高占比新能源电网运行风险防御的思考与实践-国网南瑞

高占比新能源电网运行风险防御的思考与实践郑玉平123背景与形势挑战与思路123背景与形势挑战与思路总结2目录●非化石能源消费占比超过30%,风电和太阳能总装机容2025年2035年目标2023年2013年2025年底2030年目标2024年底2020年底33大于50%的时长为5551小时，西北电网占比大于70%的时长达3414小时1。来来出力占比大于50%时段出力占比大于70%时段-新能源利用率2025年跨区电网互联结构 负荷发电1.以西北电网为例，2025年，新能源日最大波动规模9960万千瓦，15分钟最大波动1164万千瓦，接近全年最高负荷13984万千瓦(不包括外送)。占比(>70%)时段占全年时长比例达到17%。2025年4月28日12:30事故发生前，新能源出力占占全年时长比例核电20.0%水电13.3%占全年时长比例核电20.0%水电13.3%煤电1.2%光伏17.0%联合循环13.6%生物质等1.7%风电23.2%来源：西班牙国家电网(REE),2024年电力系统报告来源：西班牙国家电网(REE),2024年可再生能源概况报告16分O12:32:00-12:32:57208MW分布式能源脱网、配电网层面净负荷增加317MW,引发电压抬升19秒-两个400kV2秒2秒半岛频率9三是虽然系统防御计划(低频减载)被激活，但由于事故本质是“过电压”而非传统的汇集变电站因为汇集变电站因为线路输送功率降低发电跳闸->无功吸收减小低频减载线路输送功率降低->无功增加发电跳闸->无功吸收减小无功调节能力不足因过电压发生更多机组跳闸电压外送功率，投运线路线路输送功率降低->无功增加电压频率电压频率频率振荡对事故的认识与启示：西葡大停电是高维不确定性交织、传统防控体系失效的典型事故。表collapseinSpainandPodisconnectionsof123背景与形势挑战与思路总结123背景与形势挑战与思路总结目录调度计划调度计划调度实时控制正常运行故障发生稳定破坏持续恶化系统恢复故障隔离挑故障隔离挑战6:如何提升挑战5:如何重塑新能源外特性主与故障防御主动支撑挑战2:挑战5:如何重塑新能源外特性主与故障防御主动支撑挑战2:如何准确刻画电网安全稳定边界挑战3:如何快速挑战4:如何实现多层级多资挑战1:如何准下紧急控制边界输入风险感知边界输入风险感知调度依据广广域级局域级单元级风险准则调度计划统频率控故障发生故障发生局域协调及就地主动支撑控制“主动保护”系统级系统级设备级极端场景崩溃防御利用科学智能强大的高维函数拟利用科学智能强大的高维函数拟机理规则与数据驱动深度融合的科学研究新范式，来解决科学研究中长期存在的强不确定性困难及求解效率低等问题。人工智能应用典型案例科学计算问题多维因素序列回归与预测偏微分方程组巨量迭代求解复杂组合方式最优化问题时变非线性多科学智能应用范式判别度和仿真精度下快速计算难导致计算复杂度陡增高度不确定性、多目标多约束决策带来的维度灾难高维因素数学高效求解非线性优化与数研究基于AJ的电网优化调度模型和方法，实现多提高调度决策的智能化水平和运行效率。既然数据间的藩篱要打破，科学研究范式间的藩篱就更不应存在针对因果关系针对因果关系针对统计关系实验理论研究计算科学数据驱动拓展到未知规律协同的科学研究检验指导大数据研究范式应该向下兼容，而非互斥协同挖掘大数据中隐藏的因果关系并不确定性不确定性不确定性预报预报的综合风险分析市场概率分档，SPT预训代价分档强化学习按风险大小排列强化学习的潜在故障序列逐个确定性算例交WRT↓知识的积累仿真推演知识提取决策支持WRT:因果驱动的整体还原物理机理物理机理感知层/Perception口参数辨识预测层/Prediction口稳定评估决策层/Action口最优潮流随机鲁棒优化①模型泛化性②模型可解释性①模型泛化性②模型可解释性(3)科学智能预训练模型研究③模型鲁棒性③机理约束的损失函数稳态机理约束暂态机理约束经济安全约束①知识引导的特征工程电网拓扑(图)二②知识引导的网络模型时序神经网络图神经网络时空注意力模型(2)科学智能数据工程①仿真数据智能生成标准算例集(2)科学智能数据工程①仿真数据智能生成标准算例集(1)科学智能算力工程③矩阵运算加速GPU算力调度①模型增量训练②模型推理优化图神经网络科学智算微分神经算子科学智算深度强化学习深度模态分解Al可解释(模型)AI鲁棒(抗扰动