǎng)調(diào)控級(jí)、場(chǎng)站集控級(jí)、發(fā)電機(jī)控級(jí)作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的主要層級(jí)，與系統(tǒng)安全聯(lián)系緊密，電機(jī)安全、場(chǎng)站安全直接影響電網(wǎng)安全，在此呼吁各方：以建設(shè)高效可持續(xù)良性循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)圈為己任，科學(xué)保護(hù)，有序競爭，充分合作，共享資源，建立更加開放、兼容的控制系統(tǒng)，制定規(guī)范秩序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)、場(chǎng)站參數(shù)、電機(jī)參數(shù)有效交互，達(dá)到控制效率效益最大化的目標(biāo)。