陈国平：新型电力系统的平衡与稳定问题

2新型电力系统的平衡与稳定问题2025年11月 ²0%2“十三五”以来全国发电量结构变化未来十年是电力系统转型的过渡期，是电力系统运行的困难期，是电力科技创新的关键期，做好电力系统发展规划极为重要。3●“十五五”电力规划是最困难的规划，面临两大不确定性：规划边界的不确定性；◆◆技术路线的不确定性。40033932535030228727223924622621117517918120003002506年79502005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020202120222023202420254全国日最大发电量(亿千瓦时)4■规划边界存在较大不确定性●“十五五”电力电量将刚性增长，但受其他行业“碳达峰”电能替代和新增用电需求等因素影响，增速存在较大的不确定性。●新能源装机将快速增长，但风光比例和装机分布存在较大的不确定性。■全社会用电量增速全国全社会用电量及增速(万亿千瓦时)全国新能源装机增长情况(亿千瓦)5■技术路线存在较大不确定性●电力技术体系面临重构，系统技术、发电技术、输变电技术等亟待创新。●“十五五”目标的实现对科技创新有较强的依赖性，要通过规划引导创新方向。风光火储互补新风光火储互补新血负荷侧多能互补点励圃哭水光互补新能源基地能源基地个个个同步电源送端交直流混联电网6新型电力系统电源类型与网架形态68要做好“十五五”电力规划，必须重点解决好平衡问题和稳定问题。负荷晚峰保供困难极端天气平衡困难系统调节能力不足平衡问题稳定问题丝系统稳定基础削弱故障冲击规模加大新型故障不断涌现7■新型电力系统的平衡问题■新型电力系统的稳定问题一、准确把握平衡和稳定的关系●平衡和稳定是电力系统的基本技术要求。●二者不是相互独立的，根本上需要优化电源结构和电源技术创新。9一、准确把握平衡和稳定的关系●“碳达峰”的本质要求新增用电量需求主要由新能源提供。●同时必须解决好电力平衡问题和满足系统稳定要求。●平衡方面，以新能源发电调整电量结构，满足新增用电量需求。电力需求由传统电源、部分风电和储能来满足。●稳定方面，传统电源是系统稳定的基础，新能源也要为稳定运行作出贡献。风电晚峰部分支撑风电构网型技术研究合理配比提供清洁电量构网型技术光伏典光伏尖峰保障快尖峰保障快速稳定支撑电源火电降量减碳稳定支撑电源调节●平衡方面，以新能源发电调整电量结构，满足新增用电量需求。电力需求由传统电源、部分风电和储能来满足。●稳定方面，传统电源是系统稳定的基础，新能源也要为稳定运行作出贡献。系统稳定电力平衡晚峰部分支撑系统稳定电力平衡晚峰部分支撑风电6风电构网型技术研究合理配比提供清洁电量构网型技术光伏传统光伏传统电源快速尖快速尖峰保障稳定支撑调节一、准确把握平衡和稳定的关系为满足平衡和稳定要求，研究传统电源的：装机容量；功能定位；技术演进方向。一、准确把握平衡和稳定的关系研究新能源的：风光装机结构；构网型技术路线。■准确把握平衡和稳定的关系■新型电力系统的稳定问题未来要处理好电量平衡问题，更要处理好新能源随机波动带来的各种时间尺度上的电力平衡问题。新能源新能源晚峰时刻光伏几乎无出力。负荷冬季日落早、晚峰高。季度月度/周日晚高峰时刻时间尺度新能源午间大发、日内波动性大。负荷每天有午、晚“双峰”。新能源春季大发、夏季较低。负荷夏冬季高、春秋季低。新能源连续数日无风少光。负荷遇高温或寒潮持续高企。二、新型电力系统的平衡问题■长周期电量平衡问题●新能源发电季节特性与负荷相反，春秋季富余电量消纳困难。●夏冬季用电高峰叠加连续多日新能源资源枯竭场景下，保障电量平衡难度大。●要加快攻关长周期储能甚至跨季节电量搬移技术。77新能源出力水平春季较高，夏季较低5431~2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月6全国新能源日均利用小时数350300250200用电需求夏季最高，春季较低全国日均用电量(亿千瓦时)二、新型电力系统的平衡问题■电力平衡问题——日内调节●全国光伏装机超过春秋季负荷水平，送受端高度同质化，午间调峰问题突出。