新型电力系统的平衡与稳定问题-陈国平

2025年11月引言长，预计“十四五”全国新能源新增装机超过煤●电力系统生产结构发生深刻变化，面临一百多年来最重大的风电水电风电水电火电水电公公“十三五”以来全国发电装机结构变化“十三五”以来全国发电量结构变化引言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引言◆技术路线的不确定性。◆技术路线的不确定性。6年04全国日最大发电量(亿千瓦时)4引言需求等因素影响，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。光伏年均增长40%风电年均增长17%20152016201720182019202020212022202320245全国新能源装机增长情况(亿千瓦)5引言■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。呢咽口白白单466引言要做好“十五五”电力规划，必须重点解决好平衡问题和稳定问题。些系统调节能力不足7■新型电力系统的平衡问题■新型电力系统的稳定问题8●平衡和稳定是电力系统的基本技术要求。9●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。构网型技术构网型技术电源电源●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。●研究新能源的：◆风光装机结构；◆构网型技术路线。■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春季大发、夏季较低。负荷夏冬季高、春秋季低。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。77543全国新能源日均利用小时数1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全国日均用电量(亿千瓦时)●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。晚间可调电源满发顶峰，电全国新能源出力最大日分类型电源出力(2025年7月5日，亿千瓦)煤电爬坡能力1+19万千瓦/分钟-33万干瓦/分钟0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。17负荷+39万干瓦/分钟+2万干瓦/分钟35万干瓦/分钟负荷(万干瓦)发电(万千瓦)■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。1010午峰午峰00最大值■最小值装机煤电12.2装机煤电12.2核电0.6储能0.9-0505今年夏季全国发电装机37亿千瓦，晚间保供能力15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。2023年8月15日，巴西东北部电网一回500千伏线路保护误动跳闸，潮流大幅转移导致系统解列，全国大范围停电，损失负荷约2300万千2025年2月25日，智利电网两回500千伏联络线保护误动跳闸，潮流大幅转移导致系统解列，全国大范围停电，损失负荷约1100万千瓦。故2025年2月25日，智利电网两回500千伏联络线保护误动跳闸，潮流大幅转移导致系统解列，全国大范围停电，损失负荷约1100万千瓦。故三、新型电力系统的稳定问题■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。—分布式光伏大出力方式—分布式光伏小出力方式—分布式光伏大出力方式—分布式光伏小出力方式O只某电网新能源装机超过1.2亿千瓦，其中分布式6000万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，近区动态无功支撑能力不足，存在电压失稳风险。英国、西葡大停电都因为惯量水平不足导致频率跌落过快，英国新能源基于RoCoF的涉网保护动作大量脱网，西葡电网低频减载速率不及频率跌落，都导致了事故扩大。■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。高压缸中压缸低压缸3S离合器发电机集电环△614△5水电机组压水调相设备一种煤电机组调相改造方案水电机组压水调相设备●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。十火电开机5000万千瓦OH)一火电开机5500万千K(H)*火电开机6000万千瓦OHa)十火电开机5000万千瓦OH)一火电开机5500万千K(H)*火电开机6000万千瓦OHa)一火电开机6500万干K(L)时间(秒)某区域电网交流N-1故障可能引发近区数千万千瓦新故障切除霍恩海上风电场损失出力737MW损失出力244MW损失出力210MW损失出力187MW200MW分布式1240MW2019年英国大停电事故中，交流线路N-1故障导致海上风电和成功45s频率恢复至线路单相接■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。Zv电力电子构网型控制与同步发电机的等效关系◆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相同的涉网性能。◆构网型设备与交流系统的暂态过渡