)京津京津唐风电功率(万千瓦)应对思路捕捉局部气象动态变化，捕捉强波动、长依负荷预测产品在江苏、山西等全国30多个地区规模化部署，在浙江省调试运行期间国庆假日平均预测准确率达98%调规模化部署，在山西省调短期预测月均准确率达96%19自动计算未来短周期安全稳定边界构建示意图元件功率和能量响应模型安全稳定影响度评估暂态能量变化设备响应动态过程影响影响度评价指标系统动力学模型安全稳定智能评估模型安全稳定智能评估模型场景生成场景生成■30个计算节点■每个节点14个场景并行仿真0.6离绝对平均值最大距离距离极差A-CPM算法性能安全稳定智能评估模型构建方法安全稳定智能评估模型构建方法本比例为7:3,稳定性分类准确率达97.2%,23高风险场景快速算高风险场景快速算源荷影响源荷影响嵌入程度指标高风险场景协同控高风险场景协同控控制电网电网区域电网12023年区域电网32023年2022年2022年2021年2021年2020年2020年区域电网22023年区域电网42023年2022年2022年2021年2021年2020年2020年多级电多级电频率协调控制策略准制确定机组组合随机优化机组组合2187场景在不同机组组合方式下平均总成本异构资源有功频率控制策略异构资源有功频率控制策略建立常规机组在建立常规机组在调度周期内的有计算生成各新计算区域内各节点能源场站调节有功-电压灵敏度，步长指令确定电压安全裕度计算新能源场站在单个控制周期内的计划出力站和常规机组计算预期区域控制偏差日前多时段运行数据日前多时段运行数据松弛整型变量和绝对值约束进行多时段联合优化构造整型变量互补约束进行多时段联合优化“松弛优化+互补优化”求解算法●5000小负荷●5000腰负荷●5000大负荷●6000小负荷●6000腰负荷6000大负荷●7000小负荷●7000大负荷●8000小负荷新能源出力(万千瓦)庆科线故障时，吉林西新能源出力(万千瓦)东北电网扎鲁特换流站近区发生交流故障时，新能源低穿引发的低频现象29提升动态稳定性作用作用构网型风机附加阻尼控制效效果作构网型装备参数设计提升新能源场站支撑潜降低响应差异、实现功率快速协同控制新能源场站新型并网控制及主动支撑能力评估风机动态稳定性提升技术风机动态稳定性提升技术··→惯量传递传动态双馈风机暂态性能优化技术双馈风机暂态性能优化技术新能源场站并网控制与主动支撑新能源场站并网控制与主动支撑新型电力系统故障特征发生本质变化新型电力系统故障特征发生本质变化选定评估对象输出评估培果直驱风机光伏发电磁波时域传播机理，提出基于线路贝瑞隆模型的纵联保护原理；利用电抗器等效励磁电感构造判品时城方程：B=[x,R',X<Xset保护动作差动电流：差动电流：x相关论文/专利：郑玉平，吕鹏飞，吴通华，等。一种抗过渡电阻影响的时王寅丞戴魏朱翔，等。一种时域积分式最小二乘电感参数辨识的电抗器保护方法及系统(2024011912661)。√√通过信号统计量和变化趋势进行判断，速度慢，难√匝间故障灵敏性缺陷严重缺陷国网科技项目《反映内部严重放电缺陷发展的超/特高压变压器主动保护关键技术研究》(负责人：郑玉平，2023.1-2025.12)。35高能火花放电图像及多参量时域波形高能火花放电图像及多参量时域波形脉冲电流信号特高频信号时间/us多参量融合的主动保护方案多参量融合的主动保护方案单氢达厕监伽多量信号美联性实现世界首台套应用实现世界首台套应用相关论文：郑玉平，郝治国，薛众鑫，等。大型电力变压器安全运行与主动保护技术探索]。电力系统自动化，2023,47(20):1-12.开展新型继电保护原理研究：变压器快速保护某换流变匝间故障录波回放某换流变匝间故障录波回放作铺谨的的要幼n严重故障超高速差动保护技术19:5658有功增速过快，136台风so机低电胱网。194721台风机脱网，低194721台风机脱网，低线路有功功率新能源运行状态发生改变线路有功功率11:控制策11:控制策避第1组电抗不确定因素导致控制对象快速变化，影响控制效果2024年4月3日昭沂送端新能源因电压持续降低大面积脱网在铺革格下凝(按盐障)自适应家集校制系旅厂站堡功隙时空协调的决策支持系统故赔集数财库数据挖掘特征提取何融合?决策表如何快速生成?新能源波动后策略如何适应?控制系统风险识别关键技术策略表切换样本裕度更新样本裕度更新 多元数据融合与分钟级工况生成1波动特性分析及特征挖掘1波动特性分析及特征挖掘2在线运行方式生成2在线运