●光伏爬坡速率随装机同步增长，光伏快速上升、下降时段系统调频困难。●要加快部署快速调节资源，保障系统调节能力与调节速率。8000煤电爬坡能力358000煤电爬坡能力35万干瓦/分钟60004000+19万千瓦/分钟2000-33万干瓦/分钟0负荷—光伏煤电春节期间，电网负荷低位同时新能源大发，煤电深调工况下爬坡能力不足，导致频率持续偏差。+39万干瓦/分钟+2万干瓦/分钟2000086420风电午间光伏最大出力超过5亿千瓦晚间可调电源满发顶峰，电力保供困难午间可调电源深度调峰，新午后可调电源能源消纳困难4小时爬坡5亿千瓦负荷(2025年7月5日，亿千瓦)抽蓄储能水电火电核电可调电源一—■电力平衡问题——晚峰保供●负荷晚高峰时段光伏几乎无出力，风电小发时电力平衡紧张。●冬季供暖期、枯水期叠加，晚峰高、日落早，电力平衡更加依赖风电。●要合理布局传统电源，通过水火电扩机增容等手段提升顶峰能力。10.80.60.40.50.200火电各类电源有效容量系数(国网能源院)今年夏季全国发电装机37亿千瓦，晚间保供能力15.6亿，仅为装机的42%。8■准确把握平衡和稳定的关系■新型电力系统的平衡问题近年来，各国进入大面积停电高发期，高比例新能源对电力系统安全运行的影响逐渐凸显，要高度重视稳定问题。跳闸，引发海上风电、分布式新能源等大规模脱网，损停电。故障前电力电子类电源占比约50%。能源发电占比约71%。近年发生大面积停电事故的国家列，全国大范围停电，损失负荷约2300万千瓦。故障前东北部电网新能源发电占比约87%。障前新能源发电占比约70%。■系统稳定基础削弱●历史上稳定问题主要由网架薄弱导致，当前稳定风险主要由电源支撑不足引起。●电力电子类电源大量替代同步机，系统惯量、调节、支撑稳定要素呈弱化趋势。f/HZ4ROCOF=dAf/dr高惯量y-fmin频率安全极限值→低惯量惯量响应一次调频稳态值人t/s英国新能源基于RoCoF的涉网保护动作大量脱网，西葡0.8000.6000.4000.2000.000L15.0020.0025.0030.00某电网新能源装机超过1.2亿千瓦，其中分布式6000万千瓦，直流受电2400万千瓦。交流线路故障后，近区动5.0010.000.00三、新型电力系统的稳定问题■系统稳定基础削弱——解决思路●重点通过传统电源技术创新，强化系统稳定要素支撑。●实现煤电机组全工况下最优性能、低碳排放运行。●通过调相、灵活性等改造，让水火电机组在新能源大发期保持并网提供稳定支撑。高压缸高压缸中压缸发电机集电环低压缸3S离合器6354三、新型电力系统的稳定问题■故障冲击规模加大●新能源机组对频率和电压扰动耐受能力不足，存在连锁脱网风险。●亿千瓦级新能源在电网故障期间集体进入穿越，穿越特性影响系统暂态响应，可能扩大故障冲击。74ms故74ms故障切除小巴福德电站蒸汽轮机切机损失出力244MW500MW分布式电源脱网小巴福德电站燃机切机损失出力210MW小巴福德电站燃机切机损失出力187MW低频减载触发后调用额外的调频容量20s线路重合成功255频率跌至第一最事故发生4分42秒后频率恢复至50Hz200分布式49.2Hz线路单相接2019年英国大停电事故中，交流线路N-1故障导致海上风电和分布式电源受扰动大量脱网，触发低频减载。9.,00某区域电网交流N-1故障可能引发近区数千万千瓦新4.0025■故障冲击规模加大——解决思路●提升电力电子器件性能，发挥其灵活可塑性，强化新能源机组被动抗扰能力，提供惯量响应、一次调频、动态无功等主动支撑能力。●加快研究电力电子构网型技术。◆构网型技术的本质是通过人为附加控制，使电力电子◆构网型技术的本质是通过人为附加控制，使电力电子类电源具备与交流同步电源基本