新一代電力系統的四大特征

01、擁有高比例的可再生能源

我國新能源近些年呈現爆發(fā)式增長(cháng)，2005~2017年風(fēng)電裝機容量增長(cháng)近150倍，2010~2015年光伏增長(cháng)100倍，2015年后每年裝機量接近翻倍增長(cháng)。未來(lái)可再生能源發(fā)電量占比仍將逐步提高，2040年超過(guò)50%，2050年達67%左右，逐步成為電力系統第一大主力電源。

02、擁有高比例的電力電子裝備

隨著(zhù)風(fēng)光快速發(fā)展，新能源大量替代傳統火電，風(fēng)電、太陽(yáng)能，發(fā)電裝機量持續增加，在總發(fā)電裝機量的占比不斷提高。預計2050年我國風(fēng)光總裝機占比將接近70%。電力電子裝備在源端應用日益廣泛，如直驅式風(fēng)電機組變流器、光伏電站和分布式光伏逆變器、非水儲能電站和分布式儲能逆變器。

在輸變電領(lǐng)域，大容量電力電子換流器直流輸電的快速發(fā)展，2010年以來(lái)一共先后投入了13條特高壓直流輸電工程。在西電東輸的帶動(dòng)下，將來(lái)的輸電容量還要繼續增大，電力電子裝備在電力系統的比例會(huì )越來(lái)越高。

另外，變頻負荷大量使用也是其中一個(gè)特點(diǎn)，這將依賴(lài)于現代電力電子換流與功率控制技術(shù)，據估計未來(lái)將有90%的電力需要經(jīng)過(guò)電力變換后使用，含有電力變換中間接口裝置的多樣性、強非線(xiàn)性負荷數量將急劇增加。比如民用、工業(yè)、交通各方面，電動(dòng)汽車(chē)等等都要使用電力電子裝置。

03、實(shí)現多能互補的綜合能源

電力系統要擴展范圍，除了提供電力以外，在多種能源互補的情況下，還要做一個(gè)綜合能源供應商，有兩方面內容，一是源端基地建成綜合能源電力系統，包括水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、靈活煤電等能源基地和儲能，通過(guò)直流輸電網(wǎng)實(shí)現多能互補向中東部輸電和就地消納轉化;二是終端消費綜合能源電力系統，多種方式實(shí)現熱、電、冷聯(lián)供多能互補，提高能源利用效率。

04、實(shí)現信息物理融合的智能電力系統

網(wǎng)絡(luò )的信息流和電力流有效結合，在能源互聯(lián)網(wǎng)下信息系統和物理系統將滲透到每個(gè)設備。以電網(wǎng)為核心構建能源網(wǎng)，整合各種可再生能源、傳統能源。以互聯(lián)網(wǎng)思維和理念改造傳統電力系統，以用戶(hù)為中心構建能源電力共享平臺，實(shí)現智能電力系統的開(kāi)放、共享和高效。

新一代電力系統的關(guān)鍵技術(shù)

01、高效、低成本的太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)

光伏和光熱發(fā)電效率近年來(lái)不斷提升，主要得益于新材料的開(kāi)發(fā)、制造工藝的改善以及相應光伏電池轉化效率的提升。另外，風(fēng)光發(fā)電成本持續降低，近10年來(lái)我國光伏組件價(jià)格從每瓦近50元降到2.22元，逆變器從每瓦2元降到0.2元左右，光伏系統成本從每瓦60元降到5元左右，2018年光伏領(lǐng)跑基地最低中標電價(jià)已降低至0.31元/度。預計未來(lái)十年我國陸上風(fēng)電度電成本將下降約30%左右。

02、高效、低成本、長(cháng)壽命的儲能技術(shù)

儲能可以實(shí)現能源“斷點(diǎn)續傳”，支撐能源和信息的實(shí)時(shí)交互。從物理基礎層來(lái)說(shuō)，儲能可消納棄風(fēng)棄光，助力可再生能源比例的提高;從價(jià)值實(shí)現層來(lái)說(shuō)，創(chuàng )新的價(jià)差套利模式，可提高系統綜合效益。

03、高可靠性、低損耗的電力電子技術(shù)和新型輸電技術(shù)

電力電子技術(shù)的發(fā)展，提高了能源傳輸與分配的安全性、可控性，推動(dòng)能源互聯(lián)。一代器件決定一代電力電子技術(shù)，未來(lái)新一代半導體技術(shù)——寬禁帶半導體技術(shù)的研發(fā)推廣應用，將極大推動(dòng)電網(wǎng)中電力電子裝備的升級換代，它的效率高，耐高溫、耐高壓，促進(jìn)直流輸配電網(wǎng)的形成和發(fā)展，對于新能源接入電網(wǎng)也將帶來(lái)極大改善。

04、新一代電力系統運行穩定性分析與控制技術(shù)

當大量的電力電子裝備和新能源接入電網(wǎng)之后，電網(wǎng)特性將發(fā)生重大變化。需要解決的問(wèn)題也復雜起來(lái)，比如輸電受端故障閉鎖引起的交直流輸電系統大范圍功率轉移、連鎖故障的分析和控制;又比如系統慣性減少造成的頻率波動(dòng)和頻率穩定的分析和控制;還有受端多饋入直流換相失敗再啟動(dòng)引起電壓穩定問(wèn)題分析、仿真和控制;以及隨著(zhù)風(fēng)電VSC等電力電子設備的增加，電力電子設備之間及與交流電網(wǎng)之間相互作用產(chǎn)生1-kHz寬頻震蕩現象;弱交流互聯(lián)下VSC-HDVC并網(wǎng)小信號穩定機理分析與控制;由于西電東輸引發(fā)的對仿真分析的需求，過(guò)去數十年間，電網(wǎng)運行分析工作經(jīng)歷了由省、區域電網(wǎng)獨立分析向全網(wǎng)一體化分析模式轉變的歷程，仿真手段也經(jīng)歷了從單純的機電暫態(tài)仿真逐步向機電-電磁混合仿真以及全電磁仿真發(fā)展的過(guò)程，需要新一代的電力系統仿真平臺做技術(shù)支撐。

05、安全、高效、低成本的氫能生產(chǎn)儲運和應用技術(shù)

國家戰略需求是實(shí)現能源清潔、可持續的供給，為解決未來(lái)以風(fēng)光電為主的新能源電力系統運行難題，一種創(chuàng )新思路是：以氫為橋梁，構建高效、可靠、清潔的風(fēng)-光-氫能源系統。采用這種技術(shù)，當前存在的棄風(fēng)、棄光難題將得到根本解決。利用可再生能源電力高效低成本生產(chǎn)氫能并實(shí)現安全高效應用，還面臨一系列生產(chǎn)、儲運和應用的技術(shù)難題，需要國家和企業(yè)層面集中力量研究解決。

06、新一代人工智能技術(shù)

新一代能源系統應該是能夠實(shí)現信息實(shí)時(shí)交互、網(wǎng)絡(luò )連接互動(dòng)、多種能源協(xié)同、需求實(shí)時(shí)響應，實(shí)現能源生產(chǎn)、傳輸、消費的自動(dòng)、自主、自治目標的信息物理系統。面對系統的不確定性、隨機性、復雜性，新一代人工智能技術(shù)在數據信息的全面感知、可靠傳輸、智能處理，機器學(xué)習等支持算法，面向能源電力應用的人工智能平臺等方面，需要開(kāi)展大量的研究開(kāi)發(fā)工作。

從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)

傳統電力系統中各類(lèi)一次能源發(fā)電和分散化布局的電源結構，通過(guò)大規?；ヂ?lián)的輸配電網(wǎng)絡(luò )，連接千家萬(wàn)戶(hù)使用，具有天然的網(wǎng)絡(luò )化基本特征。傳統電力系統終端用戶(hù)用電早已實(shí)現“即插即用”，電力用戶(hù)根據需要從網(wǎng)上取電，具有典型的開(kāi)放和分享的互聯(lián)網(wǎng)特征。

但是，傳統電力系統不支持用戶(hù)分布式電源的即插即用，無(wú)法實(shí)現用戶(hù)與電網(wǎng)之間能源和信息的雙向流動(dòng)。而且，不適應多種形式能源的協(xié)同互補，提高能源利用率的能力受限。所以，傳統電力系統不能適應分散化布局用戶(hù)能源電力的市場(chǎng)化，為能源電力用戶(hù)服務(wù)的能力受限。

能源互聯(lián)網(wǎng)的出現，給傳統電力系統提出了完整的解決方案。能源互聯(lián)網(wǎng)，是以可再生能源為優(yōu)先，電力能源為基礎，各種能源協(xié)同、供給與消費協(xié)同、集中式與分布式協(xié)同、大眾參與的新型生態(tài)化能源系統。利用能源互聯(lián)網(wǎng)，可提高可再生能源比重，促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)與能源系統的深度融合，實(shí)現多元能源的有效互補和高效利用。

智能電網(wǎng)是信息技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成的智能電力系統，而能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)思維理念和技術(shù)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場(chǎng)深度融合的智能能源系統和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)。因此，可以這樣說(shuō)，能源互聯(lián)網(wǎng)就是智能電網(wǎng)加多能互補。

新一代電力系統與能源互聯(lián)網(wǎng)

新一代電力系統不僅繼承和發(fā)展了傳統電力系統，還對傳統電力系統進(jìn)行了提升與開(kāi)拓。新一代電力系統在源端能源基地和終端消費網(wǎng)絡(luò )支持多種形式能源的協(xié)同互補，大大提升了能源的綜合利用效率，有效提升可再生能源的消納能力。此外，新一代電力系統在智能電網(wǎng)的基礎上，與信息技術(shù)深度融合，通過(guò)多能互補，形成能源互聯(lián)網(wǎng)，為高比例可再生能源接入系統的調動(dòng)控制、運行優(yōu)化和市場(chǎng)化運作提供有力支撐，并進(jìn)一步拓展了為用戶(hù)提供綜合能源服務(wù)的功能。

新一代電力系統、能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)，這三者的關(guān)系還需要靠實(shí)踐去證實(shí)，在實(shí)踐中不斷總結和完善，形成面向新一代能源系統的綜合理論體系，這是我們面臨的一項重要任務(wù)。